Ультрагукавая зварка (УЗ) — гэта працэс зваркі ў цвёрдым стане, пры якім два кампаненты злучаюцца шляхам прымянення высокачастотных вагальных напружанняў зруху пад умераным прыціскным прыціскам. Гэтая працэдура, якая часта выкарыстоўваецца пры зварцы ўнахлест (як паказана на мал. ніжэй), разрывае паверхневыя пакрыцці і дазваляе цесна кантактаваць паміж кампанентамі, утвараючы трывалую металургічную сувязь. Цяпло выпрацоўваецца на мяжы падзелу з-за трэння і пластычнай дэфармацыі, але тэмпература застаецца значна ніжэйшай за тэмпературу плаўлення, што выключае неабходнасць выкарыстання ахоўных газаў, флюсаў або прысадных металаў.
Пры ультрагукавой зварцы санотрод, падлучаны да ультрагукавога пераўтваральніка, перадае вагальны рух на верхнюю частку апрацоўванай дэталі. Гэта прылада пераўтварае электрычную энергію ў высокачашчынны вібрацыйны рух з амплітудай ад 0.018 да 0.13 мм (0.0007–0.005 цалі) і дыяпазонам частот звычайна ад 15 да 75 кГц. Паверхні не падвяргаюцца істотнай пластычнай дэфармацыі, паколькі выкарыстоўваны ціск заціску значна ніжэйшы, чым пры халоднай зварцы. Час зваркі звычайна карацейшы за секунду.
Медзь і алюміній адносяцца да мяккіх матэрыялаў, з якімі найлепш працуе ультрагукавая зварка. Больш цвёрдыя матэрыялы хутчэй разбураюць санатрод. Найлепшыя дэталі невялікія, звычайна менш за 3 мм (1/8 цалі) у таўшчыні зваркі. Пры выкарыстанні гэтай тэхналогіі для заключэння і зрошчвання правадоў у электратэхнічнай і электроннай галінах паянне не патрабуецца. Акрамя таго, яна выкарыстоўваецца пры зварцы трубак сонечных панэляў да лістоў, зборцы дробных дэталяў і зборцы алюмініевых ліставых металічных панэляў.
Працэс зваркі
Ніжэй апісаны агульныя дзеянні працэсу ультрагукавой зваркі:
-Падрыхтоўка матэрыялу: Размясціце пластыкавыя кампаненты на зварачным стосе машыны ў выглядзе злучэння ўнахлест.
-Вытворчасць высокачастотнай электрычнасці: Стандартная электрычнасць (50–60 Гц) пераўтвараецца генератарам у высокачастотную электрычнасць (20–40 кГц).
-Пераўтварэнне ў ультрагукавыя хвалі: ваганні ўзмацняюцца ўзмацняльнікам пасля таго, як пераўтваральнік пераўтварае высокачашчынную электрычнасць у ультрагукавыя хвалі.
-Зварка: Ультрагукавыя ваганні накіроўваюцца на сабраныя дэталі з дапамогай зварачнага рупора, таксама вядомага як санотрод. Прэс выкарыстоўваецца аператарам для стварэння ціску. Аператар вымае звараныя кампаненты і ўцягвае рупор пасля зваркі.
Кампаненты ультрагукавой зварачнай машыны
Ультрагукавыя зварачныя апараты складаюцца з розных частак, кожная з якіх мае пэўную функцыю. Вось некаторыя ключавыя часткі, якія ёсць ва ўсіх тыпах ультрагукавых зварачных апаратаў:
Генератар
Генератар пераўтварае электрычную энергію ў неабходную высокую частату і напружанне з рэзананснай частатой. Мікрапрацэсар, які кіруе цыклам зваркі і забяспечвае неабходную сувязь праз інтэрфейс карыстальніка, таксама з'яўляецца яго часткай.
Машынны прэс
Прэс-машына фіксуе зварачны вузел і прыкладае неабходны высілак для падтрымання злучэння. Ён абсталяваны манометрам і рэгулятарам ціску, што дазваляе аператару рэгуляваць высілак, які прыкладваецца да сістэмы.
