Ultragarsinis plastikų, plastikų, metalų, polimerinių medžiagų, aliuminio profilių suvirinimas. Ultragarsinis suvirinimas: technologija, žalingi veiksniai

2024 Autorius: Howard Calhoun | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2023-12-17 10:34

Metalų suvirinimas ultragarsu – tai procesas, kurio metu gaunama nuolatinė jungtis kietojoje fazėje. Jaunatvinių zonų (kuriose formuojasi ryšiai) formavimasis ir kontaktas tarp jų atsiranda veikiant specialiam įrankiui. Jis užtikrina bendrą mažos amplitudės ir gniuždymo normaliosios jėgos santykinių ženklų kintamų tangentinių poslinkių veikimą ant ruošinių. Pažvelkime atidžiau, kas yra ultragarsinio suvirinimo technologija.

Prijungimo mechanizmas

Mažos amplitudės poslinkiai tarp dalių atsiranda ultragarso dažniu. Dėl jų plastiškai deformuojasi detalių paviršiaus mikronelygumai. Tuo pačiu metu iš jungties zonos pašalinami teršalai. Ultragarsinės mechaninės vibracijos į suvirinimo vietą perduodamos iš įrankio, esančio ruošinio išorėje. Visas procesas organizuojamas taip, kad būtų išvengta tvirtinimo elementų ir atramos paslydimodetalių paviršių. Virpesiams pereinant per ruošinį, energija išsisklaido. Tai užtikrina išorinė trintis tarp paviršių pradiniame suvirinimo etape ir vidinė trintis medžiagoje, esančioje tarp atramos ir įrankio, suformavus nustatymo sritį. Dėl to pakyla jungties temperatūra, todėl ji lengviau deformuojasi.

Ypatingas medžiagos elgesys

Tangentiniai poslinkiai tarp dalių ir įtempiai, kuriuos jie sukelia ir veikia kartu su suvirinimo jėgos suspaudimu, leidžia lokalizuoti stiprią plastinę deformaciją nedideliais kiekiais artimuose paviršiniuose sluoksniuose. Visą procesą lydi šlifavimas ir mechaninis oksido plėvelių bei kitų teršalų pašalinimas. Ultragarsinis suvirinimas sumažina takumo ribą ir taip palengvina plastinę deformaciją.

Proceso funkcijos

Ultragarsinis suvirinimas prisideda prie būtinų jungties sąlygų susidarymo. Tai užtikrina mechaninės keitiklio vibracijos. Vibracijos energija sukuria sudėtingus šlyties, gniuždymo ir deformacijų įtempius. Plastinė deformacija atsiranda, kai viršijamos medžiagų tamprumo ribos. Stiprus ryšys užtikrinamas padidinus tiesioginio kontakto plotą po paviršiaus oksidų, organinių ir adsorbuotų plėvelių pašalinimo.

KM naudojimas

Ultragarsas plačiai naudojamas mokslo srityje. Su jo pagalba mokslininkai tiria daugybę fizinių savybiųmedžiagos ir reiškiniai. Pramonėje ultragarsas naudojamas nuriebalinimo ir valymo priemonėms, dirbant su sunkiai apdirbamomis medžiagomis. Be to, svyravimai palankiai veikia kristalizuojančius lydalus. Ultragarsas suteikia jiems degazavimą ir grūdų rafinavimą, pagerina lietų medžiagų mechanines savybes. Vibracijos padeda pašalinti liekamuosius įtempius. Jie taip pat plačiai naudojami siekiant padidinti lėtų cheminių reakcijų greitį. Ultragarsinis suvirinimas gali būti naudojamas įvairiems tikslams. Vibracijos gali tapti energijos š altiniu formuojant siūles ir taškines jungtis. Kai kristalizacijos metu suvirinimo baseinas yra veikiamas ultragarsu, dėl suvirinimo siūlės struktūros tobulinimo ir intensyvaus dujų pašalinimo pagerėja jungties mechaninės savybės. Dėl to, kad vibracija aktyviai pašalina nešvarumus, dirbtines ir natūralias plėveles, galima sujungti dalis su oksiduotu, lakuotu ir pan. Ultragarsas padeda sumažinti arba pašalinti savaiminį stresą, atsirandantį suvirinimo metu. Dėl vibracijų galima stabilizuoti junginio struktūros komponentus. Tai savo ruožtu leidžia išvengti spontaniškos konstrukcijų deformacijos vėliau. Ultragarsinis suvirinimas pastaruoju metu vis plačiau naudojamas. Taip yra dėl neabejotinų šio prijungimo būdo pranašumų, palyginti su š altuoju ir kontaktiniu būdu. Ypač dažnai ultragarsiniai virpesiai naudojami mikroelektronikoje.

