Ultrazvukové svařování

Ultrazvukové svařování  je svařování, při kterém jsou zdrojem energie ultrazvukové vibrace.

Používá se pro svařování kovů, plastů, látek, kůže, kovů se sklem, polovodičových materiálů atd. Ultrazvukové svařování se používá pro bodové, švové a obrysové svařování. V tomto případě se používají podélné a ohybové mechanické vibrace. V roce 1969 byl sestaven první celoplastový vůz, jehož díly byly svařeny ultrazvukovým svařováním.

Esence

Ultrazvukové svařování se provádí pomocí kontinuálně generovaného ultrazvuku o frekvenci 18-180 kHz. výkon 0,01 - 10 kW. Ke svařování dochází při současném působení mechanických vysokofrekvenčních vibrací na povrchy, které mají být svařovány, vnějšího tlaku působícího kolmo na svařované povrchy a tepelného účinku vysokofrekvenčních vibrací. Tepelný efekt vysokofrekvenčních ultrazvukových vibrací lze kombinovat s dodatečným lokálním pulzním ohřevem obrobků ze samostatného externího zdroje tepla.

Při vystavení vysokofrekvenčním vibracím dochází na svařovaných plochách k suchému tření částic. Působením suchého tření dochází k destrukci povrchových filmů (oxid a jejich adsorbované plyny). Pak bude suché tření nahrazeno čistým třením, při kterém se tvoří usazovací uzly. Vznikají společná zrna, která patří dvěma svarovým plochám a společné hranici mezi povrchovými zrny.

Typy svarových kovových spojů při ultrazvukovém svařování: překrytí; na reliéfech; s drcením hran; natupo kulatý prvek s plochým; křížové, kulaté prvky; paralelní, kulaté prvky; vícevrstvé díly a filmy; roh atd.

Výhody

• svařování lze provádět na znečištěných površích, proto není nutná žádná předběžná příprava povrchu - pouze odmaštění;
• uvolňování tepla ve svařovací zóně je omezeno velikostí, což zabraňuje přehřátí při svařování plastů;
• trvalé spojení při svařování plastů je možné ve velké vzdálenosti od místa vstupu ultrazvukové energie;
• svařování je možné na těžko dostupných místech;
• žádné škodlivé emise;
• krátká doba ohřevu spoje na teplotu svařování - zlomky sekund;
• je povoleno svařování velmi tenkých (do 0,001 mm) plechů.

Nevýhody

• Nutnost používat drahé ultrazvukové generátory, nicméně s rozvojem vysokofrekvenční výkonové elektroniky se náklady na ultrazvukové generátory výrazně snížily;
• Rozsah tlouštěk svařovaných materiálů je malý, nicméně výběrem tvaru svařovaných dílů je možné dosáhnout efektu akustické čočky, která zaostřuje ultrazvuk do svařovací zóny;
• Nutnost dodatečného vnějšího stlačení dílů je však pro většinu ostatních typů svařování plastů také nezbytnou podmínkou.

Vybavení

Pro ultrazvukové svařování se používají stroje, rozdělené na stroje pro bodové obrysové lisové svařování, švové a švové krokové svařování, přenosné jednotky, jako jsou ruční pistole s nízkým výkonem. Výkon strojů je 100 - 1500W. Použitá frekvence je 20-22 kHz.

Ultrazvuk ve strojích je buzen v elektromechanických piezoelektrických měničích, i když až do 80. let 20. století byl běžnější magnetostrikční efekt. Pro zvýšení amplitudy ultrazvukových vibrací se používají elastické vibrační transformátory, vlnovody, koncentrátory. Faktor zesílení takových prvků dosahuje 5. Pro proces svařování na konci koncentrátoru je nutné mít ultrazvukové vibrace s amplitudou asi 10-50 mikronů.

Od roku 2010 se zařízení pro ultrazvukové svařování vyrábí v mnoha zemích, včetně Ruska.

V SSSR byla vyrobena řada strojů MTU-4, MTU-1.5, UZS, MS41-P2 aj. využívající ultrazvukové vibrace pro svařování vývodů mikroobvodů.

V Rusku Bijský technologický institut pod vedením profesora V.N. Khmelev , stejně jako na Všeruském výzkumném ústavu vysokofrekvenčních proudů pod vedením profesora I.V. Petuško .

Poznámky

Literatura

• Nikolaev G. A. Svařování ve strojírenství: Referenční kniha ve 4 svazcích - M .: Mashinostroenie, 1978 (1-4 svazky).
• Khmelev VN, Khmelev SS, Slivin AN, Abramov AD Ultrazvukové svařování termoplastických materiálů: monografie. - Biysk: Nakladatelství státu Altaj. tech. un-ta, 2014. - 281 s. - ISBN 978-5-9257-0270-3 .

Odkazy

https://web.archive.org/web/20150102110501/http://www.svarkainfo.ru/rus/technology/otherwelding/ultrasonic

http://xn--b1aj4ag.xn--p1ai/node/71

http://www.autowelding.ru/index/0-43