Ultraheliplastide, plastide, metallide, polümeermaterjalide, alumiiniumprofiilide keevitamine. Ultraheli keevitamine: tehnoloogia, kahjulikud tegurid

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2023-12-17 10:25

Metallide ultrahelikeevitus on protsess, mille käigus saadakse püsiv ühendus tahkes faasis. Juveniilsete alade (milles tekivad sidemed) moodustumine ja nendevaheline kokkupuude toimub spetsiaalse tööriista mõjul. See tagab väikese amplituudiga suhteliste märkide vahelduvate tangentsiaalsete nihete ja survetava normaaljõu ühistegevuse toorikutele. Vaatame lähem alt, mis on ultrahelikeevitustehnoloogia.

Ühendusmehhanism

Madala amplituudiga nihked toimuvad osade vahel ultraheli sagedusega. Nende tõttu on osade pinnal olevad mikrokaredused plastilised deformatsioonid. Samal ajal eemaldatakse ühendustsoonist saasteained. Ultraheli mehaanilised vibratsioonid kanduvad keevituskohta tooriku välisküljel olevast tööriistast. Kogu protsess on korraldatud nii, et oleks välistatud kinnituse ja toe libiseminedetailipinnad. Vibratsiooni läbimisel töödeldavast detailist energia hajub. Selle tagab välishõõrdumine pindade vahel keevitamise algstaadiumis ja sisemine hõõrdumine materjalis, mis asub toe ja tööriista vahel pärast seadistusala moodustamist. See tõstab liigese temperatuuri, muutes selle deformeerumise lihtsamaks.

Materiaalse spetsiifiline käitumine

Osade vahelised tangentsiaalsed nihked ja pinged, mida need tekitavad ja koos koos keevitusjõust tingitud kokkusurumisega toimivad, võimaldavad väikestes kogustes pinnalähedastes kihtides lokaliseerida tugeva plastilise deformatsiooni. Kogu protsessiga kaasneb oksiidkilede ja muude saasteainete lihvimine ja mehaaniline evakueerimine. Ultraheli keevitamine vähendab voolavuspiiri, hõlbustades seeläbi plastilist deformatsiooni.

Protsessi funktsioonid

Ultraheli keevitamine aitab kaasa ühendamiseks vajalike tingimuste loomisele. Selle tagavad anduri mehaanilised vibratsioonid. Vibratsioonienergia tekitab keerukaid nihke-, surve- ja deformatsioonipingeid. Plastiline deformatsioon tekib materjalide elastsuse piiride ületamisel. Tugeva ühenduse saavutamise tagab otsekontakti ala suurendamine pärast pinnaoksiidide, orgaaniliste ja adsorbeeritud kilede eemaldamist.

KM-i kasutamine

Ultraheli kasutatakse laialdaselt teaduses. Selle abiga uurivad teadlased mitmeid füüsikalisi omadusiained ja nähtused. Tööstuses kasutatakse ultraheli rasvaärastus- ja puhastusvahendite puhul, töödeldes raskesti töödeldavate materjalidega. Lisaks mõjutavad kõikumised soods alt kristalliseerivaid sulameid. Ultraheli tagab neile degaseerimise ja tera viimistlemise, parandades valatud materjalide mehaanilisi omadusi. Vibratsioon aitab kaasa jääkpingete eemaldamisele. Neid kasutatakse laialdaselt ka aeglaste keemiliste reaktsioonide kiiruse suurendamiseks. Ultraheli keevitamist saab kasutada erinevatel eesmärkidel. Vibratsioonist võib saada energiaallikas õmblus- ja punktliidete tekkeks. Kui keevisvann puutub kristalliseerumise ajal kokku ultraheliga, paranevad liite mehaanilised omadused tänu keevisõmbluse struktuuri täiustamisele ja gaaside intensiivsele eemaldamisele. Tänu sellele, et vibratsioon eemaldab aktiivselt mustuse, tehis- ja looduslikud kiled, on võimalik osi ühendada oksüdeeritud, lakitud vms pinnaga. Ultraheli aitab kaasa keevitamise ajal tekkivate enesepingete vähendamisele või kõrvaldamisele. Vibratsiooni tõttu on võimalik stabiliseerida ühendi struktuuri komponente. See omakorda võimaldab vältida konstruktsioonide hilisemat spontaanset deformatsiooni. Ultraheli keevitus on viimasel ajal üha laiem alt levinud. Selle põhjuseks on selle ühendusmeetodi vaieldamatud eelised võrreldes külma- ja kontaktmeetoditega. Eriti sageli kasutatakse ultraheli vibratsiooni mikroelektroonikas.