Зварачны стэк
Пераўтваральнік, узмацняльнік і зварачны рупор з'яўляюцца часткай зварачнага стэка і замацаваны на прэсе ў сярэдзіне ўзмацняльніка. Ультрагукавыя ваганні ствараюцца гэтым вузлом, і для забеспячэння выдатных зварных швоў іх частата павінна амаль адпавядаць частаце генератара.
Пераўтваральнік
Пераўтваральнік, які часам называюць канвертарам, пераўтварае электрычную энергію высокай частаты ў механічныя ваганні. Ён складаецца з мноства керамічных п'езаэлектрычных дыскаў, размешчаных паміж двума тытанавымі блокамі. Акрамя таго, паміж п'езаэлектрычнымі дыскамі размешчаны тонкі металічны электрод.
Ракета-носьбіт
Узмацняльнік мае дзве асноўныя функцыі. Ён перадае ваганні да зварачнага рычага пасля іх узмацнення праз сцісканне і пашырэнне. Ён таксама служыць асновай для зварачнага стэка на зварачным прэсе.
Зварачны рычаг
Зварачны трубак, звычайна выраблены з алюмінію або тытана, перадае вібрацыю на звараную дэталь. Нягледзячы на тое, што алюміній добра падыходзіць для выкарыстання ў невялікіх аб'ёмах, ён хутка зношваецца. Каб супрацьстаяць гэтаму, большасць зварачных трубак маюць загартаваныя наканечнікі, якія паляпшаюць прадукцыйнасць і даўгавечнасць пры інтэнсіўным выкарыстанні.
Інструменты падтрымкі
Апорны інструмент выступае ў якасці асновы машыны, падтрымліваючы яе ніжнюю частку падчас зваркі. Для забеспячэння стабільнасці і дакладнасці ён вырабляецца з улікам выгібаў дэталяў.
Параметры зваркі
Ультрагукавая зварка — гэта вельмі эфектыўны метад злучэння матэрыялаў, звычайна металаў або палімераў, з выкарыстаннем высокачастотных ваганняў. Сіла, якая прыкладаецца перпендыкулярна кірунку ваганняў, амплітуда ваганняў і працягласць ваганняў — гэта тры асноўныя тэхналагічныя фактары, якія ўплываюць на эфектыўнасць і якасць ультрагукавой зваркі. Разуменне і кіраванне гэтымі зменнымі мае важнае значэнне для дасягнення ідэальных зварных швоў.
Працягласць вібрацыі
Час, на працягу якога ультрагукавыя ваганні ўздзейнічаюць на злучаныя матэрыялы, называецца працягласцю вібрацыі або часам зваркі. Звычайна гэтая працягласць складае менш за адну секунду для большасці зварачных аперацый. Тым не менш, калі для зваркі патрабуецца больш энергіі, даўжыню вібрацыі неабходна павялічыць, захоўваючы пры гэтым тыя ж значэнні астатніх параметраў. Наступная формула вызначае энергію, неабходную для цыклу зваркі:
дзе �� — энергія ў джоўлях, �� — магутнасць у ватах, F — сіла ў ньютанах, �� — амплітуда ў мікраметрах, �� — частата ў герцах, а Δ�� — час цыклу ў секундах.
Амплітуда вібрацыі
Падоўжнае пашырэнне і сцісканне зварачнага інструмента вымяраецца амплітудай ультрагукавых ваганняў, якая вагаецца ад 5 да 35 мікраметраў. Гэта важная амплітуда, бо яна адпавядае адлегласці трэння зварачнай паверхні. Пры павелічэнні амплітуды патрабуецца менш часу для падачы той жа колькасці энергіі, бо для падтрымання вібрацыі патрабуецца большая магутнасць. Амплітуднае прафіляванне або крокаванне, як яго яшчэ называюць, стала магчымым дзякуючы сучаснаму ультрагукаваму абсталяванню падчас цыклу зваркі. Паколькі ён умацоўвае злучэнне і прадухіляе зацісканне інструмента, гэты метад вельмі карысны для зваркі сплаваў, такіх як алюміній.
