Ультразвуковая сварка:оборудование, схема, технология — вся суть

Сварка ультразвуком (УЗС), разработанная еще в середине 20 века, востребована и в веке 21-м для соединения металлов и термопластика. Элементы при соединении сдавливаются друг с другом и подвергаются волновому воздействию. На фоне иных способов, ультразвуковая сварка выгодно выделяется простотой применяемых аппаратов, низкими затратами труда и стоимостью.


Блок: 1/17 | Кол-во символов: 358
Источник: https://svarka.guru/vidy/mehan/ultrazvukovaya.html

Сущность

Ультразвуковая сварка осуществляется при помощи непрерывно генерируемого ультразвука частотой 18-180 кГц. мощностью 0,01 — 10 кВт. Сварка происходит при одновременном воздействии на свариваемые поверхности механических ВЧ колебаний, внешнего давления, прикладываемого перпендикулярно к свариваемым поверхностям и теплового эффекта от ВЧ колебаний. Тепловое действие ВЧ ультразвуковых колебаний может сочетаться c дополнительным местным импульсным нагревом заготовок от отдельного внешнего источника теплоты.

При воздействии ВЧ колебаний происходит сухое трение частиц в свариваемых поверхностях. Под действием сухого трения разрушаются поверхностные плёнки (оксидные и их адсорбированных газов). Затем сухое трение сменятся на чистое трение, при котором образуются узлы схватывания. Образуются общие зерна, принадлежащие двум свариваемым поверхностям и общая граница между поверхностными зёрнами.

Типы сварных соединений металлов при ультразвуковой сварке: внахлёстку; по рельефам; с раздавливанием кромок; встык круглого элемента с плоским; крестообразное, круглых элементов; параллельное, круглых элементов; многослойных деталей и плёнок; угловое и др.

Блок: 2/8 | Кол-во символов: 1165
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D0%BB%D1%8C%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%B2%D1%83%D0%BA%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%B2%D0%B0%D1%80%D0%BA%D0%B0

Принцип действия и классификация


Процесс протекает в три этапа:

  • нагревание элементов, взаимное проникновение материалов друг в друга в зоне контакта;
  • формирование связей на молекулярном уровне;
  • твердение и формирование шва.

Сварка ультразвуком по уровню автоматизации процесса разделяется на:

  1. Ручную. Все характеристики установки контролируются оператором, он же проводит пистолет для сварки по контуру соединения.
  2. Механизированную. Контроль параметров осуществляется оператором, элементы подаются на излучатель.
  3. Автоматическая. Используется в цехах промышленных предприятий, производится без использования рук человека.

По способу подачи энергии в зону сварки отличают одно- и двухсторонний метод.

В соответствии с характером передвижения волновода УЗС бывает:

  1. Импульсной. За единичное перемещение рабочая зона бомбардируется короткими импульсами.
  2. Непрерывной. Излучение воздействует не переставая, волновод передвигается с установленной скоростью вдоль элементов.

По характеру передачи энергии в область сваривания имеются такие режимы УЗС:

  • Контактный. Подразумевает равномерное распределение энергии в объеме элементов. Используется с целью сопряжения пленок и пластиковых изделий внахлест.
  • Передаточный. Колебания образуются одновременно во многих точках, волны проходят толщу элементов, освобождая энергию на участке. Применяется для создания тавровых швов и сопряжения жестких изделий из полимеров встык.

Таблица свариваемости материаловУльтразвуковая сварка применима для пластмасс и большинства однородных и разнородных металлов. Использование для определенного материала зависит от параметров его кристаллической решетки и твердости – чем она выше, тем ниже свариваемость металлического изделия.

Возможность сопряжения материалов посредством УЗС представлена в таблице.

Блок: 2/17 | Кол-во символов: 1781
Источник: https://svarka.guru/vidy/mehan/ultrazvukovaya.html

Понятие и определение ультразвуковой сварки

Ультразвуковая сварка (УЗС) — эти вид сварки давлением, который происходит под воздействием ультразвуковых колебаний (ГОСТ 2601, СЭВ 5277).