Lubatõotav suundpeetakse polümeersete materjalide ultraheli keevitamist. Mõnda neist ei saa muul viisil ühendada. Tööstusettevõtetes teostatakse praegu õhukeseseinaliste alumiiniumprofiilide, fooliumi, traadi ultrahelikeevitamist. See meetod on eriti efektiivne erinevast toorainest toodete ühendamisel. Alumiiniumi ultrahelikeevitust kasutatakse kodumasinate valmistamisel. See meetod on efektiivne lehtmaterjalide (nikkel, vask, sulamid) ühendamisel. Plastide ultrahelikeevitus on leidnud rakendust optika ja peenmehaanika seadmete tootmisel. Praeguseks on loodud ja tootmisse võetud masinad erinevate mikroskeemide elementide ühendamiseks. Seadmed on varustatud automaatsete seadmetega, tänu millele suureneb oluliselt tootlikkus.

USA võimsus

Plasti ultrahelikeevitus tagab püsiva ühenduse tänu kõrgsageduslike mehaaniliste vibratsioonide ja suhteliselt väikese survejõu koosmõjule. Sellel meetodil on palju ühist külmmeetodiga. Meediumi kaudu edastatav ultraheli võimsus sõltub viimase füüsikalistest omadustest. Kui survetsoonide tugevuspiirid ületatakse, vajub tahke materjal kokku. Sarnastes olukordades tekib vedelikes kavitatsioon, millega kaasneb väikeste mullide ilmumine ja nende järgnev kokkuvarisemine. Koos viimase protsessiga tekivad kohalikud surved. Seda nähtust kasutatakse toodete puhastamisel ja töötlemisel.

Seadme sõlmed

Plasti ultrahelikeevitamiseks kasutataksespetsiaalsed masinad. Need sisaldavad järgmisi sõlmi:

1. Toiteallikas.
2. Vibratsiooniline mehaaniline süsteem.
3. Juhtseadmed.
4. Surveajam.

Võnkusüsteemi kasutatakse elektrienergia muundamiseks mehaaniliseks energiaks selle edasiseks edastamiseks ühendussektsiooni, kontsentreerides ja saades emitteri kiiruse vajaliku väärtuse. See sõlm sisaldab:

1. Mähistega elektromehaaniline muundur. See on suletud metallkorpusesse ja jahutatakse veega.
2. Elastne võnketrafo.
3. Keevitusots.
4. Tugi survemehhanismiga.

Süsteem on fikseeritud diafragma abil. Ultrahelikiirgus tekib ainult keevitamise hetkel. Protsess toimub vibratsiooni, pinna suhtes täisnurga all oleva rõhu ja termilise efekti mõjul.

Meetodi võimalused

Ultraheli keevitamine on kõige tõhusam plastikust tooraine puhul. Vasest, niklist, kullast, hõbedast jne valmistatud tooteid saab kombineerida nii omavahel kui ka teiste väheplastiliste toodetega. Kõvaduse kasvades halveneb ultraheliga keevitatavus. Volframist, nioobiumist, tsirkooniumist, tantaalist, molübdeenist valmistatud tulekindlad tooted ühendatakse tõhus alt ultraheli abil. Polümeeride ultraheli keevitamist peetakse suhteliselt uueks meetodiks. Selliseid tooteid saab ühendada ka nii üksteisega kui ka muude tahkete osadega. Mis puutub metalli, siis sellega saab kombineeridaklaas, pooljuhid, keraamika. Samuti saate toorikud siduda läbi vahekihi. Näiteks terastooted keevitatakse omavahel läbi alumiiniumplasti. Lühiajalise kõrgendatud temperatuuri all viibimise tõttu saadakse erinevate toodete kvaliteetne ühendus. Tooraine omadused võivad muutuda väiksemateks. Võõrlisandite puudumine on üks ultrahelikeevituse eeliseid. Puuduvad ka inimestele kahjulikud tegurid. Ühendamisel luuakse soodsad hügieenitingimused. Toodete sidemed on keemiliselt homogeensed.

Ühenduse funktsioonid

Metalli keevitamine toimub reeglina kattuv alt. Samas lisanduvad erinevad kujunduselemendid. Keevitamine võib toimuda punktide (üks või mitu), pideva õmbluse või suletud ringina. Mõnel juhul tehakse traadi tooriku otsa eelmoodustamise käigus teeühendus tasapinnaga. Korraga on võimalik teostada mitme materjali ultrahelikeevitust (pakett).

