Ultraskaņas plastmasas, plastmasas, metālu, polimērmateriālu, alumīnija profilu metināšana. Ultraskaņas metināšana: tehnoloģija, kaitīgie faktori

2024 Autors: Howard Calhoun | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2023-12-17 10:35

Metālu ultraskaņas metināšana ir process, kura laikā tiek iegūts pastāvīgs savienojums cietā fāzē. Nepilngadīgo zonu veidošanās (kurās veidojas saites) un saskarsme starp tām notiek speciāla instrumenta ietekmē. Tas nodrošina nelielu amplitūdas un spiedes normālā spēka relatīvo zīmju mainīgo tangenciālu nobīdi kopīgu darbību uz sagatavēm. Apskatīsim sīkāk, kas ir ultraskaņas metināšanas tehnoloģija.

Savienojuma mehānisms

Zemas amplitūdas nobīdes starp daļām notiek ar ultraskaņas frekvenci. To dēļ detaļu virsmas mikronelīdzenumi tiek pakļauti plastiskai deformācijai. Tajā pašā laikā no pieslēguma zonas tiek evakuēti piesārņotāji. Ultraskaņas mehāniskās vibrācijas tiek pārraidītas uz metināšanas vietu no instrumenta, kas atrodas sagataves ārpusē. Viss process ir organizēts tā, lai izslēgtu armatūras un atbalsta slīdēšanudetaļu virsmas. Vibrāciju ejot cauri sagatavei, enerģija tiek izkliedēta. To nodrošina ārējā berze starp virsmām metināšanas sākumposmā un iekšējā berze materiālā, kas atrodas starp balstu un instrumentu pēc iestatīšanas zonas izveidošanas. Tas paaugstina temperatūru locītavā, atvieglojot tā deformāciju.

Īpaša materiāla uzvedība

Tangenciālās nobīdes starp detaļām un spriegumi, ko tās rada un darbojas kopā ar metināšanas spēka radīto saspiešanu, nodrošina smagu plastisko deformāciju lokalizāciju nelielos apjomos tuvējos slāņos. Visu procesu pavada slīpēšana un oksīda plēvju un citu piesārņotāju mehāniska evakuācija. Ultraskaņas metināšana samazina tecēšanas robežu, tādējādi veicinot plastisko deformāciju.

Procesa līdzekļi

Ultraskaņas metināšana veicina savienojumam nepieciešamo apstākļu veidošanos. To nodrošina devēja mehāniskās vibrācijas. Vibrācijas enerģija rada sarežģītus bīdes, saspiešanas un deformācijas spriegumus. Plastiskā deformācija rodas, ja tiek pārsniegtas materiālu elastības robežas. Spēcīga savienojuma iegūšana tiek nodrošināta, palielinot tiešā kontakta laukumu pēc virsmas oksīdu, organisko un adsorbēto plēvju evakuācijas.

KM izmantošana

Ultraskaņa tiek plaši izmantota zinātnes jomā. Ar tās palīdzību zinātnieki pēta vairākas fizikālās īpašībasvielas un parādības. Rūpniecībā ultraskaņu izmanto attaukošanai un tīrīšanai, strādājot ar grūti apstrādājamiem materiāliem. Turklāt svārstības labvēlīgi ietekmē kristalizējošos kausējumus. Ultraskaņa nodrošina tiem degazēšanu un graudu rafinēšanu, uzlabojot lējumu materiālu mehāniskās īpašības. Vibrācijas veicina atlikušo spriegumu novēršanu. Tos arī plaši izmanto, lai palielinātu lēnu ķīmisko reakciju ātrumu. Ultraskaņas metināšanu var izmantot dažādiem mērķiem. Vibrācijas var kļūt par enerģijas avotu šuvju un punktu savienojumu veidošanai. Kad metināšanas baseins kristalizācijas laikā tiek pakļauts ultraskaņai, tiek uzlabotas savienojuma mehāniskās īpašības, pateicoties metinājuma struktūras uzlabošanai un intensīvai gāzu noņemšanai. Pateicoties tam, ka vibrācijas aktīvi noņem netīrumus, mākslīgās un dabiskās plēves, iespējams savienot detaļas ar oksidētu, lakotu u.c. virsmu. Ultraskaņa palīdz samazināt vai novērst pašspriedzi, kas rodas metināšanas laikā. Vibrāciju dēļ ir iespējams stabilizēt savienojuma struktūras sastāvdaļas. Tas savukārt ļauj novērst konstrukciju spontānas deformācijas iespējamību vēlāk. Ultraskaņas metināšana pēdējā laikā tiek izmantota arvien plašāk. Tas ir saistīts ar šīs savienošanas metodes neapšaubāmajām priekšrocībām salīdzinājumā ar aukstuma un kontakta metodēm. Īpaši bieži ultraskaņas vibrācijas tiek izmantotas mikroelektronikā.

