Ультразвуковая сварка — технология и особенности

Ультразвуковая высокочастотная сварка воздействует на детали путём акустических колебаний. При этом соединяемый материал должен находиться под небольшим давлением. Самое широкое применение способ получил в работе с термопластом, так как не всегда стандартное сваривание или болтовые соединения могут полноценно решить поставленную задачу.

Процесс ультразвукового склеивания является довольно экономичным со стороны затрат на металлические материалы, а также значительно ускоряет работу производства. Такой способ отличается высоким качеством сварного шва при этом расход металла можно сократить до 30%. Поскольку процесс не является дорогостоящим и трудоёмким, стоимость сооруженных конструкций снижается, что экономит деньги конечного потребителя.

Преимущества

Перед тем как перейти к подробностям, стоит упомянуть о положительных сторонах, которыми обладает ультразвуковая сварка, к ним относят:

  1. Отсутствует потребность в защитной атмосфере;
  2. Нет особых требований к зачистке места стыковки;
  3. Сваривать можно заготовки любых форм;
  4. Есть возможность полностью автоматизировать работу и с легкостью интегрировать сварку с остальными производственными процессами;
  5. Способ является экологически чистым, при его использовании не применяются химикаты, а выделяемые пары образуются в очень небольшом количестве;
  6. Ультразвуковая сварка не предполагает использование сверхвысоких температур, поэтому работать можно с металлами, которые чувствительны к теплу, а также с другими материалами различными по составу;
  7. Расходные материалы, такие как электрод, проволока или припой не используются при ультразвуке;
  8. Чтобы добиться соединения достаточно четверти секунды;
  9. Экономичность со стороны энергозатрат;
  10. Соединение всегда имеет эстетичный вид и высокую надёжность.

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.

Как ультразвук воздействует на детали?

Все прекрасно понимают и учили ещё в школе, что вся твердая материя состоит из атомов, имеющих определённый порядок построения, это называется кристаллическая решетка. Эти частицы могут совершать возвратно-поступательные колебания, относящиеся к своему изначальному положению. Любое вещество имеет свою внутреннюю энергию, и чем она выше, тем большей будет амплитуда колеблющихся частиц. Когда это происходит, молекулы могут потерять имеющуюся связь между собой. В таком состоянии, но с амплитудой, которая понижена, собственно и происходит рекомбинация тех самых связей внутри вещества.

В итоге ультразвуковая сварка обеспечивает довольно надёжное соединение за очень короткий временной промежуток, путём дополнительного стимула, который даёт толчок для увеличения амплитуды колебаний. Для этого ультразвуковые волны направляются на место будущего соединения, где и происходят данные реакции. Это не занимает много времени и не является сверх трудоёмким процессом. Поэтому ультразвук — это один из самых приемлемых способов соединения для опытных сварщиков.

Используемое оборудование

Все оборудование для ультразвукового контроля сварки включат в себя несколько составляющих:

  1. Механика, создающая давление на соединяемые детали;
  2. Акустический узел, включающий в себя волновод;
  3. За качеством и контролем процесса следит специальная аппаратура;
  4. Генератор электроколебаний.

Некоторые задумываются о том, стоит ли пытаться сделать такое устройство своими руками? Это уместно только в том случае, если речь идет о высококвалифицированном работнике, так как дело придётся иметь с физическими, а также математическими расчетами. Если все правила не будут учитываться и произойдёт хотя бы малейшее отклонение от схемы требуемого оборудования, добиться качественного результата не получится, а в худшем случае детали не будут соединяться вовсе. Поэтому, прежде чем садится за такой проект, нужно быть на 100% уверенным в своих силах, обладать соответствующими знаниями и опытом.

Сферы использования ультразвуковой сварки

Ультразвуковая сварка не может похвастаться своей универсальностью в сваривании конструкций. С одной стороны, это идеальный способ соединения большего количества материалов. С другой, они должны отличаться высокой пластичностью и не иметь огромных линейных размеров. Только в таком случае с помощью ультразвука можно будет добиться самого качественного результата.

Если ультразвук будет использоваться для сварки металла с большой толщиной, это будет не практично и нерентабельно. Такой результат объясняется тем, что волны будут полностью гаситься до того, как достигнут края свариваемой поверхности. Также дисперсионные явления могут вызвать вторичные звуковые волны, а они, в свою очередь, будут преградой для резонансного явления в плотной среде.

А вот если речь идёт о сварке более мягких материалов (например, пластика), то в таком случае ситуация будет выглядеть намного положительней. Здесь не будут распространяться вторичные звуковые волны, а частицы на месте стыков будут быстро активироваться, что приведёт к скорейшему и качественному соединению.
Схема ультразвуковой сварки пленки
Поэтому самым распространённым подвидом ультразвуковой сварки, является соединение с её помощью пластмасс. Её часто используют при большом промышленном производстве, а также во многих специализированных мастерских. Сварка актуальна в случае, когда невозможно применять стандартные методы, подразумевающие использование высоких температур, что не приведёт к положительному результату ремонт детали, которая имеет высокую чувствительность к теплу.

Выделение тепла при сварке ультразвуком

При работе с металлическими деталями, сварка с помощью ультразвука будет сопровождаться выделением определённого количества тепла. Оно образуется за счет пластической деформации и возникновением трения на поверхностях, подвергающихся соединению. Сама температура не является постоянной, а будет зависеть от ряда факторов, таких как твёрдость металла, а также его физических свойств (имеется в виду теплоёмкость и теплопроводность). Незначительным образом на это также повлияет выбранный режим сварочной работы.

В процессе сварки, специалисты заметили, что качество и надёжность соединения не зависит от температурных показателей. Это объясняется тем, что максимальная сцепка свариваемых поверхностей образуется ещё до того, как температура дойдет до своего пика. Иногда используется подогрев заготовок ещё до начала сварки, это поможет сделать швы намного прочнее и увеличит показатель пропускания ультразвуковых посылов через стыки конструкции.

Как работает оборудование?

Установка надёжной ультразвуковой сварки должна просчитываться до мелочей. Если все условия выполнены, она будет работать четко и без перебоев. Генератор нужен для создания электрических колебаний. Они переходят в состояние звуковых волн с высокой частотностью. Волны являются упругими. Значит передаваться, они будут через волноводы, сконструированные в виде стержней или полых трубок.

Как говорили ранее, молекулы характеризуются определённой частотой колебаний, и когда волны, совпадающие по частоте, входят в реакцию, это образует резонанс, то есть амплитуда движения частиц начинает увеличиваться. Это как раз то, что помогает сварить конструкцию. Когда молекулы начинают смещаться друг к другу, этого уже достаточно для надёжной стыковки. Но чтобы соединять различные материалы, нужны и разная частота колебаний, которая регулируется соответствующей аппаратурой.

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.

Автор: Сергей Одинцов

    Adblock detector