Συγκόλληση πλαστικών υπερήχων, πλαστικών, μετάλλων, πολυμερών υλικών, προφίλ αλουμινίου. Συγκόλληση με υπερήχους: τεχνολογία, επιβλαβείς παράγοντες

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Η συγκόλληση μετάλλων με υπερήχους είναι μια διαδικασία κατά την οποία επιτυγχάνεται μόνιμη άρθρωση στη στερεά φάση. Ο σχηματισμός νεανικών περιοχών (στις οποίες σχηματίζονται δεσμοί) και η μεταξύ τους επαφή συμβαίνει υπό την επίδραση ενός ειδικού εργαλείου. Παρέχει κοινή δράση σχετικών εναλλασσόμενων εφαπτομενικών μετατοπίσεων μικρού πλάτους και θλιπτικής κανονικής δύναμης στα κενά. Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά στο τι είναι η τεχνολογία συγκόλλησης με υπερήχους.

Μηχανισμός σύνδεσης

Πραγματοποιούνται μετατοπίσεις χαμηλού πλάτους μεταξύ εξαρτημάτων με συχνότητα υπερήχων. Λόγω αυτών, οι μικροτραχύτητες στην επιφάνεια των εξαρτημάτων υπόκεινται σε πλαστική παραμόρφωση. Ταυτόχρονα, οι ρύποι εκκενώνονται από τη ζώνη σύνδεσης. Οι μηχανικοί κραδασμοί υπερήχων μεταδίδονται στο σημείο συγκόλλησης από το εργαλείο στο εξωτερικό του τεμαχίου εργασίας. Η όλη διαδικασία είναι οργανωμένη με τέτοιο τρόπο ώστε να αποκλείεται η ολίσθηση του εξαρτήματος και η στήριξη κατά μήκοςεπιφάνειες λεπτομέρειας. Κατά τη διέλευση των κραδασμών μέσα από το τεμάχιο εργασίας, η ενέργεια διαχέεται. Αυτό παρέχεται από την εξωτερική τριβή μεταξύ των επιφανειών στο αρχικό στάδιο της συγκόλλησης και την εσωτερική τριβή στο υλικό που βρίσκεται μεταξύ του στηρίγματος και του εργαλείου μετά το σχηματισμό της περιοχής πήξης. Αυτό αυξάνει τη θερμοκρασία στην άρθρωση, καθιστώντας ευκολότερη την παραμόρφωση.

Συγκεκριμένη συμπεριφορά υλικού

Οι εφαπτομενικές μετατοπίσεις μεταξύ των μερών και οι τάσεις που προκαλούν και δρουν μαζί με τη συμπίεση από τη δύναμη συγκόλλησης παρέχουν εντοπισμό σοβαρής πλαστικής παραμόρφωσης σε μικρούς όγκους στα στρώματα κοντά στην επιφάνεια. Η όλη διαδικασία συνοδεύεται από λείανση και μηχανική εκκένωση μεμβρανών οξειδίου και άλλων ρύπων. Η συγκόλληση με υπερήχους μειώνει την αντοχή διαρροής, διευκολύνοντας έτσι την πλαστική παραμόρφωση.

Δυνατότητες διαδικασίας

Η συγκόλληση με υπερήχους συμβάλλει στον σχηματισμό των απαραίτητων συνθηκών για τη σύνδεση. Αυτό εξασφαλίζεται από τους μηχανικούς κραδασμούς του μορφοτροπέα. Η ενέργεια των κραδασμών δημιουργεί πολύπλοκες τάσεις διάτμησης, συμπίεσης και καταπόνησης. Η πλαστική παραμόρφωση συμβαίνει όταν ξεπεραστούν τα όρια ελαστικότητας των υλικών. Η απόκτηση ισχυρής σύνδεσης εξασφαλίζεται με την αύξηση της περιοχής άμεσης επαφής μετά την εκκένωση επιφανειακών οξειδίων, οργανικών και προσροφημένων μεμβρανών.