Неразъёмное соединение под воздействием ультразвуковых волн образуется в процессе сжатия свариваемых деталей, которое происходит при относительно небольшом усилии (порядка нескольких единиц ньютона, или даже десятых долей ньютона при соединении элементов микросхем и порядка 104Н при сварке толстых листом). Одновременно с приложенным усилием, на соединяемые детали воздействуют механические колебания с частотой 15-80 кГц.

Блок: 3/9 | Кол-во символов: 639
Источник: https://taina-svarki.ru/sposoby-svarki/svarka-davleniem/ultrazvukovaya-svarka-metallov-shema-i-tehnologiya.php

Суть получения швов


Для соединения металлов ультразвуком требуется предварительный нагрев поверхности и приложение значительного сжимающего усилия, что усложняет конструкцию таких аппаратов. Схема ультразвукового оборудования для сварки полимерных материалов значительно проще.

Соединение осуществляется в следующей последовательности:

  • подключение оборудования, генерирующего ультразвук;
  • прохождение УЗ конвертора, трансформирование его в механические продольно направленные колебания;
  • передача от волновода свариваемым элементам колебательной энергии;
  • интенсивный нагрев поверхности на участке соприкосновения деталей и волновода;
  • возрастание текучести внешнего слоя элементов;
  • формирование связей под воздействием динамических и статических усилий.

Важно! При помощи УЗС возможно сопряжение материалов, различающихся строением, к примеру, пластмассовых элементов и металлических. Разность в температурах расплава может быть колоссальной.

Блок: 3/17 | Кол-во символов: 940
Источник: https://svarka.guru/vidy/mehan/ultrazvukovaya.html

Недостатки

Как и любой другой способ соединения, ультразвуковая сварка имеет не только преимущества, но и отрицательные моменты:

  • величина подвергающихся сварке деталей имеет свои ограничения, а именно не более 250 мм. Это объясняется тем, что могут возникать трудности с контролем амплитуды, а также ограничением в выходящей мощности датчика. Ещё это происходит из-за отсутствия возможности сонотрода, передать достаточную мощность звуковой волны;
  • такая сварка не будет актуальной при соединении толстостенных материалов. Это значит, что одна из заготовок должна быть легкой обязательно, ведь она будет поглощать основное количество энергии;
  • влага, которая может находиться в материале, должна присутствовать в небольшом количестве. А если её много, актуальным станет использование вибрационной сварки.

Блок: 3/9 | Кол-во символов: 803
Источник: https://electrod.biz/vidy/ultrazvukovaya-svarka-osobennosti.html

Достоинства ультразвуковой сварки


К преимуществам способа относятся:

  • отменная прочность соединенных деталей;
  • отсутствие необходимости предварительной подготовки поверхностей (шлифовка, очищение грязи и т.п.), а также зачистки шва после кристаллизации;
  • внутренние напряжения шва отсутствуют на всех стадиях работы;
  • внешне шов не различим;
  • процесс может протекать без участия оператора;
  • повышение эффективности производства за счет экономии времени сварщиков на работу;
  • возможность совмещения ряда операций (с резкой металла, либо нанесением рисунка);
  • при сварке ультразвуковой дополнительные расходные или соединительные элементы не требуются (клей, нитки, растворители);
  • при действии волны ультразвука на человека не оказывают негативное влияние какие-либо ее составляющие;
  • не требуется защитная среда (газовая);
  • экономичность использования электроэнергии.

Одинаково хороши оба известных способа ультразвуковой сварки — шовный и прессовый. Первый используется для получения швов длиной менее 250 мм, второй — при точечном или контурном соединении.

Блок: 4/5 | Кол-во символов: 1034
Источник: https://WikiMetall.ru/metalloobrabotka/svarka-ultrazvukovaya.html

Преимущества ультразвуковой сварки

Устройство ультразвуковой сварки.

