Приветствую вас, дорогие друзья!
Сегодня мы поговорим о технологии ультразвуковой сварки, которая открывает новые горизонты в соединении полимерных материалов. Этот метод нашел широкое применение благодаря своей универсальности и эффективности. Давайте разберемся, в данной технологии.
Что такое ультразвуковая сварка?
Ультразвуковая сварка — это процесс соединения материалов путем воздействия ультразвуковых волн. Под воздействием высокочастотных колебаний молекулы материала начинают вибрировать, создавая трение и нагреваясь до температуры плавления. Это позволяет создавать прочные и надежные соединения без использования дополнительного оборудования или расходных материалов.
Оборудование для ультразвуковой сварки
Для осуществления процесса ультразвуковой сварки используется специальное оборудование, которое включает в себя генератор ультразвукового сигнала, и ультразвуковую колебательную систему (УЗКС) которая в свою очередь может состоять из двух или трех частей, в зависимости от ее типа: преобразователь, усилитель, волновод. Современные установки позволяют регулировать частоту и амплитуду колебаний, обеспечивая оптимальное качество сварки для разных типов материалов.
Ультразвуковой генератор повышает ток питающей сети, который имеет частоту 50 Гц, до ультразвукового диапазона (более 20 кГц). Затем получившийся высокочастотный ток передает к колебательной системе. Важной задачей генератора является осуществлять постоянный контроль выходной частоты, чтобы поддерживать ультразвуковую колебательную систему в резонансе. Также генератор отвечает за настройку мощности и времени ультразвуковой сварки.
Высокочастотный ток из генератора поступает на преобразователь в колебательной системе, который превращает электрические колебания высокой частоты в собственные механические колебания, за счет эффекта магнитострикции. Амплитуда собственных колебаний преобразователя незначительна, и ее недостаточно для осуществления процесса ультразвуковой сварки. Поэтому механические колебания передаются на усилитель, который жестко присоединен к преобразователю. Усилитель, за счет разницы площадей сечений на его торцах, увеличивает амплитуду колебаний в несколько раз. Каждый усилитель имеет свой коэффициент усиления амплитуды. После чего колебания передаются на волновод, который так же жестко связан с усилителем. Задача волновода передать ультразвуковые колебания к свариваемым деталям и сформировать шов в процессе расплавления пластика. На данный момент существуют два типа ультразвуковых колебательных систем, которые отличаются видом преобразователей: пьезокерамические и магнитострикционные.
Цикл ультразвуковой сварки включает в себя:
1. Заготовки устанавливают друг относительно друга.
2. В ручном или автоматическом режиме к верхней заготовке подводят ультразвуковую колебательную систему.
3. Создают необходимое давление в контакте.
4. На волновод подают ультразвуковые колебания определённой частоты. В этот момент происходит локальный нагрев и расплавление свариваемых заготовок. По истечению времени сварки, подвод ультразвука прекращают, что позволяет расплавленному пластику начать охлаждаться.
5. Сваренные детали выдерживают определённое время, сохраняя силу прижима, что позволяет сформироваться сварному шву или точке.
6. После остывания колебательную систему отводят от сваренных заготовок.
Достоинства ультразвуковой сварки:
- Высокая скорость — процесс ультразвуковой сварки занимает всего несколько секунд, что сокращает время на выполнение сварочных операций.
- Низкие энергозатраты — нагрев происходит только в зоне соединения, а не по всей поверхности материала.
- Отсутствие необходимости в дополнительных материалах — для ультразвуковой сварки не требуются припои или флюсы.
- Прочность и надёжность соединений — соединения, выполненные методом ультразвуковой сварки, долговечны и устойчивы к механическим нагрузкам.
- Экологическая безопасность — ультразвуковая сварка не требует использования вредных веществ и не создаёт вредных выбросов.
- Широкий спектр применений — ультразвуковая сварка может применяться для соединения различных материалов, включая пластики, металлы и ткани.
- Возможность выполнять высокоточные соединения — это важно в таких областях, как электроника и медицинское оборудование, где требуются минимальные отклонения и высокое качество соединений.
Применение ультразвуковой сварки
Мы регулярно сталкиваемся с устройствами, полученными при помощи ультразвуковой сварки, однако не догадываемся об этом. Ультразвуковую сварку успешно применяют в различных отраслях промышленности.
- Автомобильная промышленность: Соединение пластиковых деталей автомобилей.
- Электроника: Создание надежных контактов в электронных компонентах.
- Медицинская техника: Изготовление медицинских инструментов и устройств.
- Упаковка продуктов питания: Герметизация упаковочных материалов.
- Бытовые приборы и детские игрушки.
На рисунке ниже приведена схема получения сварных соединений на дверной карте автомобиля. Для дверной карты автомобиля используют не стандартные нахлесточные соединения, а такие соединения которые показанные на рисунке ниже, что позволяет сразу базировать привариваемую деталь.
Визуально такая сварная точка выглядит следующим образом:
Внешний вид сварных соединений может изменяться в зависимости от формы применяемого волновода. Ниже представлены некоторые формы промышленно выпускаемых волноводов.
Подобрав определенную форму волновода, помимо сварки можно выполнять операции резки. Кстати, данный процесс иногда используют в хирургических операциях для резки костей.
Ниже представлен ручной прибор для ультразвуковой сварки:
В зависимости от производства процесс ультразвуковой сварки может быть автоматизирован или роботизирован.
Таким образом, ультразвуковая сварка представляет собой инновационный метод, открывающий широкие возможности для промышленного производства. Ее эффективность, экономичность и экологичность делают этот способ незаменимым инструментом при соединении многих полимерных материалов.
Спасибо за внимание, подписывайтесь на мой Дзен-канал, ставьте лайки и оставляйте комментарии. До новых встреч! 🔥✨