Схема ультразвукового сварочного аппарата

Обновлено: 25.01.2025

Часовой пояс: UTC + 3 часа

Ультразвуковая сварка

по первой ссылке написано что сваивает полимеры. оно вам надо?
пластмасу толщиной 15 мм я и без сварки клеить умею.

_________________
А каму сейчас легко?

Ну да, насчет первой-это пластмасса, но вторая-то ссылка по сварке железа, причем железо не перегревается, а соединяется за счет неровностей поверхности, я так понимаю. А рабочий узел напоминает магнетрон микроволновки, только большей длины волны.

Сборка печатных плат от $30 + БЕСПЛАТНАЯ доставка по всему миру + трафарет

Там даже не сказано какой материал выбран в качестве вибратора. Скорее всего это пластины из никеля. А может быть есть даже что-то боле магнитострикционное. но судя по старым рисункам, вряд ли.
Кстати, а где их можно доступно заиметь? (никилевые пластины)

_________________
Искусство общения было до нас.

Компэл стал дистрибьютором компании POWER FLASH, производящей широкий спектр популярных батареек. POWER FLASH производит солевые и щелочные (алкалиновые) цилиндрические батарейки, а также серию литий-диоксидмарганцевых батареек. POWER FLASH выступает OEM-производителем для крупных японских и европейских производителей батареек. Батарейки POWER FLASH предназначены для самого широкого спектра применений – от бытового до промышленного.

MIF на рисунке изображёт, точно никелеый излучатель, есть у меня такой на работе. Приобрести в настоящее время такой маловероятно, если только по случаю. Из строя они не выходят, металл всётаки. В настоящее врема проще достать пьезокерамику, и менно она и применяется для сварки в первой ссылке. Кстати "керамикой" можно сваривать и металлы, только потребуется большая мощность.
p911, ну это вы так напрасно, попробуйте приклеить фторопласт чем-нибуть к чему-нибуть, а вот ультразвуковой сваркой нет проблем.

_________________
Желаю счастья в личной жизни ПУХ!

Высокое качество при конкурентной стоимости позволяет DC/DC-преобразователям MORNSUN конкурировать с аналогами ведущих мировых производителей. Продукция данного бренда, такая как семейство UWTH1D, может с успехом применяться в железнодорожных приложениях. Для телекоммуникационного оборудования подходят DC/DC-преобразователи семейств VCB и VCF, для систем распределенного электропитания – малогабаритные импульсные PoL-стабилизаторы напряжения семейства K78, а для автоматизированных системах производства и робототехники, незаменима серия KUB. Есть и уникальные решения, например, миниатюрный DC/DC-конвертер B0505ST16-W5 в корпусе микросхемы, предназначенный для медицинских приборов.

Приобрести в настоящее время такой маловероятно, если только по случаю. Из строя они не выходят, металл всётаки. В настоящее врема проще достать пьезокерамику, и менно она и применяется для сварки в первой ссылке. Кстати "керамикой" можно сваривать и металлы, только потребуется большая мощность.

Никель можно приобрести в двух местах.
1. Базы-магазины занимающиеся продажей цветного металла.
2. Никилевые стержни можно купить у гальваников.
Есть и вариант заказа по заграничным каталогам у торговцев металлами, но это совсем будет дорого.

Мне было интересно откуда можно выковырять никилевые стержни, пластины, можно не большие, просто для попробовать.

Про пьезокерамику. Да, видел я крупные шайбы из пьезокерамики, их обычно рекламируют на сайтах российских производителей пезо-дел.. Однако, цены не понятны и доступность так же..
Хотя. тема интересная, надо брать и пробовать..

Где об этом можно прочитать? Возможность была бы стоящая, но что-то сомнения берут - фторопласт же не термопласт.
_______________
Впрочем, я уже и сам нашел - и сварке поддается, и клеится . А я его все винтами соединял.

А если никель или пьезокерамику заменить ферритом? Как в инете везде встречается руководство по изготовлению ультразвуковых излучателей (катушка, внутри феррит, на конце пара постоянных магнитов, с другого края лезвие и т.п.)как будет такая конструкция работать в данном способе?
И еще один вариант: в пьезосиренах есть ведь излучатель повышенной мощности, что если его использовать?

MIF, для магнитострикционного излучателя необходим не просто никель, а:
1. холоднокатанный листовой.
2. лист, для излучателя должен быть нарезан по 45( могу немного ошибаться, но что-то около этого) градусов к направлению линии проката.
3. иметь форму прямоугольной буквы "О"( на рисунке по ссылке хорошо видно эту форму), со строго выдержанными пропорциями ширины и высоты, и внутреннего отвестия.
4. наборным, как седечник трансформатора.
Если этого не соблюсти, то амплитуда колебаний т.е. кпд будут очень низкими, а монолитный, а не листовой будет к тому же ещё и греться, за счёт токов Фуко, и ещё понижать и амплитуду колебаний и кпд, и возникнут доплнительные проблемы с отводои тепла, хотя надо признать и наборный тоже греется.

Yellow Tiger, где прочитать в интернете, не знаю. Делал это во время учёбы в институте, когда необходимо было сделать уплотнитель для вакуумной камеры, обладающий высокими электроизоляционными свойствами, высокой термостойкостью и низкой агдезией к металлам. Конечно, по большому счёту слово сварка нужно в данном случае поставить в кавычки, потому что нет переноса материала, "свариваемого" объекта, при нагревании, а можно говорить только о диффузии. Но тогда меня эти теоретическии изыски мало интересовали, начитался трудов академика Патона, а у него везде слово сварка, и с ним я спорить не стал, посчитал что это было бы словоблудием. И тогда фторопласт очень даже хорошо "продифундировал" и "дежал вакуум" и за все время экспериментов не было необходимости постоянной откачки испорченной газовой среды. Т.е. можно говорить, что воздушной прослойки между фторопластом и металлом вакуумной камеры не было, и можно было гворить, что состоялась "сварка" соединённых деталей. А я получил зачёт за курсовую работу.
PS тоже нашёл клей, в интернете, так что прошу прощения не знал, наверное потому что не искал, давно с этим материалом не работал.

Lonleystranger, ферритовый излучатель изготовить конечно можно. Феррит обладает преимуществом перед остальными материалами, тем, что он относительно дёшев, не нагревается, как никель, простота изготовления излучателя. Но он обладает пониженной излучаемой мощностью ВТ/см^2 и при превышении некоей критической величины терпит "излом", а попросту разлетается на куски, что само по себе не безопасно. А для керамики необходима специальная "хитрая" оправка, в которую вставляется излучатель, без токарно-фрезерных работ, на "коленке" сложновато будет сделать эффективный излучатель. Поэтому феррит остаётся заманчивым материалом. И где-то я видел в интернете объявление о продаже керамических излучателей, надо только поискать, и ломать сирену будет не надо, и дешевле получится, если остановите свой выбор на керамике. Если же Ваш выбор падёт на феррит, то могу предложить некоторые свои наработки по этому материалу, но необходимо провести дополнительные НИИР и ОКР, но только так и рождаются великие конструции и идеи, и как знать может по прошествии какого-то времени на просторах данного форума появится статья "Ультразвуковая сварка на ферритовом сердечнике" под Вашим именем. Ну так как?