Osa paksus

See on piiratud ülempiiriga. Metallist tooriku paksuse suurenemisega on vaja rakendada suurema amplituudiga võnkumisi. See kompenseerib energiakadu. Amplituudi kasv on omakorda võimalik teatud piirini. Piirangud on seotud väsimuspragude ja tööriista suurte mõlkide tekkimise tõenäosusega. Sellistel juhtudel tuleks hinnata, kuidasUltraheli keevitamine oleks asjakohane. Praktikas kasutatakse meetodit toodete paksustele 3…4 µm kuni 05…1 mm. Keevitamist saab kasutada ka detailide puhul, mille läbimõõt on 0,01 … 05 mm. Teise toote paksus võib olla oluliselt suurem kui esimese.

Võimalikud probleemid

Ultraheli keevitusmeetodi rakendamisel tuleb arvestada toodete olemasolevate ühenduste väsimuse purunemise tõenäosusega. Protsessi käigus võivad toorikud üksteise suhtes pöörata. Nagu eespool mainitud, jäävad tööriistast materjali pinnale mõlgid. Seadme enda kasutusiga on selle tööpinna erosiooni tõttu piiratud. Mõnes kohas keevitatakse toote materjal tööriista külge. See põhjustab seadme kulumist. Seadmete remondiga kaasnevad mitmed raskused. Need on seotud asjaoluga, et tööriist ise toimib mitteeraldatava üksiküksuse konstruktsiooni elemendina, mille konfiguratsioon ja mõõtmed on kavandatud täpselt töösageduse jaoks.

Toote ettevalmistamine ja režiimi parameetrid

Enne ultrahelikeevitamist ei ole vaja detailide pinnaga mingeid keerulisi meetmeid läbi viia. Soovi korral saate ühenduse kvaliteedi stabiilsust suurendada. Selleks on soovitatav toodet ainult lahustiga rasvatustada. Plastiliste metallide ühendamiseks peetakse optimaalseks tsüklit, mille impulsi viivitus on ultraheli alguse suhtes. Toote suhteliselt kõrge karedusega on soovitatav enne ultraheli sisselülitamist oodata kerget kuumutamist.

Keevitusmustrid

Neid on mitu. Ultraheli keevitamise tehnoloogilised skeemid erinevad tööriista võnkumiste olemuse poolest. Need võivad olla väände-, painutus-, pikisuunalised. Samuti eristatakse skeeme sõltuv alt seadme ruumilisest asendist keevitatud detaili pinna suhtes, samuti survejõudude toodetele ülekandmise meetodist ja tugielemendi konstruktsiooniomadustest. Kontuur-, õmblus- ja punktühenduste jaoks kasutatakse painde- ja pikisuunalise vibratsiooniga variante. Ultrahelitoimet saab kombineerida osade lokaalse impulsssoojendusega eraldi soojusallikast. Sel juhul on võimalik saavutada mitmeid eeliseid. Esiteks saate vähendada võnkumiste amplituudi, samuti nende edastamise tugevust ja aega. Protsessi lisaparameetritena toimivad soojusimpulsi energiaomadused ja selle superpositsiooni periood ultraheliga.

Soojusefekt

Ultraheli keevitusega kaasneb liitekoha temperatuuri tõus. Soojuse väljanägemise põhjuseks on hõõrdumise tekkimine kokkupuutuvate toodete pindadel, samuti plastilised deformatsioonid. Tegelikult kaasnevad need keevisühenduse moodustamisega. Temperatuur kontaktpiirkonnas sõltub tugevusparameetritest. Peamine on materjali kõvadusaste. Lisaks on märkimisväärse tähtsusega selle termofüüsikalised omadused: soojusjuhtivus ja soojusmahtuvus. Valitud keevitusrežiim mõjutab ka temperatuuri taset. Nagu praktika näitab, ei toimi tekkiv soojusefekt määrava tingimusena. sedaon tingitud asjaolust, et toodete liitekohtade maksimaalne tugevus saavutatakse enne, kui temperatuur tõuseb piirtasemeni. Ultraheli vibratsiooni edastamise kestust on võimalik vähendada detailide eelsoojendusega. See suurendab ka ühenduse tugevust.

Järeldus

Ultraheli keevitamine on praegu mõnes tööstusharus asendamatu osade ühendamise meetod. See meetod on eriti levinud mikroelektroonikas. Ultraheli abil saate ühendada mitmesuguseid plast- ja kõvasid materjale. Tänapäeval tehakse aktiivselt teadustööd keevitusvahendite ja -tehnoloogiate täiustamiseks.