Використання ультразвуку сьогодні охопило навіть промислову сферу. Класичний приклад тому - зварювання ультразвукова. Вона заснована на ряді фізичних закономірностей, про які варто знати перед початком робіт. У чому особливості процесу? Яке обладнання застосовується? Які переваги ультразвуку при зварюванні? Про це ви дізнаєтесь з даного матеріалу.
Загальні відомості
Ультразвукове зварювання - це метод створення нероз'ємних з'єднань, при якому електричні коливання певної частоти за допомогою генератора змінюються на механічні коливання апарату. Електричні коливання ультразвуку становлять в середньому 30 кГц.
Специфіка операції - в напрямку теплового впливу. УЗС відрізняється від класичних методів зварювання тим, що нагріваються лише контактують ділянки деталей, а не все цілком. Вона може бути застосована при обробці різнорідних матеріалів, а для ряду полімерних виступає єдино вірним способом з'єднання.
Час зварювання визначається характеристиками матеріалів і варіюється від десятих часток до декількох секунд. За допомогою ультразвуку ідеально зварюються полікарбонат, ПВХ, поліпропілен, шкіри та тканини з синтетичними волокнами.
специфіка процесу
Завдання будь-якої зварювання - надійне з'єднання матеріалів. При нагріванні ділянок молекули заготовок переходять в збуджений стан, що супроводжується збільшенням відстані між ними. Тут може відбуватися рекомбінація зв'язків складових елементів. Як виконати це з найменшими втратами матеріалу, швидко і якісно? Тут без ультразвукового зварювання обійтися складно.
У / З хвиля спрямованої дії потрапляє в передбачуване місце стику деталей. Під її впливом відбувається раніше описаний процес - збудження молекул. Досить зблизити заготовки, щоб процес їх злиття став неминучим.
Переваги ультразвукового зварювання
До переваг способу відносяться:
- відмінна міцність з'єднаних деталей;
- відсутність необхідності попередньої підготовки поверхонь (шліфування, очищення бруду і т.п.), а також зачистки шва після кристалізації;
- внутрішня напруга шва відсутні на всіх стадіях роботи;
- зовні шов не помітний;
- процес може протікати без участі оператора;
- підвищення ефективності виробництва за рахунок економії часу зварників на роботу;
- можливість поєднання ряду операцій (з різкою металу, або нанесенням малюнка);
- при зварюванні ультразвукової додаткові витратні або з'єднувальні елементи не потрібні (клей, нитки, розчинники);
- при дії хвилі ультразвуку на людину не роблять негативний вплив будь-які її складові;
- не вимагається захисне середовище (газова);
- економічність використання електроенергії.
Однаково хороші обидва відомих способу ультразвукового зварювання - шовний та пресовий. Перший використовується для отримання швів довжиною менше 250 мм, другий - при точковому або контурному з'єднанні.
Коротко про установках
Устаткування для ультразвукового зварювання складається з наступних вузлів:
- генератор електричних коливань;
- акустичний вузол з хвилеводом;
- пресовий механізм;
- контролююча процес апаратура.
У самостійному виготовленні пристрою немає необхідності, і на те є ряд причин. Перша і основна - створення машини зажадає безлічі математичних і фізичних розрахунків. Мінімальне відхилення призведе до появи резонансу в місці контакту деталей, що знизить якість зварного з'єднання.
різновиди УЗС
Сварка ультразвуком класифікується за низкою критеріїв. Перший - спосіб передачі енергії. Так виділяють:
Перша зазвичай використовується для з'єднання м'яких пластмас, плівок, синтетики товщиною до 5 мм. Найбільш поширений метод зварювання - внахлест.
Іншими критеріями класифікації УЗС є:
- спосіб переміщення хвилеводу (пресова - за одну коротку рух елемента; безперервна - за тривалий вплив на дільницю зварювання);
- спосіб дозування вводиться механічної енергії (з фіксацією часу впливу у / з імпульсу, осадкою або зазором).
- Особливості зварювального устаткування
На відміну від ручної або напівавтоматичного роботи, де можна використовувати різні типи електродів або дротів, а також змінювати інші параметри процесу, в обладнанні для ультразвукового зварювання все розраховано до дрібниць. Процес протікає в такий спосіб:
- генератор створює електричний імпульс;
- коливання перетворюються в високочастотну звукову хвилю;
- хвиля передається через хвилевід до місця з'єднання деталей;
- тут вона створює резонанс;
- зміщення матеріалів один до одного приводить до їх миттєвого з'єднанню.
Залежно від фізичних характеристик матеріалів, що з'єднуються підбирається частота коливань. Далі - деякі приклади установок.
Устаткування для ультразвукового зварювання
Умовно всі апарати можна поділити на три групи:
Прикладом першої групи є машина ультразвукового зварювання SportTex EU 1300. Візуально вона нагадує звичайну швейну машинку.
- напруга - 220 В;
- частота - 50 Гц;
- потужність - 1,5 кВт;
- робоча поверхня - 50 мм;
- продуктивність - до 10 м / хв;
- тиск робочий - до 7 бар;
- робоча частота - до 20 кГц;
- габарити - 1200х1200х550 мм;
- вага - 110 кг.
Вартість установки становить не менше 200 тисяч рублів, тому використовується вона зазвичай на виробництві.
До більш компактним пристроям належить ультразвукової модуль настільного типу для з'єднання тубов (невеликих довгастих ємностей, наприклад, для зубних паст, кремів і т.д.). Швидкість роботи настільних установок варіюється від 0,3 до 1,5 с і залежить від ширини шва (до 70 мм).
- робоча частота - до 35 кГц;
- потужність - до 1,5 кВт;
- пневматичний привід;
- габарити - 533х261х219 мм;
- вага - 30 кг.
Вартість подібних установок на порядок нижче, ніж стаціонарних.
Найбільш компактні пристрої для ультразвукового зварювання застосовуються для клепки пластмас, прихватки невеликих деталей, фіксації елементів на несучі конструкції. Приклад - ручна машинка Handy Star. Її потужність, частота і швидкість роботи схожі на настільні пристрої, однак габарити і маса істотно нижче, що відбивається на вартості. Розглянутий інструмент в сумі трьох вимірів дає 720 мм, а маса складає лише 4,5 кг. Використовується таке обладнання для ультразвукового зварювання в автомобільній промисловості, ремонті брезентових виробів, виробництві стрічкових транспортерів.
Важливо пам'ятати ряд моментів. Перший - довжина зварювальних деталей не повинна перевищувати чверть метра. Це обумовлено конструкцією установок. Другий - з'єднуються деталі повинні бути сухими. Третій - як мінімум одна з деталей повинна бути тонкостінної.