Про 45 градусов я слышал, а остального просто не знал! Спасибо!
Что касается "словоблудия", не знаю как остальные, а я за то. что бы называть вещи своими именами. Если диффузия, то о ней бы и надо поговорить.
А, варить или плавить, рыхлить или что иное,- это уже, как говорится, второй вопрос.
Вообще, было бы интересно услышать вкратце о том, что происходит с пластмассой и другими материалами, под воздействием ультразвука, на что именно воздействуют ультразвуковые волны. Насколько это сфокусированный ультразвук и какие частоты там задействованы.

. Если же Ваш выбор падёт на феррит, то могу предложить некоторые свои наработки по этому материалу, но необходимо провести дополнительные НИИР и ОКР, но только так и рождаются великие конструции и идеи, .

Думаю, если опишите-будет заманчиво. Это все равно некоммерческий проект, т сказать для души и варить пушкой размером метров в 15 листовой металл в 15 мм я не собираюсь
Поэтому думаю, что если сделать на феррите небольшой излучатель-для экспериментов в самый раз

В пособиях по физике были чертежи, реально ферритовая антенна стержневая с намотанной обмоткой через фоторопластовую ленту к выходу звуковика повышенной мощности. Типа Г3-109. На торце вскипает капля воды. При бОльшей мощности он просто трескается и всё. Осколков не будет, как только треснет, амплитуда резко упадёт и всё ..
Для уз сварки нужны сотни и тысячи ватт, с ферритовым стержнем кроме вскипания капли чего-то большего не будет. У нас в лаборатории валяются десятки ПМСов от 1 до 10 Квт, у всех трескается место сплава никеля-магнитостриктора и самого волноводного выхода (титан) и всё . Любой излучатель требует рассчитанного волнового трансформатора-концентратора (обычно из титана ВТ-6) для работы на нагрузку. Он тоже из-за знакопеременных нагрузок быстро лопается и всё.

_________________
Ничто так не укрепляет взаимное доверие, как 100% предоплата! Дмитрий, ex-RK3AOR.

Спасибо за полезную информацию, но возникает пару вопросов:
1. Вначале статьи говорилось о УЗ пистолете 300Вт, при такой мощности феррит не треснет?
2. Почему именно никель, у него частота резонанса на ультразвуковом диапазоне?

Феррит бытовой треснет при ваттах уже. Никель (точнее сплав пермендюр (кажется так)) имеет максимальный коэффициент магнитострикции при других полезных параметрах (физико-механических). Откройте учебник, прочитайте о явлении магнитострикции, не ленитесь .

Там есть немного теории и много практики, в том числе и несколько ферритовых излучателей на разные частоты. Лет 10 назад я делал по описанию из этой книги ферритовый излучатель на основе стержня от магнитной антенны приемника. Работало, но приличной мощности от феррита не добиться - хрупок очень.

дам наводку где достать и посмотреть/изучить концетраторы УЗ - установки разварки полупроводниковых кристалов . кстати они именно сваривают , а не за счёт дифузии работают (хотя . может и то и другое О_0 ) .

_________________
есть вопросы ? чего-то не знаешь ? прежде всего смотри это

Проще(на мой взгляд) сделать из магнитострикторов . для раскачки требуется ток. для пьезокерамики-напряжение (сотни ,тысячи вольт). Чтобы керамика не лопалась-ее стягивают стальным болтом по центру (есть для этих целей отверстие). Чем толще пластина -тем ниже резонансная частота ( приблизительно для ЦТБС-19 1см-200кГц).

Проще(на мой взгляд) сделать из магнитострикторов . для раскачки требуется ток. Чем толще пластина -тем ниже резонансная частота ( приблизительно для ЦТБС-19 1см-200кГц).

Принцып простой; от воздействия магнитного поля (магнитостриктор) или электрического (пьезокерамика)-происходит линейное расширение -сжимание материала в такт с частотой возбуждения поля.

Накопал в сети немного полезных сведений, и уже успел попылить водяными каплями и порвать пару стержней М400НН на 20 кГц. Генератором пользуюсь готовым, ламповым, старинным ГЗ-33. Вообще в итоге я хочу попробовать сделать что-то вроде кавитационного диспергатора - устройства для получения сверхтонких порошков. Есть и другие идеи применения ультразвуковых технологий в домашней лаборатории. Приглашаю к обсуждению всех заинтересованных очумельцев!

Ультразвуковая сварка:оборудование, схема, технология — вся суть

Сварка ультразвуком (УЗС), разработанная еще в середине 20 века, востребована и в веке 21-м для соединения металлов и термопластика. Элементы при соединении сдавливаются друг с другом и подвергаются волновому воздействию. На фоне иных способов, ультразвуковая сварка выгодно выделяется простотой применяемых аппаратов, низкими затратами труда и стоимостью.

Сущность

При воздействии ВЧ колебаний происходит сухое трение частиц в свариваемых поверхностях. Под действием сухого трения разрушаются поверхностные плёнки (оксидные и их адсорбированных газов). Затем сухое трение сменятся на чистое трение, при котором образуются узлы схватывания. Образуются общие зерна, принадлежащие двум свариваемым поверхностям и общая граница между поверхностными зёрнами.

Типы сварных соединений металлов при ультразвуковой сварке: внахлёстку; по рельефам; с раздавливанием кромок; встык круглого элемента с плоским; крестообразное, круглых элементов; параллельное, круглых элементов; многослойных деталей и плёнок; угловое и др.

Принцип действия и классификация

Процесс протекает в три этапа:

нагревание элементов, взаимное проникновение материалов друг в друга в зоне контакта;
формирование связей на молекулярном уровне;
твердение и формирование шва.

Сварка ультразвуком по уровню автоматизации процесса разделяется на:

Ручную. Все характеристики установки контролируются оператором, он же проводит пистолет для сварки по контуру соединения.
Механизированную. Контроль параметров осуществляется оператором, элементы подаются на излучатель.
Автоматическая. Используется в цехах промышленных предприятий, производится без использования рук человека.

По способу подачи энергии в зону сварки отличают одно- и двухсторонний метод.

В соответствии с характером передвижения волновода УЗС бывает:

Импульсной. За единичное перемещение рабочая зона бомбардируется короткими импульсами.
Непрерывной. Излучение воздействует не переставая, волновод передвигается с установленной скоростью вдоль элементов.