С учетом своей специфики ультразвуковая сварка имеет ряд отличных преимуществ:

  1. Нет нужды нагревать предварительно рабочую зону, что чрезвычайно полезно при работе с химически активными металлами или парами металлов, которые склонны к образованию специфических и хрупких соединений по ходу сварки.
  2. Есть возможность соединения тонких и ультратонких кромок металлических деталей. Также можно приварить фольгу или тонкие листы к любым деталям, можно варить даже пакеты из фольги.
  3. Уникальная техническая «лояльность» к различного рода изоляционным и оксидным пленкам на поверхности металлов и другим загрязнениям – к примеру, плакированным поверхностям.
  4. Малое по силе сдавливание приводит к тому, что деформация свариваемых поверхностей незначительна.
  5. Энергетическая эффективность благодаря малой мощности сварочного оборудования, его простая конструкция.

Блок: 4/5 | Кол-во символов: 921
Источник: https://tutsvarka.ru/vidy/ultrazvukovaya-svarka

Сварка искусственных кож


Искусственные кожи (ИК) получают нанесением полимерного материала на тканую основу из натуральных или синтетических волокон.

Из всего ассортимента выпускаемых, выпускаемых в настоящее время ИК, 70% составляют кожи с поливинилхлоридным (ПВХ)-покрытием. ПВХ-покрытие является многокомпонентной системой, включающей добавки стабилизаторов, пластификаторов, наполнителей, модификаторов и других компонентов, введение которых позволяет значительно изменить свойства полимера. Так, в зависимости от вида и количества пластификаторов температура текучести ПВХ-покрытия находится в интервале от 370 до 440 К.

Ультразвуковой сваркой можно успешно сваривать ИК через нетермопластичные листовые или пленочные подложки из материала, совместного с материалом покрытия ИК, а также при наличии промежуточного слоя, например, из пенополиуретана (ППУ), между слоями ИК или ИК и подложкой. При изготовлении элементов отделки салонов транспортных средств интерьеров возникает необходимость соединять ИК и ПВХ — подложкой через промежуточный слой ППУ.

На прочность сварных соединений ИК и стабильность механических свойств большое влияние оказывает схема управления процессом сварки. лучшие результаты достигаются при сварке с ограничением толщины шва в пределах 0,7-0,9 от суммарной толщины покрытий или покрытия и ПВХ — подложны. При испытаниях сварных соединений на расслаивание разрушение происходит путем отслаивания покрытия от основы.

Блок: 5/7 | Кол-во символов: 1452
Источник: https://xn--80aae1btfegj.xn--p1ai/infotsentr/spravochnik/19-tekhnologiya-ultrazvukovoj-svarki

Сварка жестких пластмасс

Сварка полистирола, сополимеров стирола, полиметилметакрилата, капролона, поликарбоната и других полимеров, имеющих высокий модуль упругости и низкий коэффициент затухания, широко применяется при изготовлении различных объемных деталей и конструкций: от контейнеров и сосудов до товаров народного потребления (спортивных изделий и игрушек). В этом случае ультразвуковая сварка позволяет значительно снизить трудоемкость процесса, увеличить производительность труда, повысить культуру производства и освободиться от применения токсичных клеев, вредных для здоровья человека.

В зависимости от формы изделия и материала может применяться контактная и передаточная сварка или комбинация этих способов. При передаточной сварке нет необходимости разогревать весь объем материала. Сварной шов получается в результате расплавления полимера в зоне контакта деталей. Ясно, что в процессе сварки следует стремиться к концентрации энергии ультразвуковых колебаний непосредственно на стыкуемых поверхностях. Изменением геометрии свариваемых деталей можно концентрировать энергию ультразвуковых колебаний в том или ином сочетании, что позволяет ускорить процесс сварки.