Χρήση KM

Ο υπέρηχος χρησιμοποιείται ευρέως στον επιστημονικό τομέα. Με τη βοήθειά του, οι επιστήμονες ερευνούν μια σειρά από φυσικές ιδιότητεςουσίες και φαινόμενα. Στη βιομηχανία, ο υπέρηχος χρησιμοποιείται για την απολίπανση και τον καθαρισμό προϊόντων, που εργάζονται με δύσκολα στη μηχανή υλικά. Επιπλέον, οι διακυμάνσεις επηρεάζουν ευνοϊκά τα κρυσταλλοποιητικά τήγματα. Ο υπέρηχος τους παρέχει απαέρωση και βελτίωση των κόκκων, βελτιώνοντας τις μηχανικές ιδιότητες των χυτών υλικών. Οι κραδασμοί συμβάλλουν στην απομάκρυνση των υπολειμματικών τάσεων. Χρησιμοποιούνται επίσης ευρέως για την αύξηση του ρυθμού αργών χημικών αντιδράσεων. Η συγκόλληση με υπερήχους μπορεί να χρησιμοποιηθεί για διάφορους σκοπούς. Οι κραδασμοί μπορούν να γίνουν πηγή ενέργειας για το σχηματισμό ραφών και σημειακών αρμών. Όταν η δεξαμενή συγκόλλησης εκτίθεται σε υπερήχους κατά την κρυστάλλωση, οι μηχανικές ιδιότητες της άρθρωσης βελτιώνονται λόγω της τελειοποίησης της δομής της συγκόλλησης και της εντατικής απομάκρυνσης των αερίων. Λόγω του γεγονότος ότι οι δονήσεις απομακρύνουν ενεργά τη βρωμιά, τις τεχνητές και φυσικές μεμβράνες, είναι δυνατή η σύνδεση εξαρτημάτων με οξειδωμένη, βερνικωμένη κ.λπ. επιφάνεια. Το υπερηχογράφημα συμβάλλει στη μείωση ή την εξάλειψη των αυτοκαταπονήσεων που εμφανίζονται κατά τη συγκόλληση. Λόγω των κραδασμών, είναι δυνατή η σταθεροποίηση των συστατικών της δομής της ένωσης. Αυτό, με τη σειρά του, καθιστά δυνατή την αποτροπή της πιθανότητας αυθόρμητης παραμόρφωσης των δομών στη συνέχεια. Η συγκόλληση με υπερήχους χρησιμοποιείται πρόσφατα όλο και πιο ευρέως. Αυτό οφείλεται στα αναμφισβήτητα πλεονεκτήματα αυτής της μεθόδου σύνδεσης σε σύγκριση με τις μεθόδους κρύου και επαφής. Ιδιαίτερα συχνά οι δονήσεις υπερήχων χρησιμοποιούνται στη μικροηλεκτρονική.

Υποσχόμενη σκηνοθεσίαθεωρείται συγκόλληση με υπερήχους πολυμερών υλικών. Ορισμένα από αυτά δεν μπορούν να συνδεθούν με καμία άλλη μέθοδο. Σε βιομηχανικές επιχειρήσεις, πραγματοποιείται επί του παρόντος συγκόλληση με υπερήχους προφίλ αλουμινίου λεπτού τοιχώματος, φύλλου, σύρματος. Αυτή η μέθοδος είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική για την ένωση προϊόντων από ανόμοιες πρώτες ύλες. Η συγκόλληση αλουμινίου με υπερήχους χρησιμοποιείται στην κατασκευή οικιακών συσκευών. Αυτή η μέθοδος είναι αποτελεσματική κατά τη συναρμογή πρώτων υλών φύλλων (νικέλιο, χαλκός, κράματα). Η συγκόλληση πλαστικών με υπερήχους έχει βρει εφαρμογή στην παραγωγή συσκευών οπτικής και λεπτής μηχανικής. Επί του παρόντος, έχουν δημιουργηθεί και εισαχθεί στην παραγωγή μηχανήματα για τη σύνδεση διαφόρων στοιχείων μικροκυκλωμάτων. Οι συσκευές είναι εξοπλισμένες με αυτόματες συσκευές, λόγω των οποίων η παραγωγικότητα αυξάνεται σημαντικά.