Daudzsološs virziensuzskata polimēru materiālu ultraskaņas metināšanu. Dažus no tiem nevar savienot ne ar kādu citu metodi. Rūpniecības uzņēmumos šobrīd tiek veikta plānsienu alumīnija profilu, folijas, stieples metināšana ar ultraskaņu. Šī metode ir īpaši efektīva produktu savienošanai no atšķirīgām izejvielām. Alumīnija ultraskaņas metināšana tiek izmantota sadzīves tehnikas ražošanā. Šī metode ir efektīva lokšņu izejvielu (niķeļa, vara, sakausējumu) savienošanai. Plastmasas ultraskaņas metināšana ir atradusi pielietojumu optikas un smalkās mehānikas ierīču ražošanā. Šobrīd ir izveidotas un ražošanā ieviestas mašīnas dažādu mikroshēmu elementu savienošanai. Ierīces ir aprīkotas ar automātiskajām ierīcēm, kuru dēļ produktivitāte ievērojami palielinās.

ASV spēks

Plastmasas ultraskaņas metināšana nodrošina pastāvīgu savienojumu, pateicoties augstfrekvences mehānisko vibrāciju un salīdzinoši neliela spiedes spēka kombinētai iedarbībai. Šai metodei ir daudz kopīga ar auksto metodi. Ultraskaņas jauda, ko var pārraidīt caur barotni, būs atkarīga no pēdējās fizikālajām īpašībām. Ja tiek pārsniegtas stiprības robežas saspiešanas zonās, cietais materiāls sabruks. Līdzīgās situācijās šķidrumos notiek kavitācija, ko papildina mazu burbuļu parādīšanās un to sekojošais sabrukums. Kopā ar pēdējo procesu rodas lokāls spiediens. Šo parādību izmanto produktu tīrīšanā un apstrādē.

Ierīces mezgli

Plastmasas ultraskaņas metināšana tiek veikta, izmantojotīpašas mašīnas. Tie satur šādus mezglus:

1. Barošanas avots.
2. Vibrācijas mehāniskā sistēma.
3. Vadības aprīkojums.
4. Spiediena piedziņa.

Svārstību sistēma tiek izmantota, lai pārveidotu elektroenerģiju mehāniskā enerģijā tās turpmākai pārvadīšanai uz pieslēguma posmu, to koncentrējot un iegūstot nepieciešamo emitētāja ātruma vērtību. Šajā mezglā ir:

1. Elektromehāniskais devējs ar tinumiem. Tas ir ievietots metāla korpusā un tiek dzesēts ar ūdeni.
2. Elastīgs svārstību transformators.
3. Metināšanas uzgalis.
4. Atbalsts ar spiediena mehānismu.

Sistēma ir fiksēta, izmantojot diafragmu. Ultraskaņas starojums rodas tikai metināšanas brīdī. Process notiek vibrāciju, taisnā leņķī pret virsmu pieliktā spiediena un termiskā efekta ietekmē.

Metodes iespējas

Ultraskaņas metināšana ir visefektīvākā plastmasas izejvielām. Izstrādājumus no vara, niķeļa, zelta, sudraba u.c. var kombinēt savā starpā un ar citiem zemas plastmasas izstrādājumiem. Palielinoties cietībai, ultraskaņas metināmība pasliktinās. Ugunsizturīgie izstrādājumi no volframa, niobija, cirkonija, tantala, molibdēna tiek efektīvi savienoti ar ultraskaņas palīdzību. Polimēru metināšana ar ultraskaņu tiek uzskatīta par salīdzinoši jaunu metodi. Arī šādus izstrādājumus var savienot gan savā starpā, gan ar citām cietām daļām. Kas attiecas uz metālu, to var kombinēt arstikls, pusvadītāji, keramika. Jūs varat arī piesiet sagataves caur starpslāni. Piemēram, tērauda izstrādājumi tiek metināti viens ar otru caur alumīnija plastmasu. Īslaicīgas uzturēšanās paaugstinātā temperatūrā dēļ tiek iegūts kvalitatīvs dažādu produktu savienojums. Izejvielu īpašības ir pakļautas nelielām izmaiņām. Sveķu piemaisījumu neesamība ir viena no ultraskaņas metināšanas priekšrocībām. Nav arī cilvēku kaitīgo faktoru. Savienojot, tiek radīti labvēlīgi higiēnas apstākļi. Produktu saites ir ķīmiski viendabīgas.

Savienojuma funkcijas

Metāla metināšana parasti tiek veikta pārklāšanās veidā. Tajā pašā laikā tiek pievienoti dažādi dizaina elementi. Metināšanu var veikt pa punktiem (vienu vai vairākiem), nepārtrauktu šuvi vai slēgtā aplī. Dažos gadījumos, iepriekš veidojot stieples sagataves galu, tiek izveidots tee savienojums ar plakni. Vienlaicīgi iespējams veikt vairāku materiālu ultraskaņas metināšanu (iepakojumā).

Daļas biezums

To ierobežo augšējā robeža. Palielinoties metāla sagataves biezumam, ir jāpiemēro svārstības ar lielāku amplitūdu. Tas kompensēs enerģijas zudumu. Savukārt amplitūdas palielināšana ir iespējama līdz noteiktai robežai. Ierobežojumi ir saistīti ar noguruma plaisu iespējamību, lieliem instrumenta iespiedumiem. Šādos gadījumos būtu jāizvērtē, kābūtu piemērota ultraskaņas metināšana. Praksē metodi izmanto izstrādājumu biezumam no 3…4 µm līdz 05…1 mm. Metināšanu var izmantot arī detaļām ar diametru 0,01 … 05 mm. Otrā produkta biezums var būt ievērojami lielāks nekā pirmā.

Iespējamas problēmas

Pielietojot ultraskaņas metināšanas metodi, ir jāņem vērā izstrādājumos esošo savienojumu noguruma bojājuma iespējamība. Procesa laikā sagataves var pagriezties viena pret otru. Kā minēts iepriekš, no instrumenta materiāla virsmas paliek iespiedumi. Pašai ierīcei ir ierobežots kalpošanas laiks tās darba plaknes erozijas dēļ. Dažos punktos izstrādājuma materiāls tiek piemetināts pie instrumenta. Tas noved pie ierīces nodiluma. Iekārtu remonts ir saistīts ar vairākām grūtībām. Tie ir saistīti ar to, ka pats instruments darbojas kā neatdalāmas vienas vienības konstrukcijas elements, kura konfigurācija un izmēri ir paredzēti tieši darbības frekvencei.

Produkta sagatavošana un režīma parametri

Pirms ultraskaņas metināšanas nav nepieciešams veikt nekādus sarežģītus pasākumus ar detaļu virsmu. Ja vēlaties, varat palielināt savienojuma kvalitātes stabilitāti. Lai to izdarītu, ir ieteicams tikai attaukot produktu ar šķīdinātāju. Kaļamo metālu savienošanai par optimālu tiek uzskatīts cikls ar impulsa aizkavi attiecībā pret ultraskaņas sākumu. Ja izstrādājumam ir salīdzinoši augsta cietība, pirms ultraskaņas ieslēgšanas ieteicams pagaidīt, līdz tas nedaudz uzsilst.

Metināšanas modeļi

Tie ir vairāki. Ultraskaņas metināšanas tehnoloģiskās shēmas atšķiras pēc instrumentu svārstību rakstura. Tie var būt vērpes, lieces, gareniski. Arī shēmas tiek izdalītas atkarībā no ierīces telpiskā stāvokļa attiecībā pret metinātās daļas virsmu, kā arī no spiedes spēku pārnešanas metodes uz izstrādājumiem un atbalsta elementa konstrukcijas iezīmēm. Kontūru, šuvju un punktu savienojumiem tiek izmantoti varianti ar locīšanu un garenvirziena vibrācijām. Ultraskaņas darbību var apvienot ar lokālu detaļu impulsu sildīšanu no atsevišķa siltuma avota. Šajā gadījumā var sasniegt vairākas priekšrocības. Pirmkārt, jūs varat samazināt svārstību amplitūdu, kā arī to pārraides spēku un laiku. Termiskā impulsa enerģētiskās īpašības un tā superpozīcijas periods ultraskaņā darbojas kā procesa papildu parametri.

Termiskais efekts

Ultraskaņas metināšanu pavada temperatūras paaugstināšanās savienojuma vietā. Siltuma parādīšanos izraisa berzes parādīšanās uz saskarē esošo izstrādājumu virsmām, kā arī plastiskām deformācijām. Tie faktiski pavada metinātā savienojuma veidošanos. Temperatūra kontakta zonā būs atkarīga no stiprības parametriem. Galvenais no tiem ir materiāla cietības pakāpe. Turklāt liela nozīme ir tā termofizikālajām īpašībām: siltumvadītspējai un siltumietilpībai. Izvēlētais metināšanas režīms ietekmē arī temperatūras līmeni. Kā liecina prakse, topošais termiskais efekts nedarbojas kā noteicošais nosacījums. toir saistīts ar faktu, ka izstrādājumos tiek sasniegta maksimālā savienojumu stiprība, pirms temperatūra paaugstinās līdz ierobežojošajam līmenim. Ir iespējams samazināt ultraskaņas vibrāciju pārraides ilgumu, iepriekš uzsildot detaļas. Tas arī palielinās savienojuma stiprumu.

Secinājums

Ultraskaņas metināšana pašlaik dažās nozarēs ir neaizstājama detaļu savienošanas metode. Šī metode ir īpaši izplatīta mikroelektronikā. Ultraskaņa ļauj savienot dažādus plastmasas un cietus materiālus. Mūsdienās tiek aktīvi veikts zinātniskais darbs, lai uzlabotu metināšanas instrumentus un tehnoloģijas.