2024 Autore: Howard Calhoun | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-17 10:31
La saldatura ad ultrasuoni dei metalli è un processo durante il quale si ottiene un giunto permanente in fase solida. La formazione di aree giovanili (in cui si formano legami) e il contatto tra loro avvengono sotto l'influenza di uno strumento speciale. Fornisce un'azione congiunta di spostamenti tangenziali alternati di segno relativo di piccola ampiezza e forza normale di compressione sui pezzi grezzi. Diamo un'occhiata più da vicino a cos'è la tecnologia di saldatura a ultrasuoni.
Meccanismo di connessione
Si verificano spostamenti di bassa ampiezza tra le parti con frequenza ultrasonica. A causa di essi, le microrugosità sulla superficie delle parti sono soggette a deformazione plastica. Allo stesso tempo, i contaminanti vengono evacuati dalla zona di connessione. Le vibrazioni meccaniche ultrasoniche vengono trasmesse al sito di saldatura dall'utensile all'esterno del pezzo. L'intero processo è organizzato in modo tale da escludere lo slittamento dell'infisso e del supporto lungosuperfici di dettaglio. Durante il passaggio delle vibrazioni attraverso il pezzo, l'energia viene dissipata. Ciò è fornito dall'attrito esterno tra le superfici nella fase iniziale della saldatura e dall'attrito interno nel materiale situato tra il supporto e l'utensile dopo la formazione dell'area di presa. Ciò aumenta la temperatura nel giunto, facilitandone la deformazione.
Comportamento materiale specifico
Gli spostamenti tangenziali tra le parti e le sollecitazioni che provocano e agiscono insieme alla compressione della forza di saldatura forniscono la localizzazione di gravi deformazioni plastiche in piccoli volumi negli strati vicini alla superficie. L'intero processo è accompagnato dalla macinazione e dall'evacuazione meccanica di film di ossido e altri contaminanti. La saldatura a ultrasuoni riduce il limite di snervamento, facilitando così la deformazione plastica.
Caratteristiche del processo
La saldatura ad ultrasuoni contribuisce alla formazione delle condizioni necessarie per la connessione. Ciò è garantito dalle vibrazioni meccaniche del trasduttore. L'energia di vibrazione crea complesse sollecitazioni di taglio, compressione e deformazione. La deformazione plastica si verifica quando vengono superati i limiti elastici dei materiali. L'ottenimento di una forte connessione è assicurato aumentando l'area di contatto diretto dopo l'evacuazione di ossidi superficiali, film organici e adsorbiti.
Usare KM
Gli ultrasuoni sono ampiamente utilizzati in campo scientifico. Con il suo aiuto, gli scienziati studiano una serie di proprietà fisichesostanze e fenomeni. Nell'industria, gli ultrasuoni vengono utilizzati per sgrassare e pulire i prodotti, lavorando con materiali difficili da lavorare. Inoltre, le fluttuazioni influiscono favorevolmente sui fusi cristallizzati. Gli ultrasuoni forniscono loro il degasaggio e l'affinamento del grano, migliorando le proprietà meccaniche dei materiali fusi. Le vibrazioni contribuiscono alla rimozione delle sollecitazioni residue. Sono anche ampiamente utilizzati per aumentare la velocità delle reazioni chimiche lente. La saldatura ad ultrasuoni può essere utilizzata per vari scopi. Le vibrazioni possono diventare una fonte di energia per la formazione di giunture e giunzioni puntiformi. Quando il bagno di saldatura viene esposto agli ultrasuoni durante la cristallizzazione, le proprietà meccaniche del giunto vengono migliorate grazie al perfezionamento della struttura della saldatura e all'intensa rimozione dei gas. A causa del fatto che le vibrazioni rimuovono attivamente lo sporco, i film artificiali e naturali, è possibile collegare parti con una superficie ossidata, verniciata, ecc. Gli ultrasuoni contribuiscono alla riduzione o all'eliminazione delle auto-sollecitazioni che si manifestano durante la saldatura. A causa delle vibrazioni, è possibile stabilizzare i componenti della struttura della mescola. Ciò, a sua volta, consente di prevenire la possibilità di successive deformazioni spontanee delle strutture. La saldatura ad ultrasuoni è diventata di recente sempre più ampiamente utilizzata. Ciò è dovuto agli indubbi vantaggi di questo metodo di connessione rispetto ai metodi a freddo ea contatto. Soprattutto le vibrazioni ultrasoniche vengono utilizzate nella microelettronica.