Perspektyvi kryptislaikomas polimerinių medžiagų suvirinimas ultragarsu. Kai kurių iš jų negalima sujungti jokiu kitu būdu. Pramonės įmonėse šiuo metu atliekamas plonasienių aliuminio profilių, folijos, vielos suvirinimas ultragarsu. Šis metodas ypač efektyvus sujungiant gaminius iš skirtingų žaliavų. Aliuminio ultragarsinis suvirinimas naudojamas buitinės technikos gamyboje. Šis būdas efektyvus sujungiant lakštines žaliavas (nikelį, varį, lydinius). Ultragarsinis plastikų suvirinimas buvo pritaikytas optikos ir smulkiosios mechanikos prietaisų gamyboje. Šiuo metu yra sukurtos ir pradėtos gaminti mašinos, skirtos įvairiems mikroschemų elementams sujungti. Įrenginiai aprūpinti automatiniais įrenginiais, dėl kurių žymiai padidėja našumas.

JAV galia

Ultragarsinis plastiko suvirinimas užtikrina nuolatinį ryšį dėl bendro aukšto dažnio mechaninių virpesių ir santykinai mažos gniuždymo jėgos. Šis metodas turi daug bendro su š altuoju metodu. Ultragarso galia, kurią bus galima perduoti per terpę, priklausys nuo pastarosios fizinių savybių. Jei suspaudimo zonose bus viršytos stiprumo ribos, kieta medžiaga subyrės. Panašiose situacijose skysčiuose atsiranda kavitacija, kartu su mažų burbuliukų atsiradimu ir vėlesniu jų žlugimu. Kartu su pastaruoju procesu atsiranda vietinis spaudimas. Šis reiškinys naudojamas gaminių valymui ir apdorojimui.

Įrenginio mazgai

Ultragarsinis plastiko suvirinimas atliekamas naudojantspecialios mašinos. Juose yra šie mazgai:

1. Maitinimo š altinis.
2. Vibracinė mechaninė sistema.
3. Valdymo įranga.
4. Slėgio pavara.

Virpesių sistema naudojama elektros energijai paversti mechanine energija, kuri vėliau perduodama į jungties sekciją, ją sukoncentruojant ir gaunant reikiamą emiterio greičio vertę. Šiame mazge yra:

1. Elektromechaninis keitiklis su apvijomis. Jis įdėtas į metalinį dėklą ir aušinamas vandeniu.
2. Elastingas virpesių transformatorius.
3. Suvirinimo antgalis.
4. Atrama su slėgio mechanizmu.

Sistema fiksuojama naudojant diafragmą. Ultragarsinė spinduliuotė atsiranda tik suvirinimo momentu. Procesas vyksta veikiant vibracijai, stačiu kampu į paviršių slėgiu ir šiluminiu efektu.

Metodo galimybės

Ultragarsinis suvirinimas veiksmingiausias plastiko žaliavoms. Gaminius iš vario, nikelio, aukso, sidabro ir kt. galima derinti tarpusavyje ir su kitais mažai plastikiniais gaminiais. Didėjant kietumui, ultragarsinis suvirinamumas blogėja. Ugniai atsparūs gaminiai iš volframo, niobio, cirkonio, tantalo, molibdeno efektyviai sujungiami ultragarso pagalba. Ultragarsinis polimerų suvirinimas laikomas palyginti nauju metodu. Tokius gaminius taip pat galima sujungti tiek tarpusavyje, tiek su kitomis kietomis dalimis. Kalbant apie metalą, jis gali būti derinamas sustiklas, puslaidininkiai, keramika. Taip pat galite susieti ruošinius per tarpsluoksnį. Pavyzdžiui, plieno gaminiai vienas prie kito suvirinami per aliuminio plastiką. Dėl trumpo buvimo aukštoje temperatūroje gaunamas kokybiškas skirtingų gaminių sujungimas. Žaliavų savybės gali šiek tiek keistis. Pašalinių priemaišų nebuvimas yra vienas iš privalumų, kurį turi ultragarsinis suvirinimas. Žmonėms kenksmingų veiksnių taip pat nėra. Prisijungus susidaro palankios higienos sąlygos. Produktų jungtys yra chemiškai vienalytės.

Ryšio funkcijos

Metalų suvirinimas, kaip taisyklė, atliekamas sutapimo būdu. Tuo pačiu metu pridedami įvairūs dizaino elementai. Suvirinimas gali būti atliekamas taškais (vienu ar daugiau), ištisine siūle arba uždaru ratu. Kai kuriais atvejais preliminariai formuojant vielos ruošinio galą, su plokštuma atliekamas trišakis. Galima vienu metu atlikti kelių medžiagų suvirinimą ultragarsu (paketas).

