Сварка ультразвуковая – специфика и разновидности

Ультразвуковая сварка была разработана в XX веке. Она предназначена для создания неразъемных соединений различных материалов.

Принцип действия ультразвуковой сварки и классификация

С физической точки зрения, ультразвуковая сварка проходит в три стадии:

• нагрев изделий, активизация диффузии в зоне соприкосновения;
• образование молекулярных связей между вязкотекучими поверхностными слоями
• затвердевание (кристаллизация) и образование прочного шва.

Существует несколько классификаций ультразвуковой сварки ультразвуковой сварки.

По степени автоматизации различают:

• Ручная. Оператор контролирует параметры установки и ведет сварочный пистолет по линии шва.
• Механизированная. Параметры задаются оператором и поддерживаются установкой, детали подаются под излучатель.
• Автоматизированная. Применяется на массовом производстве. Участие человека исключается.

Схемы колебательных систем для сварки ультразвуком

По методу подведения энергии к рабочей зоне выделяют:

• односторонняя;
• двусторонняя.

По методу движения волновода классифицируют:

• Импульсная. Работа короткими импульсами за одно перемещение волновода.
• Непрерывная. Постоянное воздействие излучателя, волновод двигается с постоянной скоростью относительно материала.

По споосбу определения количества энергии, затрачиваемой на соединение, существуют:

• по времени воздействия;
• по величине осадки;
• по величине зазора;
• по кинетической сотавляющей.

В последнем случае количество энергии определяется предельной амплитудой смещания опоры.

По способу подачи энергии в рабочую зону различают следующие режимы ультразвуковой сварки:

• Контактная. Энергия распределяется равномерно по всему сечению детали. Позволяет сваривать детали до 1,5 толщиной. Применяется для сваривания внахлест мягких пластиков и пленок.
• Передаточная. В случае высоких значений модуля упругости колебания возбуждаются в нескольких точках. Волна распространяется внутри изделия и высвобождает свою энергию в зоне соединения. Используется для тавровых швов и соединений встык жестких пластиков.

Способ подачи энергии колебаний в зону контакта заготовок определяется модулем упругости материала и коэффициентом затухания механических колебаний на ультразвуковых частотах.

Источник: http://stankiexpert.ru/spravochnik/svarka/ultrazvukovaya-svarka.html

Ультразвуковые сварочные рожки из алюминиевого сплава, Сварочная лента

Источник: http://russian.alibaba.com/Popular/CN_ultrasonic-welding-Trade.html

Общие сведения

Ультразвуковая сварка — это метод создания неразъемных соединений, при котором электрические колебания определенной частоты при помощи генератора меняются на механические колебания аппарата. Электрические колебания ультразвука составляют в среднем 30 кГц.

Специфика операции — в направлении теплового воздействия. УЗС отличается от классических методов сварки тем, что нагреваются лишь контактирующие участки деталей, а не все целиком. Она применима при обработке разнородных материалов, а для ряда полимерных выступает единственно верным способом соединения.

Время сваривания определяется характеристиками материалов и варьируется от десятых долей до нескольких секунд. При помощи ультразвука идеально свариваются поликарбонат, ПВХ, полипропилен, кожи и ткани с синтетическими волокнами.

Источник: http://wikimetall.ru/metalloobrabotka/svarka-ultrazvukovaya.html

Преимущества

Анализируя особенности ультразвукового сварочного производства, нельзя не отметить следующие его достоинства:

• не требуется защитная газовая среда;
• нет нужды в тщательной механической зачистке зоны сварки;
• нет ограничений по форме деталей;
• экологичность и ничтожный объем выделяющихся вредных веществ;
• небольшие температуры нагрева по сравнению с другими способами;
• не требуются сварочные материалы;
• высокая производительность, сравнимая только с контактной сваркой — доли секунды.
• низкие затраты энергии.

Полученный шов имеет эстетичный внешний вид и редко нуждается в дополнительной обработке.

Источник: http://stankiexpert.ru/spravochnik/svarka/ultrazvukovaya-svarka.html

Недостатки

Существуют у способа и минусы:

• Размер заготовки ограничен 25-30 см. На больших расстояниях волны рассеиваются и поглощаются материалом.
• Невозможность сварки деталей большой толщины.
• Чувствительность к влажности.

Сочетание достоинств и недостатков метода позволяет применять его в самых различных производствах.

Источник: http://stankiexpert.ru/spravochnik/svarka/ultrazvukovaya-svarka.html

Воздействие ультразвука на материал деталей

Атомы твердых тел, как кристаллических, так и аморфных, расположены в определенном порядке, между ними установлены более или менее прочные связи, позволяющие телам сохранять свою форму. Атомы и молекулы способны колебаться относительно своего начального положения. Чем выше амплитуда этих колебаний, тем выше внутренняя энергия тела. Если амплитуда превышает определенный предел, установившиеся связи могут разорваться. Если к телу приложено усилие, не дающее ему потерять целостность, вместо разорванных связей возникают новые, этот процесс называют рекомбинацией.