По характеру передачи энергии в область сваривания имеются такие режимы УЗС:

Контактный. Подразумевает равномерное распределение энергии в объеме элементов. Используется с целью сопряжения пленок и пластиковых изделий внахлест.
Передаточный. Колебания образуются одновременно во многих точках, волны проходят толщу элементов, освобождая энергию на участке. Применяется для создания тавровых швов и сопряжения жестких изделий из полимеров встык.

Таблица свариваемости материалов Ультразвуковая сварка применима для пластмасс и большинства однородных и разнородных металлов. Использование для определенного материала зависит от параметров его кристаллической решетки и твердости – чем она выше, тем ниже свариваемость металлического изделия.

Возможность сопряжения материалов посредством УЗС представлена в таблице.

Понятие и определение ультразвуковой сварки

Ультразвуковая сварка (УЗС) — эти вид сварки давлением, который происходит под воздействием ультразвуковых колебаний (ГОСТ 2601, СЭВ 5277).

Неразъёмное соединение под воздействием ультразвуковых волн образуется в процессе сжатия свариваемых деталей, которое происходит при относительно небольшом усилии (порядка нескольких единиц ньютона, или даже десятых долей ньютона при соединении элементов микросхем и порядка 104Н при сварке толстых листом). Одновременно с приложенным усилием, на соединяемые детали воздействуют механические колебания с частотой 15-80 кГц.

Суть получения швов

Для соединения металлов ультразвуком требуется предварительный нагрев поверхности и приложение значительного сжимающего усилия, что усложняет конструкцию таких аппаратов. Схема ультразвукового оборудования для сварки полимерных материалов значительно проще.

Соединение осуществляется в следующей последовательности:

подключение оборудования, генерирующего ультразвук;
прохождение УЗ конвертора, трансформирование его в механические продольно направленные колебания;
передача от волновода свариваемым элементам колебательной энергии;
интенсивный нагрев поверхности на участке соприкосновения деталей и волновода;
возрастание текучести внешнего слоя элементов;
формирование связей под воздействием динамических и статических усилий.

Важно! При помощи УЗС возможно сопряжение материалов, различающихся строением, к примеру, пластмассовых элементов и металлических. Разность в температурах расплава может быть колоссальной.

Недостатки

Как и любой другой способ соединения, ультразвуковая сварка имеет не только преимущества, но и отрицательные моменты:

величина подвергающихся сварке деталей имеет свои ограничения, а именно не более 250 мм. Это объясняется тем, что могут возникать трудности с контролем амплитуды, а также ограничением в выходящей мощности датчика. Ещё это происходит из-за отсутствия возможности сонотрода, передать достаточную мощность звуковой волны;
такая сварка не будет актуальной при соединении толстостенных материалов. Это значит, что одна из заготовок должна быть легкой обязательно, ведь она будет поглощать основное количество энергии;
влага, которая может находиться в материале, должна присутствовать в небольшом количестве. А если её много, актуальным станет использование вибрационной сварки.

Достоинства ультразвуковой сварки

Устройство ультразвуковой сварки.

С учетом своей специфики ультразвуковая сварка имеет ряд отличных преимуществ:

Нет нужды нагревать предварительно рабочую зону, что чрезвычайно полезно при работе с химически активными металлами или парами металлов, которые склонны к образованию специфических и хрупких соединений по ходу сварки.
Есть возможность соединения тонких и ультратонких кромок металлических деталей. Также можно приварить фольгу или тонкие листы к любым деталям, можно варить даже пакеты из фольги.
Уникальная техническая «лояльность» к различного рода изоляционным и оксидным пленкам на поверхности металлов и другим загрязнениям – к примеру, плакированным поверхностям.
Малое по силе сдавливание приводит к тому, что деформация свариваемых поверхностей незначительна.
Энергетическая эффективность благодаря малой мощности сварочного оборудования, его простая конструкция.

Сварка искусственных кож

Искусственные кожи (ИК) получают нанесением полимерного материала на тканую основу из натуральных или синтетических волокон.

Из всего ассортимента выпускаемых, выпускаемых в настоящее время ИК, 70% составляют кожи с поливинилхлоридным (ПВХ)-покрытием. ПВХ-покрытие является многокомпонентной системой, включающей добавки стабилизаторов, пластификаторов, наполнителей, модификаторов и других компонентов, введение которых позволяет значительно изменить свойства полимера. Так, в зависимости от вида и количества пластификаторов температура текучести ПВХ-покрытия находится в интервале от 370 до 440 К.

Ультразвуковой сваркой можно успешно сваривать ИК через нетермопластичные листовые или пленочные подложки из материала, совместного с материалом покрытия ИК, а также при наличии промежуточного слоя, например, из пенополиуретана (ППУ), между слоями ИК или ИК и подложкой. При изготовлении элементов отделки салонов транспортных средств интерьеров возникает необходимость соединять ИК и ПВХ — подложкой через промежуточный слой ППУ.

На прочность сварных соединений ИК и стабильность механических свойств большое влияние оказывает схема управления процессом сварки. лучшие результаты достигаются при сварке с ограничением толщины шва в пределах 0,7-0,9 от суммарной толщины покрытий или покрытия и ПВХ — подложны. При испытаниях сварных соединений на расслаивание разрушение происходит путем отслаивания покрытия от основы.

Сварка жестких пластмасс

Сварка полистирола, сополимеров стирола, полиметилметакрилата, капролона, поликарбоната и других полимеров, имеющих высокий модуль упругости и низкий коэффициент затухания, широко применяется при изготовлении различных объемных деталей и конструкций: от контейнеров и сосудов до товаров народного потребления (спортивных изделий и игрушек). В этом случае ультразвуковая сварка позволяет значительно снизить трудоемкость процесса, увеличить производительность труда, повысить культуру производства и освободиться от применения токсичных клеев, вредных для здоровья человека.

В зависимости от формы изделия и материала может применяться контактная и передаточная сварка или комбинация этих способов. При передаточной сварке нет необходимости разогревать весь объем материала. Сварной шов получается в результате расплавления полимера в зоне контакта деталей. Ясно, что в процессе сварки следует стремиться к концентрации энергии ультразвуковых колебаний непосредственно на стыкуемых поверхностях. Изменением геометрии свариваемых деталей можно концентрировать энергию ультразвуковых колебаний в том или ином сочетании, что позволяет ускорить процесс сварки.

Рекомендуются разнообразные формы и размеры стыков деталей под ультразвуковую сварку в зависимости от конкретных изделий и материалов, но наиболее распространенной является V — образная разделка кромок, которая проста в изготовлении и дает хорошие показатели прочности сварных соединений. Наиболее эффективным углом при вершине V — образного выступа является угол 90°, при котором обеспечивается минимальная площадь контакта деталей перед сваркой.

