Sudarea cu ultrasunete

Sudarea cu ultrasunete folosește vibrații acustice ultrasonice de înaltă frecvență care sunt aplicate pieselor îmbinate care sunt asamblate împreună la presiune scăzută. Această metodă de sudare este folosită cel mai adesea pentru îmbinarea materialelor termoplastice și atunci când înșurubat, lipirea sau lipirea nu este potrivită.

Deși sudarea cu ultrasunete a fost dezvoltată încă din anii 1940, a fost folosită pentru prima dată industrial la începutul anilor 1960 pentru a suda fire fine în industria electronică. În 1963, sudarea cu ultrasunete a început să fie folosită pentru a lipi polietilena. De atunci, sudarea cu ultrasunete a fost folosită pentru sudarea aluminiului și a tablelor subțiri în industria auto (module de aprindere, fire terminale, fire).

Procesul lent de recunoaștere a avantajelor sudurii cu ultrasunete în industrie se datorează lipsei de echipamente puternice cu ultrasunete care să garanteze o calitate consistentă a sudurii chiar și pentru piesele mari.Drept urmare, cercetările din anii 1980 și 1990 s-au concentrat în principal pe dezvoltarea echipamentelor cu ultrasunete.

Deși sudarea cu ultrasunete folosește vibrații, această metodă este diferită de „sudarea prin vibrații”, cunoscută și sub denumirea de sudare prin frecare. În cazul sudării prin vibrații, una dintre piesele de îmbinat este menținută pe loc, iar cealaltă este oscilantă (prin acţionare electromagnetică sau hidraulică).

Sudarea cu ultrasunete ține cele două părți pe loc și utilizează unde sonore de înaltă frecvență pentru a crea frecare. Energia acustică creează frecare și produce căldură care are ca rezultat sudarea pieselor în mai puțin de o secundă, făcând sudarea cu ultrasunete una dintre cele mai rapide utilizate în prezent.

Procesul de sudare cu ultrasunete este complet automatizat și se realizează pe instalații speciale. Principiul sudării cu ultrasunete este prezentat în fig. 1, iar compoziția unei instalații tipice este prezentată în fig. 2.

Orez. 1. Principiul sudării cu ultrasunete: a — alinierea pieselor, b — contactul pieselor cu vârful, c — aplicarea presiunii, d — sudarea, e — menținerea, f — ridicarea vârfului

Orez. 2. Schema de asamblare pentru sudarea sonică

Generatorul (într-o unitate separată) este folosit pentru a converti vibrațiile electrice din rețea în frecvență înaltă (20 ... 60 kHz), traductorul, folosind elemente piezoelectrice, transformă vibrațiile electrice în cele acustice. Amplificatorul și sonotrodul sunt elemente de rezonanță pasive ale instalației care servesc la transferul vibrațiilor de la traductor către părți.

De obicei, mașinile de sudat cu ultrasunete sunt echipate cu un set de amplificatoare cu diferite rapoarte de transformare a deplasării.Forma sonotrodului este determinată de configurația de sudură necesară. Oscilațiile radiale longitudinale, marginile și alte unde sunt create în funcție de forma sonotrodului. Fiecare cusătură necesită propriul sonotrod.

Esența fizică a procesului constă în apariția unor vibrații foarte puternice de amplitudine mică la contactul a două părți. Vibrația combinată cu presiunea îndepărtează impuritățile și oxizii de pe suprafața pieselor. Electronii încep să curgă între părți, formând o cusătură metalurgică.

Sudarea cu ultrasunete este ideală pentru realizarea conexiunilor electrice, sudarea aluminiului și cuprului, etanșarea capetelor țevilor de cupru, sudarea materialelor plastice, încorporarea pieselor metalice în materiale plastice.

Orez. 3. Imbinari realizate prin sudare cu ultrasunete

Sudarea cu ultrasunete a materialelor plastice permite îmbinări mai fiabile decât alte metode. În acest caz, sudarea cu ultrasunete a materialelor plastice este fundamental diferită de sudarea metalelor.

În primul rând, sudarea cu ultrasunete a metalelor are loc prin intermediul vibrațiilor transversale paralele cu suprafețele sudate. Sudarea cu ultrasunete a materialelor plastice folosește vibrații longitudinale normale (adică în unghi drept) cu suprafețele sudate. Forma sonotrodelor, care transmit vibrații ultrasonice cusăturilor din metal și plastic, sunt, de asemenea, complet diferite.

În al doilea rând, la sudarea metalelor, o cusătură este creată prin interacțiunea de frecare a suprafețelor, care creează o legătură rigidă fără a topi materialul.Sudarea cu ultrasunete a pieselor din plastic se bazează pe topirea materialului în același mod ca multe alte metode tradiționale de sudare, cum ar fi sudarea cu arc, rezistența sau sudarea cu laser), dar în intervale de temperatură mult mai scăzute.

Orez. 4. Echipamente de sudare cu ultrasunete

Avantajele sudurii cu ultrasunete:

1. Nu este necesară curățarea specială a suprafețelor.

2. Nu este necesară atmosferă protectoare.

3. Nu sunt necesare consumabile de sudare (sârmă, electrozi, lipire etc.).

4. Consum redus de energie.

5. Timp scurt de îmbinare pentru a forma o îmbinare (aproximativ un sfert de secundă).

6. Automatizarea completa a procesului de sudare si posibilitatea de integrare usoara cu alte procese de productie.

7. Posibilitatea sudării materialelor de natură diferită, inclusiv a celor sensibile la temperaturi ridicate, deoarece în timpul sudării se generează o cantitate mică de căldură.

8. Sudarea tot felul de detalii.

9. Sudurile create prin acest proces sunt plăcute vizual, îngrijite.

10. Sudarea cu ultrasunete nu folosește substanțe chimice corozive și produce o cantitate mică de fum, spre deosebire de alte metode.

Limitele sudurii cu ultrasunete:

1. Cea mai serioasă limitare în utilizarea sudurii cu ultrasunete este dimensiunea pieselor sudate - nu mai mult de 250 mm. Acest lucru se datorează limitărilor puterii de ieșire a traductorului, incapacității sonotrodului de a transmite unde ultrasunete de foarte mare putere și dificultății de a controla amplitudinea.

2. Sudarea cu ultrasunete necesită, de asemenea, un conținut mai scăzut de umiditate în materialele care se îmbină.În caz contrar, se preferă sudarea prin vibrații.

3. Sudarea cu ultrasunete nu este eficientă pentru îmbinarea materialelor cu pereți groși. Cel puțin una dintre părțile care trebuie conectate trebuie să fie ușoară, deoarece „absoarbe” o cantitate uriașă de energie.