Технологія ультразвукового зварювання металів винайдена досить давно, починаючи з кінця 40-х років. Останні 20 років вона розвивається особливо активно внаслідок того, що суміжні галузі розвиваються теж досить швидко. Машини ультразвукового зварювання все частіше з'являється на виробництвах в Росії і за кордоном.
Що ж таке по суті УЗВ-зварювальний процес?
Ультразвукове зварювання - це процес взаємної дифузії поверхневих шарів металів під впливом тиску і хвильових збурень ультразвуку. Основні частоти для зварювання - 20 кГц і 40 кГц. Іноді зварюють на частоті 60кГц, але це окремі випадки. При цьому, самим ультразвуком називають частоти, які знаходяться за межами людського вуха (понад 18 кілогерц).
Як передається енергія в пристроях УЗВ-зварювання?
Електрична енергія з джерела живлення перетвориться в механічні вібрації в конвертері. Далі коливання передаються в точку зварювання через бустер (підсилювач, резонатор) і сонотродів (може бути робочим органом, або на нього встановлюється наконечник).
В цілому, процес відбувається наступним чином: одна з деталей, що зварюються розташовується на, так званій, ковадлі або опорі. Друга деталь, або кожна наступна, розташовуються поверх першої під наконечником на сонотродів. Деталі стискаються під певним зусиллям, і подається ультразвук. Оксидні плівки і інші сторонні домішки руйнуються. Пластичні деформації зближують частки металів на атомарні відстані, і відбувається дифузія поверхневих шарів матеріалів.
УЗВ - зварювання славиться тим, що може працювати навіть без видалення домішок і оксидних шарів. Зокрема, це питання стосується зварювання алюмінію, на якому оксидний шар утворюється миттєво. Але якість зварного з'єднання все-таки залежить від того, наскільки добре були зачищені метали.
Після зварювання можна помітити деяке зменшення зерна в зоні дифузії і через це метал в зоні шва стає більш пластичним.
Крім усього іншого даними способом можна з'єднувати так само пластмаси, поліетиленову плівку і т.д.
Переваги ультразвукового зварювання
- Протікає без поглинання та утилізації тепла, тобто фактично без розплавлення матеріалів. Звичайно, в поверхневому шарі протікає певний процес, дуже схожий з розплавленням в результаті хвиль ультразвуку. Тепло виділяється, але дуже не значне, в рази менше, ніж при інших видах зварювання
- Немає електроструму, що проходить через деталь, як, наприклад, при контактному зварюванні
- Немає витратних матеріалів, як при пайку.
- Довший час життя робочих органів. Все це призводить до того, що сам процес стає порівняно дешевим.
- Виключаються шкідливі для здоров'я випаровування в процесі зварювання. Під час пайки потрібні витяжки на робочих місцях, як і під час контактного зварювання.
- Покращений контроль параметрів процесу і, як наслідок, якість з'єднання підвищується.
Сучасні системи УЗВ-зварювання широко застосовують в наступних галузях і сферах:
- автомобільна промисловість;
- електротехніка;
- виробництво джерел живлення і батарей;
- відновлювальна енергія;
- медицина;
- холодильні камери (герметизація трубок);
- приладобудування;
- авіакосмос.
Так само може використовуватися для електричних (передача струму) і теплообмінних з'єднань (теплообмінники, передача тепла від контуру до робочого тіла).
З'єднання, отримані УЗВ-зварюванням забезпечують:
- Відмінні електричні та теплові з'єднання;
- Достатню мехпрочность, яка необхідна, щоб дроти не розірвалися при певному механічному впливі.