Рекомендуются разнообразные формы и размеры стыков деталей под ультразвуковую сварку в зависимости от конкретных изделий и материалов, но наиболее распространенной является V — образная разделка кромок, которая проста в изготовлении и дает хорошие показатели прочности сварных соединений. Наиболее эффективным углом при вершине V — образного выступа является угол 90°, при котором обеспечивается минимальная площадь контакта деталей перед сваркой.

Малогабаритные детали несложной формы свариваются за один контакт волновода с изделием, причем волновод устанавливается перпендикулярно к свариваемым поверхностям, по оси симметрии. если деталь сложная и длина сварного шва значительная, то количество точек и место введения ультразвуковых колебаний определяется экспериментально. В зависимости от формы литьевого изделия для сварки могут быть использованы волноводы с плоской или фигурной рабочей поверхностью. В последнем случае рабочий торец волновода прилегает к поверхности свариваемых деталей, копируя ее форму. Это необходимо в том случае, когда нужно получить герметичный шов.

Для фиксации деталей могут применяться различные удерживающие устройства: опоры гнездообразные, сферические и т.д. Оптимальный режим сварки: время 3 с; амплитуда 40-40 мкм; усилие сжатия 50-150 Н; частота 22 кГц.

Блок: 6/7 | Кол-во символов: 2482
Источник: https://xn--80aae1btfegj.xn--p1ai/infotsentr/spravochnik/19-tekhnologiya-ultrazvukovoj-svarki

Коротко об установках


Оборудование для ультразвуковой сварки состоит из следующих узлов:

  • генератор электрических колебаний;
  • акустический узел с волноводом;
  • прессовый механизм;
  • контролирующая процесс аппаратура.

В самостоятельном изготовлении устройства нет необходимости, и на то есть ряд причин. Первая и основная — создание машины потребует множества математических и физических расчетов. Минимальное отклонение приведет к появлению резонанса в месте контакта деталей, что снизит качество сварного соединения.

Разновидности УЗС

Сварка ультразвуком классифицируется по ряду критериев. Первый — способ передачи энергии. Так выделяют:

  • контактную;
  • передаточную сварку.

Первая обычно используется для соединения мягких пластмасс, пленок, синтетики толщиной до 5 мм. Наиболее распространенный метод сварки — внахлест. Вторая применима при обработке жестких пластмасс (полистирол, капрон и т.п.). Соединение — стыковое.

Другими критериями классификации УЗС являются:

  • способ перемещения волновода (прессовая — за одно короткое движение элемента; непрерывная — за продолжительное воздействие на участок сварки);
  • способ дозировки вводимой механической энергии (с фиксацией времени воздействия у/з импульса, осадкой либо зазором).
    • Особенности сварочного оборудования

В отличие от ручной или полуавтоматической работы, где можно использовать разные типы электродов или проволок, а также изменять другие параметры процесса, в оборудовании для ультразвуковой сварки все рассчитано до мелочей. Процесс протекает следующим образом:

  • генератор создает электрический импульс;
  • колебания преобразуются в высокочастотную звуковую волну;
  • волна передается через волновод к месту соединения деталей;
  • здесь она создает резонанс;
  • смещение материалов друг к другу приводит к их мгновенному соединению.

В зависимости от физических характеристик соединяемых материалов подбирается частота колебаний. Далее — некоторые примеры установок.

Оборудование для ультразвуковой сварки

Условно все аппараты можно поделить на три группы:

  • стационарные (станки);
  • настольные;
  • ручные.

Примером первой группы является машина ультразвуковой сварки SportTex EU 1300. Визуально она напоминает обычную швейную машинку.

Технические характеристики:

  • напряжение — 220 В;
  • частота — 50 Гц;
  • мощность — 1,5 кВт;
  • рабочая поверхность — 50 мм;
  • производительность — до 10 м/мин;
  • давление рабочее — до 7 бар;
  • рабочая частота — до 20 кГц;
  • габариты — 1200х1200х550 мм;
  • вес — 110 кг.