Сіла, перпендыкулярная кірунку вібрацыі
Ключавым фактарам у працэсе ультрагукавой зваркі з'яўляецца сіла, якая прыкладваецца перпендыкулярна кірунку вібрацыі. Неабходнае механічнае напружанне ў зоне зваркі ствараецца гэтай сілай, якая ствараецца пнеўматычным цыліндрам. Ніжэй апісаны крытэрыі эфектыўнасці стварэння і падтрымання вібрацыі:
дзе Smh — плошча папярочнага сячэння пнеўматычнага цыліндру ў квадратных метрах, pℓ — ціск сціснутага паветра ў паскалях, а η — механічны ККД. Па меры павелічэння ціску павялічваецца механічная нагрузка, што патрабуе большай магутнасці для падтрымання вібрацыі.
Варыянты працэсу
Пры ультрагукавой кропкавай зварцы вагальны рух перадаецца ад перакрываючыхся ўставак да больш тонкіх матэрыялаў (ад 0.005 да 3 мм). Санотрод, прыкладаючы сілу для сціскання дэталяў, стварае зваранае злучэнне, якое вібруе разам з дэталлю. Вельмі важна, каб існаваў адносны рух паміж дэталямі, а не паміж санотродам і верхняй дэталлю. Гэты метад можа злучаць лісты або дроты з розных якасцей матэрыялаў. Ультрагукавая зварка, форма бесперапыннай кропкавай зваркі, стварае зварныя злучэнні паміж перакрываючыміся тонкімі лістамі, размешчанымі паміж санотродам і кавадлам. Падчас працэсу тры вібрацыйныя блокі забяспечваюць папераменны рух вакол восі трубчастага санотрода, утвараючы шво аднолькавага памеру і формы з яго трубчастай пярэдняй паверхняй.
Тыпы ультрагукавой зваркі
Як металы, так і палімеры, якія маюць розную сумяшчальнасць матэрыялаў, часта злучаюцца з дапамогай ультрагукавой зваркі.
Ультрагукавая зварка пластмас: Для тэрмапластаў, такіх як поліэстэр, АБС і полікарбанат, ультрагукавая зварка пластмас з'яўляецца найлепшым метадам. Варта ўлічваць такія ўласцівасці, як цвёрдасць і ўтрыманне вільгаці. Але яна не падыходзіць для пластыкавых палімераў, такіх як поліамід і ПВХ.
Ультрагукавая зварка металаў: гэты метад эфектыўны для злучэння металаў, у тым ліку сплаваў з медзі, срэбра, латуні, нікеля, золата і алюмінію. Гэты метад найлепш працуе з тонкімі металамі малога дыяметра, што робіць яго ідэальным для адчувальных умоў выкарыстання.
Перавагі ультрагукавой зваркі
Паколькі ультрагукавая зварка выкарыстоўвае метады ўскоснага нагрэву, яна паляпшае эстэтыку без шкоды для функцыянальнасці, што адрознівае яе ад традыцыйнай зваркі ліставога металу і бесзварочных метадаў. Вось яе асноўныя перавагі:
Хуткасць: Высокачастотныя ультрагукавыя ваганні, якія ствараюцца ультрагукавой зваркай, хутка зварваюць прыдатныя дэталі, забяспечваючы хуткі вытворчы працэс. Вынікам гэтага з'яўляюцца кароткія тэрміны выканання і высокая прапускная здольнасць.
Высокі ўзровень бяспекі: Ускоснае награванне стварае меншую рызыку эксплуатацыі. Зварныя злучэнні і навакольныя матэрыялы абаронены ад пашкоджанняў дзякуючы лакальнаму і хуткаму рассейванню выпрацоўваемага цяпла.
Надзейнасць: Абсталяванне надзейнае і мае рэдкую колькасць няспраўнасцяў і паломак. Аўтаматызацыя яшчэ больш мінімізуе эксплуатацыйныя памылкі і памылкі чалавека, зніжае эксплуатацыйныя выдаткі і павышае якасць зварных злучэнняў.