Ισχύς ΗΠΑ

Η συγκόλληση πλαστικού με υπερήχους παρέχει μόνιμη σύνδεση λόγω της συνδυασμένης δράσης μηχανικών δονήσεων υψηλής συχνότητας και μιας σχετικά μικρής συμπιεστικής δύναμης. Αυτή η μέθοδος έχει πολλά κοινά με την ψυχρή μέθοδο. Η ισχύς υπερήχων που μπορεί να μεταδοθεί μέσω του μέσου θα εξαρτηθεί από τις φυσικές ιδιότητες του τελευταίου. Εάν ξεπεραστούν τα όρια αντοχής στις ζώνες συμπίεσης, το στερεό υλικό θα καταρρεύσει. Σε παρόμοιες καταστάσεις, εμφανίζεται σπηλαίωση σε υγρά, που συνοδεύεται από την εμφάνιση μικρών φυσαλίδων και την επακόλουθη κατάρρευσή τους. Μαζί με την τελευταία διαδικασία, δημιουργούνται τοπικές πιέσεις. Αυτό το φαινόμενο χρησιμοποιείται στον καθαρισμό και την επεξεργασία προϊόντων.

Κόμβοι συσκευής

Η συγκόλληση πλαστικού με υπερήχους πραγματοποιείται χρησιμοποιώνταςειδικά μηχανήματα. Περιέχουν τους ακόλουθους κόμβους:

1. Τροφοδοσία.
2. Δονητικό μηχανικό σύστημα.
3. Εξοπλισμός ελέγχου.
4. Μετάδοση πίεσης.

Το σύστημα ταλάντωσης χρησιμοποιείται για τη μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε μηχανική ενέργεια για την επακόλουθη μετάδοσή της στο τμήμα σύνδεσης, συγκεντρώνοντάς την και λαμβάνοντας την απαιτούμενη τιμή της ταχύτητας του εκπομπού. Αυτός ο κόμβος περιέχει:

1. Ηλεκτρομηχανικός μετατροπέας με περιελίξεις. Είναι κλεισμένο σε μεταλλική θήκη και ψύχεται με νερό.
2. Μετασχηματιστής ελαστικής ταλάντωσης.
3. Συμβουλή συγκόλλησης.
4. Υποστήριξη με μηχανισμό πίεσης.

Το σύστημα στερεώνεται με διάφραγμα. Η υπερηχητική ακτινοβολία εμφανίζεται μόνο τη στιγμή της συγκόλλησης. Η διαδικασία λαμβάνει χώρα υπό την επίδραση των κραδασμών, της πίεσης που εφαρμόζεται σε ορθή γωνία προς την επιφάνεια και της θερμικής επίδρασης.

Δυνατότητες μεθόδου

Η συγκόλληση με υπερήχους είναι πιο αποτελεσματική για πλαστικές πρώτες ύλες. Τα προϊόντα από χαλκό, νικέλιο, χρυσό, ασήμι κ.λπ. μπορούν να συνδυαστούν μεταξύ τους και με άλλα προϊόντα χαμηλής ποιότητας πλαστικά. Καθώς η σκληρότητα αυξάνεται, η ικανότητα συγκόλλησης με υπερήχους επιδεινώνεται. Τα πυρίμαχα προϊόντα από βολφράμιο, νιόβιο, ζιρκόνιο, ταντάλιο, μολυβδαίνιο συνδέονται αποτελεσματικά με τη βοήθεια υπερήχων. Η συγκόλληση πολυμερών με υπερήχους θεωρείται μια σχετικά νέα μέθοδος. Τέτοια προϊόντα μπορούν επίσης να συνδεθούν τόσο μεταξύ τους όσο και με άλλα στερεά μέρη. Όσο για το μέταλλο, μπορεί να συνδυαστεί μεγυαλί, ημιαγωγοί, κεραμικά. Μπορείτε επίσης να δέσετε κενά μέσω ενός ενδιάμεσου στρώματος. Για παράδειγμα, τα προϊόντα χάλυβα συγκολλούνται μεταξύ τους μέσω πλαστικού αλουμινίου. Λόγω της σύντομης παραμονής σε υψηλή θερμοκρασία, επιτυγχάνεται σύνδεση υψηλής ποιότητας ανόμοιων προϊόντων. Οι ιδιότητες των πρώτων υλών υπόκεινται σε μικρές αλλαγές. Η απουσία ξένων ακαθαρσιών είναι ένα από τα πλεονεκτήματα που έχει η συγκόλληση με υπερήχους. Επίσης απουσιάζουν οι επιβλαβείς παράγοντες για τον άνθρωπο. Όταν συνδέεται, δημιουργούνται ευνοϊκές συνθήκες υγιεινής. Οι δεσμοί των προϊόντων είναι χημικά ομοιογενείς.