Стоимость установки составляет не менее 200 тысяч рублей, поэтому используется она обычно на производстве.

К более компактным устройствам относится ультразвуковой модуль настольного типа для соединения тубов (небольших продолговатых емкостей, например, для зубных паст, кремов и т.д.). Скорость работы настольных установок варьируется от 0,3 до 1,5 с и зависит от ширины шва (до 70 мм).

Другие параметры:

  • рабочая частота — до 35 кГц;
  • мощность — до 1,5 кВт;
  • пневматический привод;
  • габариты — 533х261х219 мм;
  • вес — 30 кг.

Стоимость подобных установок на порядок ниже, чем стационарных.

Самые компактные устройства для ультразвуковой сварки применяются для клепки пластмасс, прихватки небольших деталей, фиксации элементов на несущие конструкции. Пример — ручная машинка Handy Star. Ее мощность, частота и скорость работы похожи на настольные устройства, однако габариты и масса существенно ниже, что отражается на стоимости. Рассматриваемый инструмент в сумме трех измерений дает 720 мм, а масса составляет лишь 4,5 кг. Используется такое оборудование для ультразвуковой сварки в автомобильной промышленности, ремонте брезентовых изделий, производстве ленточных транспортеров.

Важно помнить ряд моментов. Первый — длина свариваемых деталей не должна превышать четверть метра. Это обусловлено конструкцией установок. Второй — соединяемые детали должны быть сухими. Третий — как минимум одна из деталей должна быть тонкостенной.

Известны ли вам особенности работы с оборудованием для ультразвуковой сварки и сталкивались ли вы с ним на практике? Если вам есть, чем поделиться с читателями, оставьте свой отзыв в комментариях к статье.

Поиск записей с помощью фильтра:

Блок: 5/5 | Кол-во символов: 4033
Источник: https://WikiMetall.ru/metalloobrabotka/svarka-ultrazvukovaya.html

Литература

  • Николаев Г. А. Сварка в машиностроении: Справочник в 4-х т. — М.: Машиностроение, 1978 (1-4 т).
  • Хмелев В. Н., Хмелев С. С., Сливин А. Н., Абрамов А. Д. Ультразвуковая сварка термопластичных материалов: монография. — Бийск: Изд-во Алтайского гос. технич. ун-та, 2014. — 281 с. — ISBN 978-5-9257-0270-3.

Блок: 7/8 | Кол-во символов: 312
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D0%BB%D1%8C%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%B2%D1%83%D0%BA%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%B2%D0%B0%D1%80%D0%BA%D0%B0

Работа с металлическими деталями


Соединение металлических заготовок осуществляется под значительно меньшим температурным воздействием, чем при применении иных «горячих» способов сварки – газовой либо электродуговой. Эта особенность позволяет шире раскрыть возможности для надежного и быстрого сопряжения элементов, эксплуатационные свойства которых снижаются при перегреве. Помимо этого, УЗС позволяет сваривать пары металлов, не соединяемых или с трудом соединяемых иными способами – например, медь с алюминием, алюминий с никелем.

Прочность шва соответствует ГОСТ и составляет порядка 70% от аналогичного показателя исходного материла.

Блок: 7/17 | Кол-во символов: 638
Источник: https://svarka.guru/vidy/mehan/ultrazvukovaya.html

Вывод

Способ сваривания деталей с помощью ультразвука, это эффективный метод, но не всегда. Стоит учитывать ряд физических и математических особенностей, которые необходимы для получения качественного результата. Процесс довольно сложный и требует высокой квалификации специалиста проводящего работы с соединениями, то же самое касается сооружения аппарата самостоятельно. Зачастую это не приводит к ожидаемому успеху.

Блок: 9/9 | Кол-во символов: 418
Источник: https://electrod.biz/vidy/ultrazvukovaya-svarka-osobennosti.html

Особенности у полимеров

Для сопряжения полимерных материалов используется специализированный ультразвуковой сварочный аппарат, главными частями которого являются:

  • рама для крепления деталей и узлов;
  • блок питания с кабелем для подключения к сети;
  • генератор УЗ-колебаний;
  • пресс;
  • преобразователь колебаний;
  • сварочная головка.