Direzione promettenteconsiderata la saldatura ad ultrasuoni di materiali polimerici. Alcuni di loro non possono essere collegati con nessun altro metodo. Nelle imprese industriali viene attualmente eseguita la saldatura ad ultrasuoni di profili in alluminio a parete sottile, fogli, fili. Questo metodo è particolarmente efficace per unire prodotti da materie prime dissimili. La saldatura ad ultrasuoni dell'alluminio viene utilizzata nella produzione di elettrodomestici. Questo metodo è efficace quando si giuntano materie prime in fogli (nichel, rame, leghe). La saldatura ad ultrasuoni delle materie plastiche ha trovato applicazione nella produzione di dispositivi ottici e di meccanica fine. Allo stato attuale, sono state create e introdotte in produzione macchine per il collegamento di vari elementi di microcircuiti. I dispositivi sono dotati di dispositivi automatici, grazie ai quali la produttività è notevolmente aumentata.
Potenza USA
La saldatura ad ultrasuoni della plastica fornisce una connessione permanente grazie all'azione combinata di vibrazioni meccaniche ad alta frequenza e una forza di compressione relativamente piccola. Questo metodo ha molto in comune con il metodo a freddo. La potenza ultrasonica che può essere trasmessa attraverso il mezzo dipenderà dalle proprietà fisiche di quest'ultimo. Se i limiti di resistenza nelle zone di compressione vengono superati, il materiale solido collasserà. In situazioni simili, la cavitazione si verifica nei liquidi, accompagnata dalla comparsa di piccole bolle e dal loro successivo collasso. Insieme a quest'ultimo processo, sorgono pressioni locali. Questo fenomeno viene utilizzato nella pulizia e nella lavorazione dei prodotti.
Nodi dispositivo
La saldatura ad ultrasuoni della plastica viene eseguita utilizzandomacchine speciali. Contengono i seguenti nodi:
- Alimentazione.
- Sistema meccanico vibrazionale.
- Apparecchiature di controllo.
- Trasmissione a pressione.
Il sistema oscillatorio serve a convertire l'energia elettrica in energia meccanica per la sua successiva trasmissione alla sezione di connessione, concentrandola ed ottenendo il valore di velocità dell'emettitore richiesto. Questo nodo contiene:
- Trasduttore elettromeccanico con avvolgimenti. È racchiuso in una custodia di metallo e raffreddato ad acqua.
- Trasformatore di oscillazione elastico.
- Punta di saldatura.
- Supporto con meccanismo a pressione.
Il sistema è fissato mediante un diaframma. La radiazione ultrasonica si verifica solo al momento della saldatura. Il processo avviene sotto l'influenza delle vibrazioni, della pressione applicata ad angolo retto rispetto alla superficie e dell'effetto termico.
Capacità del metodo
La saldatura a ultrasuoni è più efficace per le materie prime plastiche. I prodotti in rame, nichel, oro, argento, ecc. possono essere combinati tra loro e con altri prodotti a basso contenuto di plastica. All'aumentare della durezza, la saldabilità ad ultrasuoni si deteriora. I prodotti refrattari a base di tungsteno, niobio, zirconio, tantalio, molibdeno sono efficacemente collegati con l'aiuto degli ultrasuoni. La saldatura ad ultrasuoni dei polimeri è considerata un metodo relativamente nuovo. Tali prodotti possono anche essere collegati sia tra loro che ad altre parti solide. Per quanto riguarda il metallo, può essere combinato convetro, semiconduttori, ceramica. Puoi anche legare spazi vuoti attraverso un intercalare. Ad esempio, i prodotti in acciaio sono saldati tra loro tramite plastica di alluminio. A causa della breve permanenza a temperature elevate, si ottiene una connessione di alta qualità di prodotti dissimili. Le proprietà delle materie prime sono soggette a lievi modifiche. L'assenza di impurità estranee è uno dei vantaggi della saldatura ad ultrasuoni. Anche i fattori dannosi per l'uomo sono assenti. Quando sono collegati, si creano condizioni igieniche favorevoli. I legami dei prodotti sono chimicamente omogenei.
Caratteristiche di connessione
La saldatura dei metalli viene eseguita, di norma, in modo sovrapposto. Allo stesso tempo, vengono aggiunti vari elementi di design. La saldatura può essere eseguita per punti (uno o più), a cucitura continua oa cerchio chiuso. In alcuni casi, durante la formazione preliminare dell'estremità del filo grezzo, viene effettuata una connessione a T con l'aereo. È possibile eseguire la saldatura ad ultrasuoni di più materiali contemporaneamente (pacchetto).