Малогабаритные детали несложной формы свариваются за один контакт волновода с изделием, причем волновод устанавливается перпендикулярно к свариваемым поверхностям, по оси симметрии. если деталь сложная и длина сварного шва значительная, то количество точек и место введения ультразвуковых колебаний определяется экспериментально. В зависимости от формы литьевого изделия для сварки могут быть использованы волноводы с плоской или фигурной рабочей поверхностью. В последнем случае рабочий торец волновода прилегает к поверхности свариваемых деталей, копируя ее форму. Это необходимо в том случае, когда нужно получить герметичный шов.

Для фиксации деталей могут применяться различные удерживающие устройства: опоры гнездообразные, сферические и т.д. Оптимальный режим сварки: время 3 с; амплитуда 40-40 мкм; усилие сжатия 50-150 Н; частота 22 кГц.

Коротко об установках

Оборудование для ультразвуковой сварки состоит из следующих узлов:

генератор электрических колебаний;
акустический узел с волноводом;
прессовый механизм;
контролирующая процесс аппаратура.

В самостоятельном изготовлении устройства нет необходимости, и на то есть ряд причин. Первая и основная — создание машины потребует множества математических и физических расчетов. Минимальное отклонение приведет к появлению резонанса в месте контакта деталей, что снизит качество сварного соединения.

Разновидности УЗС

Сварка ультразвуком классифицируется по ряду критериев. Первый — способ передачи энергии. Так выделяют:

Первая обычно используется для соединения мягких пластмасс, пленок, синтетики толщиной до 5 мм. Наиболее распространенный метод сварки — внахлест. Вторая применима при обработке жестких пластмасс (полистирол, капрон и т.п.). Соединение — стыковое.

Другими критериями классификации УЗС являются:

способ перемещения волновода (прессовая — за одно короткое движение элемента; непрерывная — за продолжительное воздействие на участок сварки);
способ дозировки вводимой механической энергии (с фиксацией времени воздействия у/з импульса, осадкой либо зазором).
- Особенности сварочного оборудования
В отличие от ручной или полуавтоматической работы, где можно использовать разные типы электродов или проволок, а также изменять другие параметры процесса, в оборудовании для ультразвуковой сварки все рассчитано до мелочей. Процесс протекает следующим образом:
- генератор создает электрический импульс;
- колебания преобразуются в высокочастотную звуковую волну;
- волна передается через волновод к месту соединения деталей;
- здесь она создает резонанс;
- смещение материалов друг к другу приводит к их мгновенному соединению.
В зависимости от физических характеристик соединяемых материалов подбирается частота колебаний. Далее — некоторые примеры установок.

Оборудование для ультразвуковой сварки

Условно все аппараты можно поделить на три группы:
- стационарные (станки);
- настольные;
- ручные.
Примером первой группы является машина ультразвуковой сварки SportTex EU 1300. Визуально она напоминает обычную швейную машинку.

Технические характеристики:
- напряжение — 220 В;
- частота — 50 Гц;
- мощность — 1,5 кВт;
- рабочая поверхность — 50 мм;
- производительность — до 10 м/мин;
- давление рабочее — до 7 бар;
- рабочая частота — до 20 кГц;
- габариты — 1200х1200х550 мм;
- вес — 110 кг.
Стоимость установки составляет не менее 200 тысяч рублей, поэтому используется она обычно на производстве.

К более компактным устройствам относится ультразвуковой модуль настольного типа для соединения тубов (небольших продолговатых емкостей, например, для зубных паст, кремов и т.д.). Скорость работы настольных установок варьируется от 0,3 до 1,5 с и зависит от ширины шва (до 70 мм).
- рабочая частота — до 35 кГц;
- мощность — до 1,5 кВт;
- пневматический привод;
- габариты — 533х261х219 мм;
- вес — 30 кг.
Стоимость подобных установок на порядок ниже, чем стационарных.

Самые компактные устройства для ультразвуковой сварки применяются для клепки пластмасс, прихватки небольших деталей, фиксации элементов на несущие конструкции. Пример — ручная машинка Handy Star. Ее мощность, частота и скорость работы похожи на настольные устройства, однако габариты и масса существенно ниже, что отражается на стоимости. Рассматриваемый инструмент в сумме трех измерений дает 720 мм, а масса составляет лишь 4,5 кг. Используется такое оборудование для ультразвуковой сварки в автомобильной промышленности, ремонте брезентовых изделий, производстве ленточных транспортеров.

Важно помнить ряд моментов. Первый — длина свариваемых деталей не должна превышать четверть метра. Это обусловлено конструкцией установок. Второй — соединяемые детали должны быть сухими. Третий — как минимум одна из деталей должна быть тонкостенной.

Известны ли вам особенности работы с оборудованием для ультразвуковой сварки и сталкивались ли вы с ним на практике? Если вам есть, чем поделиться с читателями, оставьте свой отзыв в комментариях к статье.

Поиск записей с помощью фильтра:

Литература

Работа с металлическими деталями

Соединение металлических заготовок осуществляется под значительно меньшим температурным воздействием, чем при применении иных «горячих» способов сварки – газовой либо электродуговой. Эта особенность позволяет шире раскрыть возможности для надежного и быстрого сопряжения элементов, эксплуатационные свойства которых снижаются при перегреве. Помимо этого, УЗС позволяет сваривать пары металлов, не соединяемых или с трудом соединяемых иными способами – например, медь с алюминием, алюминий с никелем.

Прочность шва соответствует ГОСТ и составляет порядка 70% от аналогичного показателя исходного материла.

Вывод

Способ сваривания деталей с помощью ультразвука, это эффективный метод, но не всегда. Стоит учитывать ряд физических и математических особенностей, которые необходимы для получения качественного результата. Процесс довольно сложный и требует высокой квалификации специалиста проводящего работы с соединениями, то же самое касается сооружения аппарата самостоятельно. Зачастую это не приводит к ожидаемому успеху.

Особенности у полимеров

Для сопряжения полимерных материалов используется специализированный ультразвуковой сварочный аппарат, главными частями которого являются:
- рама для крепления деталей и узлов;
- блок питания с кабелем для подключения к сети;
- генератор УЗ-колебаний;
- пресс;
- преобразователь колебаний;
- сварочная головка.
Устройства для промышленного применения дополнительно оснащаются рабочим столом и механизмом для подачи заготовок.

Возможности ультразвука

Применение УЗС позволяет эффективно сопрягать разнообразные материалы, значительно отличающиеся толщиной – от пары микрон до нескольких миллиметров. При этом форма заготовок практически не изменяется.

При устройстве точечных швов соединения могу выполняться на участках значительной площади. Шаг выбирается по материалу изделий и требуемой прочности шва. Для выполнения сплошных герметичных швов используются роликовые насадки к излучателю.

Пленки и листовые изделия сопрягаются внахлест, для стержневых элементов используется тавровый шов.