Ультразвуковые волны высокой интенсивности, сообщая атомам тела большое количество энергии за короткое время, увеличивают амплитуду колебаний атомов и молекул в зоне воздействия. Связи между ними рвутся, и под приложенным давлением возникают новые, с частицами из поверхностных слоев второй заготовки. Так возникает чрезвычайно прочное соединение, превращающее детали в единое целое.

Источник: http://stankiexpert.ru/spravochnik/svarka/ultrazvukovaya-svarka.html

2, Оборудование для ультразвуковой сварки

Ультразвуковая сварка нашла наиболее широкое применение в микроэлектронике, в основном для приваривания токоотводов к интегральным схемам. Разработаны и выпускаются значительными сериями ультразвуковые машины для сварки. Они оснащены автоматическими устройствами, позволяющими в значительной степени увеличивать их производительность: автоматизированы подача проводников, сварка, обрезка проводников и т.п.

Рис. 4. Установка УЗС

Установки типа УЗС (рис. 4) и УЗС-2 предназначены для присоединения круглых (диаметром 0,03. . . 0,1 мм) и плоских проводников толщиной до 0,1 мм из пластичных металлов (золота, алюминия) к тонким золотым, алюминиевым и медным пленкам, напыленным на диэлектрические подложки.

Полуавтомат МС41П2-1 предназначен для соединения деталей микросхем в круглом и плоском корпусах ультразвуковой сваркой золотыми и алюминиевыми проводниками диаметром 20. . .25 мкм. Высокая производительность станка (до 800 сварок в час) обеспечивается автоматическими подачей и обрывом проволоки. В полуавтомате для повышения стабильности прочностных показателей использован сопутствующий подогрев.

Кинематическая схема полуавтомата МС41П2-1 приведена на рис. 5. Полуавтомат состоит из сварочной головки, кассеты с проволокой, ультразвукового генератора, блока регулирования температуры подогрева, манипулятора и микроскопа МБС-2.

Рис. 5. Кинематическая схема полуавтомата МС41П2-1

Корпус сварочной головки 1 может перемещаться вертикально в направляющих. Ее подъем и опускание осуществляются кулачком 14. В установленном положении сварочная головка фиксируется стопором. Механическая колебательная система 5 укреплена в корпусе на оси 4. Поворот системы достигается с помощью кронштейна 7 от кулачка 10, который поворачивается от перемещения тяги 13 при нажатии на педаль 12. Обратный ход кулачка происходит под действием пружины 11. Начальное положение сварочного наконечника 6 относительно свариваемой детали регулируют перемещением ползуна 8 с роликом 9 в пазу кронштейна 7. Усилие сжатия регулируют винтом 2 механизма 3 давления.

Установка для ультразвуковой сварки с импульсным косвенным нагревом УЗСКН-1 (рис. 6) предназначена для изготовления полупроводниковых приборов, тонкопленочных и полупроводниковых интегральных схем. В ней использован комбинированный цикл — ультразвуковая сварка в сочетании с импульсным косвенным нагревом Установка предусматривает возможность как сварки комбинированным циклом с любой последовательностью импульсов ультразвука и нагрева и разной длительностью смещения моментов их включения, так и сварки только ультразвуком или только косвенным нагревом. Свариваемые элементы нагреваются за счет теплопередачи от сварочного инструмента (пуансона), нагреваемого импульсом проходящего через него тока промышленной частоты (50 Гц).

Для осуществления токоподвода для нагрева сварочного инструмента в установке УЗСКН-1 применена конструкция «расщепленного» преобразователя ультразвуковых колебаний: волновод разрезан на две равные части, между которыми расположен тонкий слой изоляции (рис. 7). Сварочный инструмент в виде V-образной иглы вставляется в отверстие на рабочем конце «расщепленного» волновода между его частями и зажимается винтом для обеспечения хорошего акустического и электрического контакта. На установке УЗСКН-1 можно приваривать круглые (диаметром 0,03. . . 0,1 мм) и плоские (толщиной до 0,05 мм) проводники из алюминия, золота, меди к контактным площадкам из золота, алюминия, меди, тантала, никеля, напыленным на диэлектрические полупроводниковые подложки.

Рис. 6. Установка УЗСКН-1 для ультразвуковой сварки пленочных микросхем: 1 — объектив; 2 — магнитострик- ционный преобразователь; 3 — зажим; 4 — основание; 5 — столик; 6 — осветитель

Рис. 7. Преобразователь ультразвуковых колебаний и нагревательный элемент установки УЗСКН-1

Рис. 8. Схема сварочной ультразвуковой машины МТУ-0,4

Акустический узел машин типа КТУ и МТУ (табл. 1) состоит из резонирующего стержня со сварочным наконечником 1 (рис. 8) и концентратора с магнитострикционным преобразователем 2 с обмоткой. Диаметр контактной площади наконечника определяется технологическими требованиями к сварной точке.

Сварочный наконечник изготовлен из высоколегированной стали, применение которой исключает налипание свариваемых металлов на наконечник и не требует зачистки даже после сварки 5-20 тыс. точек.