Spessore parte
È limitato dal limite superiore. Con un aumento dello spessore del pezzo metallico, è necessario applicare oscillazioni con un'ampiezza maggiore. Ciò compenserà la perdita di energia. Un aumento dell'ampiezza, a sua volta, è possibile fino a un certo limite. Le limitazioni sono associate alla probabilità di incrinature da fatica, grandi ammaccature dallo strumento. In questi casi, si dovrebbe valutare comela saldatura ad ultrasuoni sarebbe appropriata. In pratica il metodo viene utilizzato per spessori di prodotto da 3…4 µm a 05…1 mm. La saldatura può essere utilizzata anche per parti con un diametro di 0,01 … 05 mm. Lo spessore del secondo prodotto può essere significativamente maggiore del primo.
Possibili problemi
Quando si applica il metodo di saldatura ad ultrasuoni, è necessario tenere conto della probabilità di rottura per fatica dei giunti esistenti nei prodotti. Durante il processo, i pezzi possono girare l'uno rispetto all' altro. Come accennato in precedenza, le ammaccature rimangono sulla superficie del materiale dall'utensile. Il dispositivo stesso ha una vita utile limitata, a causa dell'erosione del suo piano di lavoro. In alcuni punti, il materiale del prodotto viene saldato all'utensile. Questo porta all'usura del dispositivo. La riparazione dell'attrezzatura è accompagnata da una serie di difficoltà. Sono legati al fatto che lo strumento stesso funge da elemento di un design non separabile di un'unità singola, la cui configurazione e le cui dimensioni sono progettate esattamente per la frequenza operativa.
Preparazione del prodotto e parametri della modalità
Prima di eseguire la saldatura ad ultrasuoni, non è necessario eseguire misure complesse con la superficie dei pezzi. Se lo si desidera, è possibile aumentare la stabilità della qualità della connessione. Per fare ciò, si consiglia di sgrassare il prodotto solo con un solvente. Per unire metalli duttili, è considerato ottimale un ciclo con un ritardo dell'impulso relativo all'inizio degli ultrasuoni. Con una durezza del prodotto relativamente elevata, si consiglia di attendere un leggero riscaldamento prima di accendere gli ultrasuoni.
Schemi di saldatura
Ci sono molti di loro. Gli schemi tecnologici della saldatura ad ultrasuoni differiscono per la natura delle oscillazioni dell'utensile. Possono essere torsionali, flettenti, longitudinali. Inoltre, gli schemi si distinguono in base alla posizione spaziale del dispositivo rispetto alla superficie della parte saldata, nonché al metodo di trasferimento delle forze di compressione ai prodotti e alle caratteristiche progettuali dell'elemento di supporto. Per le connessioni di contorno, giunture e punti vengono utilizzate varianti con flessione e vibrazioni longitudinali. L'azione ultrasonica può essere combinata con il riscaldamento pulsato locale di parti da una fonte di calore separata. In questo caso, è possibile ottenere una serie di vantaggi. Innanzitutto, puoi ridurre l'ampiezza delle oscillazioni, nonché la forza e il tempo della loro trasmissione. Le proprietà energetiche dell'impulso termico e il periodo della sua sovrapposizione sugli ultrasuoni agiscono come parametri aggiuntivi del processo.
Effetto termico
La saldatura a ultrasuoni è accompagnata da un aumento della temperatura al giunto. L'aspetto del calore è causato dalla comparsa di attrito sulle superfici dei prodotti a contatto, nonché dalle deformazioni plastiche. Essi, infatti, accompagnano la formazione di un giunto saldato. La temperatura nell'area di contatto dipenderà dai parametri di forza. Il principale è il grado di durezza del materiale. Inoltre, le sue proprietà termofisiche sono di notevole importanza: conducibilità termica e capacità termica. La modalità di saldatura selezionata influisce anche sul livello di temperatura. Come dimostra la pratica, l'effetto termico emergente non agisce come condizione determinante. essoè dovuto al fatto che la massima resistenza dei giunti nei prodotti viene raggiunta prima che la temperatura salga al livello limite. È possibile ridurre la durata della trasmissione delle vibrazioni ultrasoniche preriscaldando le parti. Ciò aumenterà anche la forza della connessione.
Conclusione
La saldatura a ultrasuoni è attualmente un metodo indispensabile per unire le parti in alcuni settori. Questo metodo è particolarmente diffuso nella microelettronica. Gli ultrasuoni consentono di collegare una varietà di materiali plastici e duri. Oggi, il lavoro scientifico viene svolto attivamente per migliorare gli strumenti e le tecnologie di saldatura.
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