Параметры

Для получения долговечного и прочного шва предварительно следует соблюдать параметры функционирования аппарата. Точная настройка оборудования для изделий выполняется в лаборатории с проведением испытаний шва на разрушение.

Основные параметры следующие:
1. Амплитуда колебаний, определяющая срок процесса и мощность энергетического потока.
2. Давление сжатия, от которого зависит прочность рубца.
3. Частота генератора.
4. Статическое давление.
5. Скважность и длительность импульсов.
Ограничения

Главным ограничением применения УЗС является размер свариваемых элементов, составляющий 25-30 см. Это обусловлено небольшой мощностью генератора, а также рассеянностью и затуханием УЗ-колебаний в твердых телах.

Для прямого повышения амплитуды колебаний и выходной мощности оборудования потребуется неоправданное увеличение габаритов и подводимой мощности, что сделает применение метода экономически неэффективным.

Помимо этого, свариваемые заготовки должны обладать минимальной влажность – как поверхностной, так и объемной.

Кол-во блоков: 31 | Общее кол-во символов: 25639
Количество использованных доноров: 7
Информация по каждому донору:

Процесс ультразвуковой пайки и лужения

Для того, чтобы соединять конструкции из полимерных материалов (например, полипропиленовые), используется ультразвуковая сварка пластмасс.

Этот метод уменьшает расходы, увеличивает эффективность и улучшает качество готового изделия, поэтому так обширно применяется в промышленности.

Эта статья написана в помощь тем, кто решил узнать о сварке ультразвуком пластмасс и ряде моментов, связанных с ней (оборудование, достоинства, недостатки).
- Как это работает?
- Как образуется шов?
- Характеристики оборудования
- Категории сварки
- + и —
- Сварочные аппараты
- Постскриптум
Детализация метода

Сварка ультразвуком возможна благодаря техническим устройствам, которые преобразуют электрические колебания напряжения в механические. Последние достигают высокой частоты до уровня ультразвука. Его параметры могут варьировать от 18 до 180 кГц. Он воздействует на свариваемые поверхности, прижатые друг к другу без зазора.

Первое действие — это вызывание трения мельчайших частиц от высокочастотных колебаний. Так, удаляются оксидные пленки и другие примеси с поверхности соединения. Этот процесс называется сухим трением, предшествующим основному. Вторая стадия — повышение температуры в зоне трения и образование перемешивания молекул до создания однородной структуры. Это достигается за счет чистого трения в зоне сварки. Происходит стирание границ между материалами в области воздействия ультразвука. Третий этап — это физическое прижимания свариваемых элементов для более плотного контакта сторон и образования большей зоны соприкосновения.

Если предстоит сваривать толстые детали, то чтобы уменьшить время воздействия и амплитуду колебаний, используют предварительный подогрев изделий. Для этого заготовки подсоединяют к аппарату индукционного нагрева и доводят до определенной температуры. После чего выполняется сваривание ультразвуком.

Рабочим инструментом является сварочный наконечник на аппарате или в руках сварщика. Технологическая схема может варьировать в зависимости от типа колебания. Он может быть продольным, крутильным или изгибным.

Преимущества сварочного способа

Ультразвуковая сварка выделяется несколькими преимуществами, благодаря чему широко применяется в промышленности. А именно:
- высокая скорость выполнения работ, оптимизирующая производственный процесс;
- отсутствие вредных испарений для дыхательной системы человека;
- нет необходимости в использовании инертных газов для защиты места соединения;
- экономичность метода ввиду отсутствия расходных материалов (электродов, присадочной проволоки);
- самостоятельная предварительная очистка поверхности от мусора и оксидных пленок благодаря воздействию высокочастотных колебаний;
- метод позволяет аккуратно выполнять швы, оставляя малозаметные следы прижима сварочного стержня;
- отсутствие деформаций конструкции благодаря точечному и кратковременному влиянию механических колебаний;
- возможность выполнять разнообразные швы во всех пространственных положениях;
- сварочному методу поддается большинство видом металлов и полипропилена;
- простота обучения;
- отсутствие электрического напряжения на свариваемой детали.
Применение ультразвука

Сваривание материалов высокочастотными колебаниями нашло широкое применение в областях промышленности с использованием пластичного сырья. Ультразвуковая сварка пластмасс позволяет создать любое соединение, по форме и сложности, не требующее классического плавления материала. Точечный или продольный шов будет надежно удерживать стороны вместе. Это активно используется в производстве игрушек и плотных упаковок из полипропилена. Сварка пластмасс ультразвуком нашла отображение и в изготовлении тонких оправ для очков.

Метод соединения успешно воздействует на сваривание: меди, алюминия, золота, никеля, серебра, вольфрама, циркония, молибдена, ниобия. Это нашло отображение в ювелирном деле и радиоэлектронике. Ультразвук можно задействовать в креплении микросхем и создании мелкой механики. Благодаря регулируемым настройкам, высокочастотными колебаниями возможно соединять даже проволоку и фольгу.

Ультразвуковой метод позволяет связывать однородные материалы не только друг с другом, но и с разными видами. Например, стальную пластину можно соединить со стеклом, керамикой, или полупроводниками. В некоторых случаях требуется алюминиевая прослойка, когда соединение напрямую будет менее прочным. Но чем выше твердость используемого материала, тем ниже качество сваривания.

Ультразвуковая пайка – это технология бесфлюсовой пайки, не требующая никаких химических веществ и использующая энергию ультразвука для спаивания таких материалов, как стекло, керамика, композиционные материалы, а также металлы, с трудом поддающиеся или совсем не поддающиеся пайке с помощью традиционных средств.

Данная технология находит всё большее применение при спаивании между собой металлических и керамических деталей, входящих в конструкцию фотоэлементов солнечных батарей, а также деталей из медицинских сплавов с памятью формы, используемых в специализированных электронных модулях и блоках датчиков.

Ультразвуковая пайка упоминается с 1955 года как метод пайки алюминия и других металлов без использования флюса.

Эта технология существенно отличается от ультразвуковой сварки. В последней энергия ультразвука используется для соединения деталей без добавления каких бы то ни было наполнителей, в то время как в традиционной (и ультразвуковой) пайке для формирования соединения применяется внешний нагрев с целью расплавления металлических наполнителей, то есть припоев. При этом ультразвуковая пайка может выполняться с помощью либо специального паяльника, либо специальной паяльной ванны.

Этот процесс может осуществляться либо автоматически при серийном производстве либо вручную при изготовлении прототипов или проведении ремонтных работ.

Изначально ультразвуковая пайка была предназначена для соединения алюминия и других металлов, однако в наши дни с появлением активных припоев можно спаивать более широкий спектр металлов, керамики и стекла.