Устройства для промышленного применения дополнительно оснащаются рабочим столом и механизмом для подачи заготовок.

Блок: 9/17 | Кол-во символов: 438
Источник: https://svarka.guru/vidy/mehan/ultrazvukovaya.html

Возможности ультразвука

Применение УЗС позволяет эффективно сопрягать разнообразные материалы, значительно отличающиеся толщиной – от пары микрон до нескольких миллиметров. При этом форма заготовок практически не изменяется.

При устройстве точечных швов соединения могу выполняться на участках значительной площади. Шаг выбирается по материалу изделий и требуемой прочности шва. Для выполнения сплошных герметичных швов используются роликовые насадки к излучателю.

Пленки и листовые изделия сопрягаются внахлест, для стержневых элементов используется тавровый шов.

Блок: 13/17 | Кол-во символов: 565
Источник: https://svarka.guru/vidy/mehan/ultrazvukovaya.html

Параметры

Для получения долговечного и прочного шва предварительно следует соблюдать параметры функционирования аппарата. Точная настройка оборудования для изделий выполняется в лаборатории с проведением испытаний шва на разрушение.

Основные параметры следующие:

  1. Амплитуда колебаний, определяющая срок процесса и мощность энергетического потока.
  2. Давление сжатия, от которого зависит прочность рубца.
  3. Частота генератора.
  4. Статическое давление.
  5. Скважность и длительность импульсов.

Блок: 11/17 | Кол-во символов: 479
Источник: https://svarka.guru/vidy/mehan/ultrazvukovaya.html

Ограничения

Главным ограничением применения УЗС является размер свариваемых элементов, составляющий 25-30 см. Это обусловлено небольшой мощностью генератора, а также рассеянностью и затуханием УЗ-колебаний в твердых телах.

Для прямого повышения амплитуды колебаний и выходной мощности оборудования потребуется неоправданное увеличение габаритов и подводимой мощности, что сделает применение метода экономически неэффективным.

Помимо этого, свариваемые заготовки должны обладать минимальной влажность – как поверхностной, так и объемной.

Блок: 15/17 | Кол-во символов: 537
Источник: https://svarka.guru/vidy/mehan/ultrazvukovaya.html

Кол-во блоков: 31 | Общее кол-во символов: 25639
Количество использованных доноров: 7
Информация по каждому донору:

  1. https://taina-svarki.ru/sposoby-svarki/svarka-davleniem/ultrazvukovaya-svarka-metallov-shema-i-tehnologiya.php: использовано 1 блоков из 9, кол-во символов 639 (2%)
  2. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D0%BB%D1%8C%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%B2%D1%83%D0%BA%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%8F_%D1%81%D0%B2%D0%B0%D1%80%D0%BA%D0%B0: использовано 2 блоков из 8, кол-во символов 1477 (6%)
  3. https://tutsvarka.ru/vidy/ultrazvukovaya-svarka: использовано 2 блоков из 5, кол-во символов 4888 (19%)
  4. https://svarka.guru/vidy/mehan/ultrazvukovaya.html: использовано 8 блоков из 17, кол-во символов 5736 (22%)
  5. https://WikiMetall.ru/metalloobrabotka/svarka-ultrazvukovaya.html: использовано 3 блоков из 5, кол-во символов 5867 (23%)
  6. https://electrod.biz/vidy/ultrazvukovaya-svarka-osobennosti.html: использовано 2 блоков из 9, кол-во символов 1221 (5%)
  7. https://xn--80aae1btfegj.xn--p1ai/infotsentr/spravochnik/19-tekhnologiya-ultrazvukovoj-svarki: использовано 4 блоков из 7, кол-во символов 5811 (23%)



Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью:

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Добавить комментарий