Ultraskaņas metināšana

Ultraskaņas metināšanā tiek izmantotas augstas frekvences ultraskaņas akustiskās vibrācijas, kas tiek pielietotas savienotajām daļām, kas ir saliktas kopā zemā spiedienā. Šo metināšanas metodi visbiežāk izmanto termoplastu savienošanai, un gadījumos, kad skrūvēšana, lodēšana vai līmēšana nav piemērota.

Lai gan ultraskaņas metināšana tika izstrādāta jau 20. gadsimta 40. gados, tā pirmo reizi tika izmantota rūpnieciski 1960. gadu sākumā, lai metinātu smalkas stieples elektronikas rūpniecībā. 1963. gadā polietilēna savienošanai sāka izmantot ultraskaņas metināšanu. Kopš tā laika ultraskaņas metināšana tiek izmantota alumīnija un plānu lokšņu metāla metināšanai automobiļu rūpniecībā (aizdedzes moduļi, spaiļu vadi, vadi).

Lēnais ultraskaņas metināšanas priekšrocību atpazīšanas process rūpniecībā ir saistīts ar jaudīgu ultraskaņas iekārtu trūkumu, kas varētu garantēt nemainīgu metināšanas kvalitāti pat lielām detaļām.Līdz ar to pētījumi 80. un 90. gados galvenokārt bija vērsti uz ultraskaņas iekārtu izstrādi.

Lai gan ultraskaņas metināšana izmanto vibrācijas, šī metode atšķiras no "vibrācijas metināšanas", kas pazīstama arī kā berzes metināšana. Vibrācijas metināšanas gadījumā viena no savienojamajām daļām tiek turēta vietā, bet otra ir svārstīga (ar elektromagnētisko vai hidraulisko piedziņu).

Ultraskaņas metināšana notur abas daļas vietā un izmanto augstas frekvences skaņas viļņus, lai radītu berzi. Akustiskā enerģija rada berzi un rada siltumu, kā rezultātā detaļas tiek sametinātas mazāk nekā sekundē, padarot ultraskaņas metināšanu par vienu no ātrāk izmantotajām mūsdienās.

Ultraskaņas metināšanas process ir pilnībā automatizēts un tiek veikts uz īpašām iekārtām. Ultraskaņas metināšanas princips ir parādīts att. 1, un tipiskas instalācijas sastāvs ir parādīts attēlā. 2.

Rīsi. 1. Ultraskaņas metināšanas princips: a — detaļu izlīdzināšana, b — detaļu saskare ar galu, c — spiediena pielikšana, d — metināšana, e — noturēšana, f — uzgaļa pacelšana.

Rīsi. 2. Montāžas shēma skaņas metināšanai

Ģenerators (atsevišķā blokā) tiek izmantots, lai pārveidotu elektriskās vibrācijas no tīkla augstfrekvences (20 ... 60 kHz), devējs, izmantojot pjezoelektriskos elementus, pārvērš elektriskās vibrācijas akustiskās. Pastiprinātājs un sonotrode ir instalācijas pasīvie rezonanses elementi, kas kalpo vibrāciju pārnešanai no devēja uz daļām.

Parasti ultraskaņas metināšanas iekārtas ir aprīkotas ar pastiprinātāju komplektu ar dažādiem pārvietošanas pārveidošanas koeficientiem.Sonotroda formu nosaka nepieciešamā metināšanas konfigurācija. Atkarībā no sonotrodes formas tiek radītas gareniskās radiālās, malas un citas viļņu svārstības. Katrai šuvei ir nepieciešams savs sonotrode.

Procesa fiziskā būtība ir ļoti spēcīgu, nelielas amplitūdas vibrāciju parādīšanās, saskaroties ar divām daļām. Vibrācija apvienojumā ar spiedienu noņem netīrumus un oksīdus no detaļu virsmas. Elektroni sāk plūst starp daļām, veidojot metalurģisku šuvi.

Ultraskaņas metināšana ir ideāli piemērota elektrisko savienojumu veidošanai, alumīnija un vara metināšanai, vara cauruļu galu blīvēšanai, plastmasas metināšanai, metāla detaļu iestrādāšanai plastmasā.

Rīsi. 3. Savienojumi, kas izgatavoti ar ultraskaņas metināšanu

Plastmasas metināšana ar ultraskaņu ļauj izveidot uzticamākus savienojumus nekā citas metodes. Šajā gadījumā plastmasas metināšana ar ultraskaņu būtiski atšķiras no metālu metināšanas.

Pirmkārt, metālu ultraskaņas metināšana notiek ar šķērsenisku vibrāciju palīdzību, kas ir paralēli metinātajām virsmām. Plastmasas ultraskaņas metināšana izmanto garenvirziena vibrācijas, kas ir normālas (ti, taisnā leņķī) pret metināmajām virsmām. Pilnīgi atšķirīga ir arī sonotrodu forma, kas ultraskaņas vibrācijas pārraida uz metāla un plastmasas šuvēm.

Otrkārt, metinot metālus, virsmu berzes mijiedarbībā veidojas šuve, kas rada stingru savienojumu, nekausējot materiālu.Plastmasas detaļu ultraskaņas metināšanas pamatā ir materiāla kausēšana tādā pašā veidā kā daudzas citas tradicionālās metināšanas metodes, piemēram, loka metināšana, pretestības vai lāzermetināšana), taču daudz zemākos temperatūras diapazonos.

Rīsi. 4. Ultraskaņas metināšanas iekārta

Ultraskaņas metināšanas priekšrocības:

1. Nav nepieciešama īpaša virsmas tīrīšana.

2. Nav nepieciešama aizsargājoša atmosfēra.

3. Nav nepieciešami metināšanas palīgmateriāli (vads, elektrodi, lodmetāls utt.).

4. Zems enerģijas patēriņš.

5. Īss savienojuma laiks, lai izveidotu savienojumu (apmēram ceturtdaļa sekundes).

6. Pilnīga metināšanas procesa automatizācija un iespēja viegli integrēt ar citiem ražošanas procesiem.

7. Iespēja izmantot dažāda rakstura metināšanas materiālus, arī tādus, kas ir jutīgi pret augstām temperatūrām, jo ​​metināšanas laikā rodas neliels siltuma daudzums.

8. Visu veidu detaļu metināšana.

9. Ar šo procesu izveidotās šuves ir vizuāli patīkamas, glītas.

10. Ultraskaņas metināšanā atšķirībā no citām metodēm neizmanto korozīvas ķīmiskas vielas un rada nelielu daudzumu izgarojumu.

Ultraskaņas metināšanas ierobežojumi:

1. Visnopietnākais ierobežojums ultraskaņas metināšanas izmantošanā ir metināmo detaļu izmērs — ne vairāk kā 250 mm. Tas ir saistīts ar devēja izejas jaudas ierobežojumiem, sonotroda nespēju pārraidīt ļoti lielas jaudas ultraskaņas viļņus un grūtības kontrolēt amplitūdu.

2. Ultraskaņas metināšanai ir nepieciešams arī zemāks mitruma saturs savienojamajos materiālos.Pretējā gadījumā priekšroka dodama vibrācijas metināšanai.

3. Ultraskaņas metināšana nav efektīva biezu sienu materiālu savienošanai. Vismaz vienai no savienojamajām daļām jābūt vieglai, jo tā «absorbē» milzīgu enerģijas daudzumu.