В данной технологии применяются либо ультразвуковые паяльники с наконечником диаметром 0,5-10 мм, либо ультразвуковые паяльные ванны. В этих устройствах используются пьезоэлектрические кристаллы для генерирования звуковых волн высокой частоты (20-60 кГц) в слоях расплавленного припоя или в ванне с расплавленным припоем с целью механического разрушения оксидных плёнок, образующихся на поверхностях расплава. При этом наконечники ультразвуковых паяльников одновременно соединены с нагревательным элементом, в то время как пьезоэлектрический кристалл термически изолирован во избежание его разрушения.

Наконечники ультразвуковых паяльников способны нагреваться до 450 °C при механических колебаниях с частотой 20-60 кГц. Такой наконечник способен расплавлять металлические наполнители припоя при возбуждении звуковых колебаний в расплаве припоя. При этом вибрация и кавитация (порообразование) в полученном расплаве позволяют припоям смачивать поверхности многих металлов и сцепляться с ними.

Энергия звуковых волн, вырабатываемая наконечником ультразвукового паяльника или ультразвуковой паяльной ванной, вызывает в расплавленном припое кавитацию, которая механически разрушает оксидные плёнки, расположенные поверх слоёв самого припоя и на соединяемых металлических поверхностях.

Кавитация в ванне расплавленного припоя способна очень эффективно разрушать оксидные плёнки на поверхностях многих металлов, однако она неэффективна при пайке к керамике и стеклу, поскольку последние сами являются оксидами, а также к другим неметаллическим композиционным материалам, которые не могут быть разрушены, так как представляют собой вещество основы. В случае припаивания непосредственно к стеклу и керамике, металлические наполнители для ультразвуковой пайки должны быть легированы активными элементами, такими как индий (In), титан (Ti), гафний (Hf), цирконий (Zr), и редкоземельными элементами (церий/Ce, лантан/La и лютеций/Lu). Припои, легированные этими химическими элементами, называются «активными припоями», поскольку они напрямую воздействуют на стеклянные или керамические поверхности для создания сцепления с ними.

Технология ультразвуковой пайки находит всё большее применение, благодаря её чистоте, отсутствию флюса и сочетаемости с активными припоями, и предназначена для соединения деталей, не допускающих использования агрессивного флюса или состоящих из разнородных материалов (металлов, керамики или стекла).

Для эффективной адгезии к поверхностям должна быть разрушена собственная оксидная плёнка на активном припое, образующаяся при его плавлении, и ультразвуковая вибрация хорошо подходит для этой цели.

При необходимости выполнить короткое или узкое паяное соединение может быть очень эффективна ультразвуковая пайка с использованием паяльных наконечников диаметром 1-10 мм, так как объём расплавленного металла невелик и может быть эффективно приведён в колебание с их помощью. При большей площади паяного соединения применяются широкие нагреваемые ультразвуковые наконечники для распространения активных припоев по большей поверхности алюминия (а также других металлов, керамики и стекла) и её лучшего увлажнения этими припоями.

Другие материалы по слесарному делу
- Соединение деталей заклепками (клепание)
- Мягкие припои
- Лужение
- Магнитно-импульсная сварка
- Заварка дефектов алюминиевой головки цилиндров двигателя автомобиля
Оборудование для сварки

Оборудование для ультразвуковой сварки имеет различные формы, но его общие черты следующие:
- кронштейн для крепления корпуса сверху;
- подставочная часть где выполняются рабочие манипуляции;
- источник питания;
- преобразовательная колебательная система;
- привод для увеличения давления;
- управляющая часть.
Источником тока может быть генератор колебаний с рабочей частотой от 18 кГц. Преобразователь изменяет электрические колебания в механические с продольным действием. Сварочный наконечник может крепиться стационарно на аппарат, и изделие необходимо подносить между ним и платформой, либо рабочий может манипулировать ручкой с наконечником перемещая его по изделию. Последний прикладывается к свариваемой поверхности всегда под прямым углом. Некоторые установки способны сваривать детали только с одной стороны, другие осуществляют двухстороннее воздействие.

Сварка может выполняться точечно, благодаря продольным колебаниям и небольшому прижиму. Второй вариант — это шовное соединение, которое выполняется на продолжительном режиме работы аппарата и изделии, перемещаемом под сварочным наконечником на роликах.

Регулируемые параметры

Для получения качественного соединения существуют различные параметры, которые устанавливаются индивидуально, в зависимости от вида материала, его толщины, и будущей возможной нагрузке. Подбор настроек для каждого нового вида соединения осуществляется в лабораторных условиях, путем экспериментов и проверок качества шва при давлении на разрыв и смещение. Оптимальные данные по настройке передаются на производство и запускаются в процесс.

Среди регулирующихся значений выделяются следующие:
- амплитуда колебаний сварочного наконечника от которой зависит время сваривания и степень прочности соединения;
- механическое давление, которым прижимается головка сварочного наконечника к материалу (при использовании пресса выставляется точно, а при ручном нажиме рассчитывается приблизительно);
- частота электрических колебаний;
- статическое давление, образовываемое во время сварки благодаря установленной амплитуде;
- продолжительность импульса в течении которого ультразвук будет воздействовать на место стыковки материалов (от этого параметра зависит скорость сварки);
- второстепенные настройки: установка температуры предварительного подогрева в случае толстых деталей, настройка высоты сварочного наконечника исходя из размеров изделия и т. д.
Сферы использования ультразвуковой сварки

Области применения ультразвука для создания сварных соединений определяются исходя из характерных особенностей технологии:
- соединяемые материалы должны быть пластичными;
- их размеры ограничены, прежде всего — толщина;
- температура нагрева намного ниже, чем при использовании «горячих» сварочных технологий.
Технология проучила широкое распространение в следующих областях:
- приборостроение;
- электроника;
- производство пластиковых оболочек;
- выпуск пластмассовых изделий.
Применяется метод и в других отраслях для присоединения малогабаритных деталей к крупным.

Технологический процесс

Сварка ультразвуком различных материалов производится в простой последовательности. А именно:
1. Включается аппарат для начала выработки тока нужной частоты и преобразования в механические колебания.
2. На подставку агрегата выставляется нижняя сторона свариваемого изделия.
3. Сверху накладывается ответная часть. Важно соблюсти точное расположение деталей, чтобы сохранить симметрию и правильность сборки.
4. Стороны зажимаются прессом и фиксируются.
5. В случае работы с твердыми материалами запускается предварительный подогрев индукцией.
6. На конце пресса установлена сварочная головка, которая начинает излучать импульс заданной временной длины.
7. По окончанию воздействия ультразвука пресс отводится вверх, а изделие проверяется на качество соединения.
8. Для выполнения не точечного, а продольного соединения, используется аналогичная последовательность, но с применением включения роликового механизма, по которому перемешаются свариваемые детали.
При аналогичной работе на ручном аппарате, где сварочная головка находится на специальной рукоятке или пистолете, процесс выполняется похожим образом. Поскольку в этом виде нет прижимного пресса, рабочему важно использовать твердую подложку для установки на нее участка под сварку. Производится фиксация материалов нажимом пистолета, и только после этого включается подача импульса.