Λειτουργίες σύνδεσης

Η συγκόλληση μετάλλων πραγματοποιείται, κατά κανόνα, με επικαλυπτόμενο τρόπο. Ταυτόχρονα προστίθενται διάφορα σχεδιαστικά στοιχεία. Η συγκόλληση μπορεί να πραγματοποιηθεί με σημεία (ένα ή περισσότερα), συνεχή ραφή ή σε κλειστό κύκλο. Σε ορισμένες περιπτώσεις, κατά τον προκαταρκτικό σχηματισμό του άκρου του ακατέργαστου σύρματος, γίνεται μια σύνδεση tee με το επίπεδο. Είναι δυνατή η συγκόλληση με υπερήχους πολλών υλικών ταυτόχρονα (πακέτο).

Πάχος εξαρτήματος

Περιορίζεται από το ανώτατο όριο. Με αύξηση του πάχους του μεταλλικού τεμαχίου εργασίας, είναι απαραίτητο να εφαρμοστούν ταλαντώσεις με μεγαλύτερο πλάτος. Αυτό θα αντισταθμίσει την απώλεια ενέργειας. Μια αύξηση του πλάτους, με τη σειρά του, είναι δυνατή μέχρι ένα ορισμένο όριο. Οι περιορισμοί σχετίζονται με την πιθανότητα ρωγμών κόπωσης, μεγάλων βαθουλωμάτων από το εργαλείο. Σε τέτοιες περιπτώσεις, θα πρέπει να αξιολογηθεί το πώςη συγκόλληση με υπερήχους θα ήταν κατάλληλη. Στην πράξη, η μέθοδος χρησιμοποιείται για πάχη προϊόντων από 3…4 μm έως 05…1 mm. Η συγκόλληση μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για εξαρτήματα με διάμετρο 0,01 … 05 mm. Το πάχος του δεύτερου προϊόντος μπορεί να είναι σημαντικά μεγαλύτερο από το πρώτο.

Πιθανά προβλήματα

Κατά την εφαρμογή της μεθόδου συγκόλλησης με υπερήχους, είναι απαραίτητο να λαμβάνεται υπόψη η πιθανότητα αστοχίας κόπωσης των υπαρχόντων αρμών σε προϊόντα. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, τα τεμάχια μπορούν να στραφούν μεταξύ τους. Όπως αναφέρθηκε παραπάνω, παραμένουν βαθουλώματα στην επιφάνεια του υλικού από το εργαλείο. Η ίδια η συσκευή έχει περιορισμένη διάρκεια ζωής, λόγω της διάβρωσης του επιπέδου εργασίας της. Σε ορισμένα σημεία, το υλικό του προϊόντος συγκολλάται στο εργαλείο. Αυτό οδηγεί σε φθορά στη συσκευή. Η επισκευή του εξοπλισμού συνοδεύεται από μια σειρά από δυσκολίες. Σχετίζονται με το γεγονός ότι το ίδιο το εργαλείο λειτουργεί ως στοιχείο μιας σχεδίασης μιας μονάδας που δεν χωρίζεται, η διαμόρφωση και οι διαστάσεις της οποίας έχουν σχεδιαστεί ακριβώς για τη συχνότητα λειτουργίας.

Προετοιμασία προϊόντος και παράμετροι τρόπου λειτουργίας

Πριν από τη συγκόλληση με υπερήχους, δεν είναι απαραίτητο να πραγματοποιήσετε σύνθετα μέτρα με την επιφάνεια των εξαρτημάτων. Εάν θέλετε, μπορείτε να αυξήσετε τη σταθερότητα της ποιότητας της σύνδεσης. Για να γίνει αυτό, συνιστάται μόνο η απολίπανση του προϊόντος με διαλύτη. Για τη σύνδεση όλκιμων μετάλλων, ένας κύκλος με καθυστέρηση παλμού σε σχέση με την έναρξη του υπερήχου θεωρείται βέλτιστος. Με σχετικά υψηλή σκληρότητα του προϊόντος, καλό είναι να περιμένετε για μια ελαφρά θέρμανση πριν ενεργοποιήσετε τον υπέρηχο.