Падыходзіць для разнастайных матэрыялаў: яшчэ адзін важны аспект зваркі пластмас заключаецца ў тым, што гэтая працэдура добра падыходзіць для злучэння разнастайных матэрыялаў. Пры злучэнні разнастайных пластмас ультрагукавая зварка не патрабуе развіцця малекулярных сувязей, у адрозненне ад іншых метадаў зваркі пластмас.
Недахопы ультрагукавой зваркі
Ультрагукавая зварка мае шэраг недахопаў. Па-першае, яна не падыходзіць для цвёрдых і вільгацятрывалых пластмас. Гэты метад мае праблемы з тэрмапластамі з высокім утрыманнем вільгаці і трывалымі палімерамі, такімі як поліпрапілен. Акрамя таго, абмежаваны дыяпазон пераўтваральніка 100-150 мм азначае, што ён не можа зварваць дэталі са злучэннямі больш за 150 мм. Памер дэталі з'яўляецца яшчэ адным абмежаваннем. Той факт, што плаўленне тоўстых матэрыялаў патрабуе шмат энергіі, таксама робіць іх праблематычнымі.
Дарагія першапачатковыя выдаткі — яшчэ адзін істотны недахоп. Для арганізацый абсталяванне для ультрагукавой зваркі патрабуе значных фінансавых укладанняў з-за яго высокага кошту, які ўзрастае па меры аўтаматызацыі. Акрамя таго, гэты метад абмежаваны злучэннямі ўнахлест, якія складаюцца з секцый, што перакрываюць адна адну на роўнай паверхні. Іншыя тыпы злучэнняў, такія як вуглавыя, стыковыя, трайнікавыя і краёвыя злучэнні, не павінны яго выкарыстоўваць. Выбіраючы, ці з'яўляецца ультрагукавая зварка найлепшым метадам для вашага прымянення, майце на ўвазе, што гэтыя недахопы абмяжоўваюць яго ўніверсальнасць у параўнанні з іншымі метадамі зваркі.
Прымяненне ультрагукавой зваркі
Ультрагукавая зварка — гэта каштоўны метад, які знаходзіць прымяненне ў шырокім спектры галін прамысловасці, асабліва ў вытворчасці спажывецкіх і прамысловых тавараў. Ён выкарыстоўваецца для вырабу жыццёва важных медыцынскіх прылад, такіх як фільтры для анестэзіі, фільтры для крыві і газаў, а таксама маскі для твару. Гэты метад ідэальна падыходзіць для медыцынскіх прылад, бо гарантуе недарагія і якасныя злучэнні дэталяў, вырабленых з розных медыцынскіх палімераў, такіх як АБС-пластык і поліэтылен.
Для стварэння такіх кампанентаў, як прыборныя панэлі, дзвярныя панэлі і рулі, аўтамабільная прамысловасць выкарыстоўвае ультрагукавую зварку для сплаўлення пластыка. Акрамя нізкіх капітальных выдаткаў, аўтаматызацыі, хуткага цыклу і гнуткасці, гэты працэс пераважнейшы, таму што ён выкарыстоўвае ўскоснае цяпло, якое не пашкоджвае дэталь.
Дзякуючы сваёй дакладнасці, хуткасці і высокай якасці злучэнняў, ультрагукавая зварка таксама дапамагае авіяцыйнаму сектару.
Падобным чынам, у электронным сектары ультрагукавая зварка выкарыстоўваецца для злучэння правадоў і зборкі электрарухавікоў, кандэнсатараў, носьбітаў інфармацыі і далікатных схем. Дзякуючы сваёй дакладнасці і надзейнасці, яна ідэальна падыходзіць для стварэння дробных, складаных электрычных кампанентаў.
Спасылкі
Грувер, М.П., 2010. Асновы сучаснай вытворчасці: матэрыялы, працэсы і сістэмы. 4-е выд. Хобокен, Нью-Джэрсі: John Wiley & Sons, Inc.