Как образуется шов?

Работа с металлом не похожа на сварку ультразвуком. Для второй не понадобятся привычные по работе с металлом расходные материалы (проволока, стержни электродов и пр.) и высокое температурное воздействие.

Зато потребуются механическое влияние на место формирования шва и энергия ультразвуковых колебаний.

Образование колебаний начинается с подсоединения генератора к ультразвуковому сварочному аппарату для пластмассы. Преобразователь трансформирует колебания одного вида в другие (ультразвуковые в механические).

Следом происходит подключение колеблющегося параллельно будущем шву волновода.

Он позволяет локально сфокусировать энергию в конкретной точке и создаёт два типа давлений: статическое и динамическое. Они приложены к детали под углом в 90°, и у каждого из них своя роль.

Первое отвечает за получение прочного шва, а второе — за достижение уровня температуры, оптимальной для работы с разными типами пластика и пластмасс.

Технически, возможности этого метода позволяют скреплять пластмассу с деталями различного состава, главное условие — чтобы материал выдерживал воздействие ультразвука.

В теории возможно соединение пластмассы с металлом, несмотря на разницу их температур плавления.

Метод ультразвуковой сварки был разработан в XX веке. Он предназначен для создания неразъемных соединений различных материалов. Для сваривания детали сдавливают друг с другом и подвергают воздействию интенсивных ультразвуковых колебаний.

Таким способом можно сваривать термопластик и большинство металлов. По сравнению с другими способами сварки, ультразвуковые установки отличаются простотой конструкции, а сам процесс — низкой себестоимостью и трудоемкостью.

Принцип действия ультразвуковой сварки и классификация

С физической точки зрения, ультразвуковая сварка проходит в три стадии:
- нагрев изделий, активизация диффузии в зоне соприкосновения;
- образование молекулярных связей между вязкотекучими поверхностными слоями
- затвердевание (кристаллизация) и образование прочного шва.
Существует несколько классификаций ультразвуковой сварки ультразвуковой сварки.

По степени автоматизации различают:
- Ручная. Оператор контролирует параметры установки и ведет сварочный пистолет по линии шва.
- Механизированная. Параметры задаются оператором и поддерживаются установкой, детали подаются под излучатель.
- Автоматизированная. Применяется на массовом производстве. Участие человека исключается.
Схемы колебательных систем для сварки ультразвуком

По методу подведения энергии к рабочей зоне выделяют:

По методу движения волновода классифицируют:
- Импульсная. Работа короткими импульсами за одно перемещение волновода.
- Непрерывная. Постоянное воздействие излучателя, волновод двигается с постоянной скоростью относительно материала.
По споосбу определения количества энергии, затрачиваемой на соединение, существуют:
- по времени воздействия;
- по величине осадки;
- по величине зазора;
- по кинетической сотавляющей.
В последнем случае количество энергии определяется предельной амплитудой смещания опоры.

По способу подачи энергии в рабочую зону различают следующие режимы ультразвуковой сварки:
- Контактная. Энергия распределяется равномерно по всему сечению детали. Позволяет сваривать детали до 1,5 толщиной. Применяется для сваривания внахлест мягких пластиков и пленок.
- Передаточная. В случае высоких значений модуля упругости колебания возбуждаются в нескольких точках. Волна распространяется внутри изделия и высвобождает свою энергию в зоне соединения. Используется для тавровых швов и соединений встык жестких пластиков.
Схема точечной ультразвуковой сварки Схема установки для роликовой сварки ультразвуком

Способ подачи энергии колебаний в зону контакта заготовок определяется модулем упругости материала и коэффициентом затухания механических колебаний на ультразвуковых частотах.

Суть получения швов ультразвуком

Процесс сварки ультразвуком для пластиков и металлов имеет общие физические основы, но существенно различается по параметрам.

Для ультразвуковой сварки металлов требуется нагрев до высоких температур и приложение больших усилий сжатия. Для пластиков можно обойтись намного меньшими значениями этих параметров. Схема установки ультразвуковой сварки пластика также существенно проще.

Последовательность действий следующая
- Подключают генератор ультразвука.
- Ультразвук, проходя через конвертер, преобразуется в продольные механические колебания волновода.
- Волновод подсоединяется перпендикулярно плоскости шва и передает заготовкам колебательную энергию.
- Механическая энергия преобразуется в волновую, что обуславливает интенсивный нагрев области соприкосновения волновода и заготовки.
- В нагретом поверхностном слое возрастает текучесть.
- Динамическое усилие, прикладываемое со стороны излучателя, способствует нагреву зоны крнтакта.
- Статическое усилие, приложенное в том же направлении — перпендикулярно поверхности контакта, понуждает к образованию прочные связи.
Сварной шов после ультразвуковой сварки

Таким методом удается соединять ультразвуком даже разные по своему строению материалы, такие как металлические сплавы и пластики.

При этом разница в температурах плавления может быть многократной.

Преимущества

Анализируя особенности ультразвукового сварочного производства, нельзя не отметить следующие его достоинства:
- не требуется защитная газовая среда;
- нет нужды в тщательной механической зачистке зоны сварки;
- нет ограничений по форме деталей;
- экологичность и ничтожный объем выделяющихся вредных веществ;
- небольшие температуры нагрева по сравнению с другими способами;
- не требуются сварочные материалы;
- высокая производительность, сравнимая только с контактной сваркой — доли секунды.
- низкие затраты энергии.
Полученный шов имеет эстетичный внешний вид и редко нуждается в дополнительной обработке.

Существуют у способа и минусы:
- Размер заготовки ограничен 25-30 см. На больших расстояниях волны рассеиваются и поглощаются материалом.
- Невозможность сварки деталей большой толщины.
- Чувствительность к влажности.
Сочетание достоинств и недостатков метода позволяет применять его в самых различных производствах.

Воздействие ультразвука на материал деталей

Атомы твердых тел, как кристаллических, так и аморфных, расположены в определенном порядке, между ними установлены более или менее прочные связи, позволяющие телам сохранять свою форму. Атомы и молекулы способны колебаться относительно своего начального положения. Чем выше амплитуда этих колебаний, тем выше внутренняя энергия тела. Если амплитуда превышает определенный предел, установившиеся связи могут разорваться. Если к телу приложено усилие, не дающее ему потерять целостность, вместо разорванных связей возникают новые, этот процесс называют рекомбинацией.

Ультразвуковые волны высокой интенсивности, сообщая атомам тела большое количество энергии за короткое время, увеличивают амплитуду колебаний атомов и молекул в зоне воздействия. Связи между ними рвутся, и под приложенным давлением возникают новые, с частицами из поверхностных слоев второй заготовки. Так возникает чрезвычайно прочное соединение, превращающее детали в единое целое.