Σχέδια συγκόλλησης

Υπάρχουν πολλά από αυτά. Τα τεχνολογικά σχήματα συγκόλλησης με υπερήχους διαφέρουν ως προς τη φύση των ταλαντώσεων του εργαλείου. Μπορούν να είναι στρεπτικά, λυγισμένα, διαμήκη. Επίσης, τα σχήματα διακρίνονται ανάλογα με τη χωρική θέση της συσκευής σε σχέση με την επιφάνεια του συγκολλημένου τμήματος, καθώς και με τη μέθοδο μεταφοράς συμπιεστικών δυνάμεων στα προϊόντα και τα χαρακτηριστικά σχεδιασμού του στοιχείου στήριξης. Για συνδέσεις περιγράμματος, ραφής και σημείου, χρησιμοποιούνται παραλλαγές με κάμψη και διαμήκεις κραδασμούς. Η δράση υπερήχων μπορεί να συνδυαστεί με τοπική παλμική θέρμανση εξαρτημάτων από ξεχωριστή πηγή θερμότητας. Σε αυτή την περίπτωση, μπορούν να επιτευχθούν ορισμένα πλεονεκτήματα. Πρώτα απ 'όλα, μπορείτε να μειώσετε το πλάτος των ταλαντώσεων, καθώς και τη δύναμη και το χρόνο μετάδοσής τους. Οι ενεργειακές ιδιότητες του θερμικού παλμού και η περίοδος υπέρτασής του στον υπέρηχο λειτουργούν ως πρόσθετες παράμετροι της διαδικασίας.

Θερμικό αποτέλεσμα

Η συγκόλληση με υπερήχους συνοδεύεται από αύξηση της θερμοκρασίας στον σύνδεσμο. Η εμφάνιση θερμότητας προκαλείται από την εμφάνιση τριβής στις επιφάνειες των προϊόντων που έρχονται σε επαφή, καθώς και από πλαστικές παραμορφώσεις. Στην πραγματικότητα, συνοδεύουν το σχηματισμό συγκολλημένου αρμού. Η θερμοκρασία στην περιοχή επαφής θα εξαρτηθεί από τις παραμέτρους αντοχής. Το κύριο είναι ο βαθμός σκληρότητας του υλικού. Επιπλέον, οι θερμοφυσικές του ιδιότητες έχουν μεγάλη σημασία: θερμική αγωγιμότητα και θερμοχωρητικότητα. Η επιλεγμένη λειτουργία συγκόλλησης επηρεάζει επίσης το επίπεδο θερμοκρασίας. Όπως δείχνει η πρακτική, το αναδυόμενο θερμικό αποτέλεσμα δεν λειτουργεί ως καθοριστική συνθήκη. τοοφείλεται στο γεγονός ότι η μέγιστη αντοχή των αρμών στα προϊόντα επιτυγχάνεται πριν ανέβει η θερμοκρασία στο οριακό επίπεδο. Είναι δυνατό να μειωθεί η διάρκεια μετάδοσης των κραδασμών υπερήχων με προθέρμανση των εξαρτημάτων. Αυτό θα αυξήσει επίσης την ισχύ της σύνδεσης.

Συμπέρασμα

Η συγκόλληση με υπερήχους είναι επί του παρόντος μια απαραίτητη μέθοδος σύνδεσης εξαρτημάτων σε ορισμένες βιομηχανίες. Αυτή η μέθοδος είναι ιδιαίτερα διαδεδομένη στη μικροηλεκτρονική. Ο υπέρηχος σάς επιτρέπει να συνδέσετε μια ποικιλία πλαστικών και σκληρών υλικών. Σήμερα, διεξάγεται ενεργά επιστημονική εργασία για τη βελτίωση των εργαλείων και των τεχνολογιών συγκόλλησης.