Detalės storis

Ją riboja viršutinė riba. Didėjant metalinio ruošinio storiui, reikia taikyti didesnės amplitudės virpesius. Tai kompensuos energijos praradimą. Savo ruožtu amplitudės padidėjimas galimas iki tam tikros ribos. Apribojimai yra susiję su nuovargio įtrūkimų, didelių įlenkimų nuo įrankio tikimybe. Tokiais atvejais reikėtų įvertinti, kaipultragarsinis suvirinimas būtų tinkamas. Praktiškai metodas taikomas gaminiams, kurių storis nuo 3…4 µm iki 05…1 mm. Suvirinimas taip pat gali būti naudojamas detalėms, kurių skersmuo 0,01 … 05 mm. Antrojo gaminio storis gali būti žymiai didesnis nei pirmojo.

Galimos problemos

Taikant ultragarsinio suvirinimo metodą, būtina atsižvelgti į esamų gaminių jungčių nuovargio gedimo tikimybę. Proceso metu ruošiniai gali pasisukti vienas kito atžvilgiu. Kaip minėta aukščiau, įlenkimai lieka ant medžiagos paviršiaus nuo įrankio. Pats prietaisas turi ribotą tarnavimo laiką dėl jo darbo plokštumos erozijos. Kai kuriose vietose gaminio medžiaga privirinama prie įrankio. Tai veda prie įrenginio nusidėvėjimo. Įrangos remontas yra susijęs su daugybe sunkumų. Jie susiję su tuo, kad pats įrankis veikia kaip neatskiriamo vieneto konstrukcijos elementas, kurio konfigūracija ir matmenys suprojektuoti tiksliai pagal veikimo dažnį.

Gaminio paruošimas ir režimo parametrai

Prieš atliekant ultragarsinį suvirinimą, nereikia atlikti jokių sudėtingų priemonių su dalių paviršiumi. Jei pageidaujate, galite padidinti ryšio kokybės stabilumą. Norėdami tai padaryti, patartina produktą nuriebalinti tik tirpikliu. Sujungiant kaliuosius metalus, optimalus laikomas ciklas su impulso uždelsimu, palyginti su ultragarso pradžia. Esant gana dideliam gaminio kietumui, prieš įjungiant ultragarsą patartina palaukti, kol šiek tiek pašildys.

Suvirinimo modeliai

Jų yra keletas. Ultragarsinio suvirinimo technologinės schemos skiriasi įrankio svyravimų pobūdžiu. Jie gali būti sukami, lenkiami, išilginiai. Taip pat išskiriamos schemos, atsižvelgiant į įrenginio erdvinę padėtį suvirintos dalies paviršiaus atžvilgiu, taip pat nuo gniuždymo jėgų perdavimo gaminiams būdo ir atraminio elemento konstrukcijos ypatybių. Kontūrinėms, siūlėms ir taškinėms jungtims naudojami variantai su lenkimu ir išilgine vibracija. Ultragarsinis veiksmas gali būti derinamas su vietiniu impulsiniu dalių šildymu iš atskiro šilumos š altinio. Tokiu atveju galima pasiekti nemažai privalumų. Visų pirma, galite sumažinti svyravimų amplitudę, taip pat jų perdavimo stiprumą ir laiką. Šiluminio impulso energetinės savybės ir jo superpozicijos ultragarsu laikotarpis veikia kaip papildomi proceso parametrai.

Šiluminis efektas

Suvirinant ultragarsu, jungties vietoje pakyla temperatūra. Šilumos atsiradimą lemia trinties atsiradimas ant besiliečiančių gaminių paviršių, taip pat plastinių deformacijų. Tiesą sakant, jie lydi suvirintos jungties formavimąsi. Temperatūra kontaktinėje srityje priklausys nuo stiprumo parametrų. Pagrindinis yra medžiagos kietumo laipsnis. Be to, didelę reikšmę turi jo termofizinės savybės: šilumos laidumas ir šiluminė talpa. Pasirinktas suvirinimo režimas taip pat turi įtakos temperatūros lygiui. Kaip rodo praktika, atsirandantis šiluminis efektas nėra lemiama sąlyga. taiyra dėl to, kad maksimalus gaminių jungčių stiprumas pasiekiamas temperatūrai nepakylant iki ribinio lygio. Sutrumpinti ultragarso virpesių perdavimo trukmę galima iš anksto pakaitinus dalis. Tai taip pat padidins ryšio stiprumą.

Išvada

Ultragarsinis suvirinimas šiuo metu yra nepakeičiamas dalių sujungimo būdas kai kuriose pramonės šakose. Šis metodas ypač plačiai paplitęs mikroelektronikoje. Ultragarsas leidžia sujungti įvairias plastikines ir kietas medžiagas. Šiandien aktyviai vykdomas mokslinis darbas tobulinant suvirinimo priemones ir technologijas.