Таблица 1

Технические характеристики машин типа МТУ и КТУ

Широко используется ультразвуковая сварка для соединения деталей из термопластичных пластмасс. Например, упаковка продуктов в одноразовые герметичные пакеты может выполняться на установке «Гиминей-ультра-3», показанной на рис. 9, б, с помощью пьезоэлектрической ультразвуковой колебательной системы (рис. 9, а) .

Рис. 9. Ультразвуковой аппарат «Гиминей-ультра-3»: а — пьезоэлектрическая ультразвуковая колебательная система; б — общий вид.

Опыт применения сварки ультразвуком выявил следующие преимущества этого способа:

1. Происходит в твердом состоянии без существенного нагрева места сварки, что позволяет соединять химически активные металлы или пары металлов, склонные образовывать хрупкие интерметаллические соединения в зоне сварки
2. Возможно выполнять соединения тонких и ультратонких деталей, приваривать тонкие листы и фольгу к деталям неограниченной толщины, сваривать пакеты из фольги

3. Снижены требования к чистоте свариваемых поверхностей, поэтому возможна сварка плакированных и оксидированных поверхностей и вообще сварка металлических изделий, поверхности которых покрыты различными изоляционными пленками.

1. Небольшие сдавливающие усилия (98. ..2450 Н) вызывают незначительную деформацию поверхности деталей в месте их соединения, и вмятина, как правило, не превышает 5. . .10 % толщины.

Применяется оборудование малой мощности и несложной конструкции (если, например, для контактной точечной сварки алюминия толщиной 1 мм необходима машина мощностью 100. . .150 кВА, то при сварке ультразвуком аналогичного соединения — всего 2,5. . . 5 кВ • А).

Просмотров: 588

Источник: http://extxe.com/3232/oborudovanie-dlja-ultrazvukovoj-svarki-metallov/

Работа с металлическими деталями

Высокой эффективностью отличается применение ультразвуковой сварки к деталям небольших размеров. Особенно удачно применяют метод в микроэлектронике и приборостроении.

Соединение металлов проходит при существенно более низких температурах, чем при использовании «горячих» сварочных технологий, таких, так электродуговая или газовая сварка. Это открывает широкие возможности для быстрого и надежного соединения компонентов, чувствительных к перегреву.

Кроме того, метод способен сварить пары металлов, с трудом соединяемые другими способами: Cu+Al, Al+ Ni и т.д.

Прочностные характеристики шва достигают 70% от значений для исходного сплава.

Метод также позволяет сваривать металл, пластик, керамику, композиты, стекло в любых комбинациях. Применим он и к тугоплавким сплавам.

Источник: http://stankiexpert.ru/spravochnik/svarka/ultrazvukovaya-svarka.html

Краткая теория

Основным источником энергии при ультразвуковом сваривании являются колебания ультразвуковых волн. Этот принцип позволяет сваривать между собой как металл, так и пластик, различные ткани и кожу, а также соединения металла со стеклом.

Её используют вместе с точечной, контактной и шовной видами.

Любопытный факт: внедрение в производство оборудования для ультразвукового сваривания в 60-е годы XX века помогло успешно завершить проект по свариванию и выпуску автомобиля, полностью сделанного из пластика.

Для универсальной сварки применяют различное специальное оборудование.

Предпочтение отдают универсальному оборудованию по типу «швейной машинки» для непрерывной ультразвуковой сварки различных синтетических изделий, например, брезента. Тема оборудования детально будет рассмотрена позже.

Источник: http://metekspert.ru/oborudovanie/svarka-ultrazvukom.html

Параметры сварочного оборудования

Чтобы получить прочный и долговечный шов, необходимо точно рассчитать и тщательно соблюдать параметры работы аппарата. Они зависят от типа материала заготовок, его толщины, требований к прочности шва. Точная настройка параметров для каждого нового изделия проводится в лабораторных условиях, с многократными испытаниями на разрушение соединения. Наилучшее сочетание параметров фиксируется и используется в производственном процессе.

К основным параметрам относят:

• Амплитуда колебаний. Определяет поток энергии и время операции.
• Усилие прижима. От него зависит прочность шва.
• Частота работы генератора.
• Статическое давление. Определяется амплитудой механических колебаний.
• Продолжительность и скважность импульсов. Также определяет продолжительность операции.

К вспомогательным параметрам относят температуру начального прогрева для заготовок большой толщины, возвышение сварной головки над заготовкой и некоторые другие.

Установка для точечной сварки ультразвуком

Источник: http://stankiexpert.ru/spravochnik/svarka/ultrazvukovaya-svarka.html

Выделение тепла при сварке ультразвуком

Тепло, выделяющееся при проведении сварочных работ, образуется вследствие пластических деформаций, а также механического трения свариваемых поверхностей. Температура нагрева не является неизменной, она определяется физико-механическими характеристиками: твердостью, теплоемкостью и теплопроводностью. Влияет также и пространственная конфигурация заготовок. Влияние этого тепла на протекание технологического процесса незначительно.

Источник: http://stankiexpert.ru/spravochnik/svarka/ultrazvukovaya-svarka.html