Высокой эффективностью отличается применение ультразвуковой сварки к деталям небольших размеров. Особенно удачно применяют метод в микроэлектронике и приборостроении.

Соединение металлов проходит при существенно более низких температурах, чем при использовании «горячих» сварочных технологий, таких, так электродуговая или газовая сварка. Это открывает широкие возможности для быстрого и надежного соединения компонентов, чувствительных к перегреву.

Кроме того, метод способен сварить пары металлов, с трудом соединяемые другими способами: Cu+Al, Al+ Ni и т.д.

Прочностные характеристики шва достигают 70% от значений для исходного сплава.

Метод также позволяет сваривать металл, пластик, керамику, композиты, стекло в любых комбинациях. Применим он и к тугоплавким сплавам.

Преимущества и недостатки при работе с пластиками

При работе с пластмассами существуют следующие достоинства метода:
- высокая производительность;
- низкая себестоимость операции;
- герметичность швов на толстостенных заготовках;
- отсутствие необходимости в подготовке поверхности;
- отсутствие перегрева;
- отсутствие электрических наводок и электромагнитного излучения;
- совместимость операции с другими операциями технологического процесса, напыления, разреза в других плоскостях и т.п.;
- универсальность по типам пластиков;
- отсутствие расходных материалов и химикатов.
- эстетичность и малозаметность шва.
Ультразвуковая сварка пластмасс

Выделяют и недостатки:
- Малая мощность излучателя заставляет подводить энергию с двух сторон.
- Сложность контроля качества шва.
Качество соединения стильно зависит от точности подбора и стабильности параметров установки во время работы.

Особенности сваривания полимеров с использованием ультразвука

Для соединения пластмасс ультразвуком используется специализированное оборудование. Его основные компоненты следующие:
- Рама, на которой закреплены все основные узлы и детали.
- Блок питания.
- Система управления.
- Генератор ультразвука
- Привод давления.
- Преобразователь колебаний.
- Сварочная головка.
В промышленных моделях существует также рабочий стол с механизмом подачи деталей.

Используемое оборудование

Учитывая высокую стоимость аппарата УЗ-сварки, многие домашние мастера подумывают о самостоятельном изготовлении установки. К сожалению, это не сварочный трансформатор и даже не выпрямитель, и для проектирования и создания аппарата потребуются серьезные знания и навыки в области акустики и электроники. Кроме того, для изготовления деталей излучателя и волновода нужны станки высокого класса точности, недоступные в домашних условиях.

Пресс для ультразвуковой сварки

Оборудование для ультразвуковой сварки разделяют на три категории:
- точеное;
- шовное;
- шовно–шаговое.
Диапазон мощности — 50 ватт до 2 киловатт, рабочая частота в районе 20-22 килогерц

Основной узел установки ультразвуковой сварки — генератор колебаний и преобразователь электрических колебаний в механические той же частоты.

Механические колебания ультразвукового генератора преобразуются магнитострикционным преобразователем. Для отведения излишнего тепла используется водяная система охлаждения

Волновой трансформатор согласует параметры взаимодействия преобразователя и волновода. Он повышает частоту колебаний на выходе волновода.

Волновод транспортирует энергетический поток к месту сваривания. На его рабочем окончании смонтирована сменная сварочная головка. Ее геометрические параметры выбирают, исходя из материала заготовки, его толщины и вида шва. Так, для приваривания выводов микросхем берут головку, заканчивающуюся тонким жалом.

Опорная рама служит для размещения всех узлов и деталей. На ней также монтируется механизм перемещения заготовки или головки волновода.

Параметры сварочного оборудования

Чтобы получить прочный и долговечный шов, необходимо точно рассчитать и тщательно соблюдать параметры работы аппарата. Они зависят от типа материала заготовок, его толщины, требований к прочности шва. Точная настройка параметров для каждого нового изделия проводится в лабораторных условиях, с многократными испытаниями на разрушение соединения. Наилучшее сочетание параметров фиксируется и используется в производственном процессе.

К основным параметрам относят:
- Амплитуда колебаний. Определяет поток энергии и время операции.
- Усилие прижима. От него зависит прочность шва.
- Частота работы генератора.
- Статическое давление. Определяется амплитудой механических колебаний.
- Продолжительность и скважность импульсов. Также определяет продолжительность операции.
К вспомогательным параметрам относят температуру начального прогрева для заготовок большой толщины, возвышение сварной головки над заготовкой и некоторые другие.

Установка для точечной сварки ультразвуком

Выделение тепла при сварке ультразвуком

Тепло, выделяющееся при проведении сварочных работ, образуется вследствие пластических деформаций, а также механического трения свариваемых поверхностей. Температура нагрева не является неизменной, она определяется физико-механическими характеристиками: твердостью, теплоемкостью и теплопроводностью. Влияет также и пространственная конфигурация заготовок. Влияние этого тепла на протекание технологического процесса незначительно.

Использование ультразвука дает возможность прочно и долговечно соединять различные, даже сильно отличающиеся друг от друга материалы толщиной от нескольких микрон до нескольких миллиметров. При использовании ультразвука к минимуму сводятся искажения формы свариваемых заготовок.

Использование точечных швов дает возможность с высокой скоростью выполнить соединение на больших площадях. Шаг точек подбирается исходя из толщины заготовок и требований к прочности шва. В областях изделия, подвергающихся высоким напряжениям, шаг уменьшают. Применение роликовых насадок на излучатель позволяет выполнять сплошные герметичные швы любой конфигурации. Такие соединения применяются в упаковочных изделиях и надувных конструкциях.

Листовые и пленочные заготовки соединяют внахлест. Для заготовок в форме стрежней применяют тавровые швы.

Ограничены возможности метода по работе со сверхтонкими материалами. Вследствие высокой скорости работы, экологической безопасности и обеспечения нормальных условий труду персонала, популярность ультразвука продолжает расти.

Применение ультразвуковой сварки в производстве стройматериалов Использование ультразвуковой швейной машины

Основное ограничение, накладываемое на применимость технологии – это размер свариваемых заготовок. Он ограничен 25-30 см. Это обуславливается малой мощностью генератора и высоким затуханием и рассеянием ультразвуковых колебаний в твердой среде. При прямом увеличении мощности и амплитуды колебаний потребуется непропорциональное увеличение размеров установки и потребляемой мощности. Это сведет на нет все экономические преимущества метода.

Кроме того, материалы, свариваемые ультразвуком, должны иметь минимальную влажность, причем ка на поверхности, таки по всему объему. Если этого невозможно добиться, то следует использовать другие технологии.

Процесс ультразвуковой сварки металла

Использование сваривания ультразвуком не имеет экономического смысла и для толстостенных изделий.

Читайте также: