Ултразвучно заваривање

Ултразвучно заваривање користи високофреквентне ултразвучне акустичне вибрације које се примењују на спојене делове који се склапају заједно под ниским притиском. Ова метода заваривања се најчешће користи за спајање термопласта и када завртње, лемљење или лепљење није погодно.

Иако је ултразвучно заваривање развијено још 1940-их, први пут је индустријски коришћено раних 1960-их за заваривање финих жица у електронској индустрији. Године 1963. за спајање полиетилена почело је да се користи ултразвучно заваривање. Од тада се ултразвучно заваривање користи за заваривање алуминијума и танких лимова у аутомобилској индустрији (модули за паљење, терминалне жице, жице).

Спор процес препознавања предности ултразвучног заваривања у индустрији је због недостатка моћне ултразвучне опреме која може гарантовати доследан квалитет заваривања чак и за велике делове.Као резултат тога, истраживања 1980-их и 1990-их била су углавном фокусирана на развој ултразвучне опреме.

Иако ултразвучно заваривање користи вибрације, овај метод се разликује од "вибрационог заваривања", такође познатог као заваривање трењем. У случају вибрационог заваривања, један од делова који се спајају се држи на месту, а други осцилује (електромагнетним или хидрауличним погоном).

Ултразвучно заваривање држи два дела на месту и користи високофреквентне звучне таласе за стварање трења. Акустична енергија ствара трење и топлоту која доводи до заваривања делова за мање од једне секунде, што ултразвучно заваривање чини једним од најбржих у употреби данас.

Процес ултразвучног заваривања је потпуно аутоматизован и изводи се на специјалним инсталацијама. Принцип ултразвучног заваривања приказан је на сл. 1, а састав типичне инсталације приказан је на сл. 2.

Пиринач. 1. Принцип ултразвучног заваривања: а — поравнање делова, б — контакт делова са врхом, ц — примена притиска, д — заваривање, е — држање, ф — подизање врха

Пиринач. 2. Монтажна шема за звучно заваривање

Генератор (у посебној јединици) се користи за претварање електричних вибрација из мреже у високофреквентне (20 ... 60 кХз), претварач, користећи пиезоелектричне елементе, претвара електричне вибрације у акустичне. Појачало и сонотрода су пасивни резонантни елементи инсталације који служе за пренос вибрација са претварача на делове.

Обично су ултразвучне машине за заваривање опремљене сетом појачала са различитим односима трансформације помака.Облик сонотроде је одређен потребном конфигурацијом завара. Уздужне радијалне, ивичне и друге таласне осцилације се стварају у зависности од облика сонотроде. Сваки шав захтева сонотроду.

Физичка суштина процеса се састоји у појави веома јаких вибрација мале амплитуде на додиру два дела. Вибрације у комбинацији са притиском уклањају нечистоће и оксиде са површине делова. Електрони почињу да тече између делова, формирајући металуршки шав.

Ултразвучно заваривање је идеално за израду електричних прикључака, заваривање алуминијума и бакра, заптивање крајева бакарних цеви, заваривање пластике, уградњу металних делова у пластику.

Пиринач. 3. Спојеви направљени ултразвучним заваривањем

Ултразвучно заваривање пластике омогућава поузданије спојеве од других метода. У овом случају, ултразвучно заваривање пластике се суштински разликује од заваривања метала.

Прво, ултразвучно заваривање метала се одвија помоћу попречних вибрација паралелних са завареним површинама. Ултразвучно заваривање пластике користи уздужне вибрације које су нормалне (тј. под правим углом) на површине које се заварују. Облик сонотрода, који преносе ултразвучне вибрације на металне и пластичне шавове, такође су потпуно другачији.

Друго, приликом заваривања метала, шав се ствара интеракцијом трења површина, што ствара круту везу без топљења материјала.Ултразвучно заваривање пластичних делова заснива се на топљењу материјала на исти начин као и многе друге традиционалне методе заваривања, као што су електролучно заваривање, отпорно или ласерско заваривање), али у много нижим температурним опсегима.

Пиринач. 4. Опрема за ултразвучно заваривање

Предности ултразвучног заваривања:

1. Није потребно посебно чишћење површине.

2. Није потребна заштитна атмосфера.

3. Нису потребни потрошни материјали за заваривање (жица, електроде, лем итд.).

4. Мала потрошња енергије.

5. Кратко време спајања за формирање споја (око четвртине секунде).

6. Потпуна аутоматизација процеса заваривања и могућност лаке интеграције са другим производним процесима.

7. Могућност заваривања материјала различите природе, укључујући и оне осетљиве на високе температуре, јер се при заваривању ствара мала количина топлоте.

8. Заваривање свих врста детаља.

9. Завари створени овим процесом су визуелно пријатни, уредни.

10. Ултразвучно заваривање не користи корозивне хемикалије и производи малу количину испарења, за разлику од других метода.

Ограничења ултразвучног заваривања:

1. Најозбиљније ограничење у коришћењу ултразвучног заваривања је величина заварених делова — не више од 250 мм. Ово је због ограничења у излазној снази претварача, немогућности сонотроде да преноси ултразвучне таласе велике снаге и потешкоћа у контроли амплитуде.

2. Ултразвучно заваривање такође захтева нижи садржај влаге у материјалима који се спајају.У супротном, пожељно је заваривање вибрацијама.

3. Ултразвучно заваривање није ефикасно за спајање материјала дебелих зидова. Најмање један од делова који се спаја мора бити лаган, јер „апсорбује“ огромну количину енергије.