Ультразвуковая сварка металлов и пластмасс

Виды Сварки

Ультразвуковая сварка металловУльтразвуковая сварка металлов и пластмасс  – эта еще одна разновидность классической сварки давлением. Данный технологический процесс основан на сжимании двух заготовок, свариваемые кромки (плоскости) которых вибрируют (смещаются в тангенциальном направлении) с ультразвуковыми (до 40 КГц) частотами.

В итоге, при контакте «деталь в деталь», на кромках шва возникает пластическая деформация, перетекающая в объединение кристаллических решеток или полимерных цепочек стыкуемых элементов.

В данной статье мы разберем процесс ультразвуковой сварки с физической и технологической точки зрения. Кроме того, на этой странице вы сможете найти описание типового оборудования, необходимого для сварки заготовок ультразвуковыми колебаниями. А в завершении мы разберем технологические приемы реализации этого процесса.

Ультразвуковая сварка пластмасс и металлов: суть процесса

Процесс ультразвуковой сварки основан на совмещении тангенциальных колебаний и вертикальной нагрузки в зоне контакта двух деталей.

В результате такого воздействия истираются микронеровности, покрывающие контактные поверхности, и разрушается оксидная пленка.

Кроме того, возникает эффект перетекания кинетической энергии возвратно-поступательных колебаний в тепловое излучение, расплавляющее поверхностные слои деталей. И в этих условиях, даже относительно небольшая вертикальная нагрузка приводит к образованию межкристаллических (у металла) или межмолекулярных (у полимера) связей, скрепляющих соединяемые детали.

Таким образом, все установки ультразвуковой сварки функционируют на основе термомеханической технологии получения неразъемного соединения. Причем такие аппараты не нуждаются во внешнем нагреве. Выделяемой при трении деталей энергии вполне достаточно для образования новых межатомных или межмолекулярных связей.

Где используют ультразвуковую сварку?

Ввиду дороговизны оборудования классическое применение ультразвуковой сварки – монтаж элементов металлоконструкций – было бы экономически неоправданным. Однако с помощью этой технологии удается сваривать не только металлы, но и полимеры, и даже органические соединения.

Ультразвуковая сварка пластиковых пленокПоэтому ультразвуковая технология используется в приборостроении, электронике и прочих отраслях, где есть спрос на эффективные способы сопряжение металлических и неметаллических элементов.

Кроме того, ультразвуковой способ подходит и для сварки материалов с чрезвычайно прочной оксидной пленкой. Хороший пример такого случая — ультразвуковая сварка алюминия, покрытого тугоплавким оксидом (температура плавления более 2000 градусов Цельсия). В данном случае ультразвуковые аппараты действуют более эффективно, чем классическая аргонодуговая технология.

А еще, существует особая технология ультразвуковой сварки костной ткани, использующая в качестве присадочного материала эфир цианакриловой кислоты. Введенный в разлом кости циакрин твердеет под действием ультразвука и образует высокопрочный шов между обломками органической ткани.

Оборудование для ультразвуковой сварки

Работающая на ультразвуке сварочная установка состоит из следующих блоков:

  • Генератора ультразвуковых колебаний, формирующего переменное электромагнитное поле, частота которого выходит за пределы 20 КГц.
  • Вибратора, трансформирующего волновые колебания в механическую вибрацию. Вибратор состоит из пакета пластин (толщиной не более десятой части миллиметра), изготовленных их особого материала, который меняет линейные габариты под действием магнитного поля. В итоге, магнитное поле, передаваемое от генератора на пластины, то удлиняет, то укорачивает их размер и электромагнитная волна перетекает в механическую вибрацию.
  • Вибратор соединяется волноводом конической или цилиндрической формы, который транслирует механическую вибрацию на поверхность внешней детали. Причем конический волновод работает еще и как резонатор, усиливая амплитуду и повышая эффективность процесса.

Помимо указанных блоков в конструкцию аппарата входит еще и  особый сварочный стол, на котором покоятся соединяемые детали. Причем аппарат ультразвуковой сварки транслирует  вибрацию на внешнюю деталь в продольном, продольно-поперечном или  в продольно-вертикальном направлении. Кроме того, возможно и взаимное кручение стыкуемых элементов.

В завершении описания оборудования следует отметить, что стыкуемые детали попадают на рабочий стол аппарата в следующей последовательности: вниз укладывают толстую деталь, на которую помещают тонкую заготовку. Соотношение толщины верхней и нижней заготовок может достигать значения 1/1000.

Технологические приемы сварки ультразвуком

В процессе сварки ультразвуком используют следующие варианты стыковки деталей:

  • Сопряжение внахлест, когда поверх одной плоской заготовки укладывают аналогичную.
  • Сопряжение по рельефу, когда нижняя плита соприкасается с рельефной поверхностью верхней детали.
  • Сопряжение по кромкам, когда торцы изделий либо накладываются друг на друга, либо стыкуются под углом.
  • Сопряжение «крест-накрест» и тавровое сопряжение, когда два прутка накладываются внахлест, при несовпадении осей стыкуемых деталей, или когда торец прутка стыкуют с плоскостью.
  • Многослойное сопряжение, когда стыкуют больше двух заготовок.

Кроме того, существует и схема параллельной сварки двух прутков (вдоль оси), прутка и плоскости.

Указанные варианты соединения реализуются за счет трансляции колебаний в продольном (внахлест, рельеф), продольно-поперечном (встык под углом) или крутящем направлении (тавровое или прямое стыковое направление).

Оцените статью
Добавить комментарий