Ультразвуковая сварка металлов: Ультразвуковая сварка:оборудование, схема, технология

alexxlab | 12.09.1986 | 0 | Разное

Содержание

Ультразвуковая сварка:оборудование, схема, технология

Метод ультразвуковой сварки был разработан в XX веке. Он предназначен для создания неразъемных соединений различных материалов. Для сваривания детали сдавливают друг с другом и подвергают воздействию интенсивных ультразвуковых колебаний.

Ультразвуковая сварка

Таким способом можно сваривать термопластик и большинство металлов. По сравнению с другими способами сварки, ультразвуковые установки отличаются простотой конструкции, а сам процесс — низкой себестоимостью и трудоемкостью.

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.
Схема точечной ультразвуковой сварки
Схема установки для роликовой сварки ультразвуком

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

Суть получения швов ультразвуком

Процесс сварки ультразвуком для пластиков и металлов имеет общие физические основы, но существенно различается по параметрам.

Для ультразвуковой сварки металлов требуется нагрев до высоких температур и приложение больших усилий сжатия. Для пластиков можно обойтись намного меньшими значениями этих параметров. Схема установки ультразвуковой сварки пластика также существенно проще.

Последовательность действий следующая

  • Подключают генератор ультразвука.
  • Ультразвук, проходя через конвертер, преобразуется в продольные механические колебания волновода.
  • Волновод подсоединяется перпендикулярно плоскости шва и передает заготовкам колебательную энергию.
  • Механическая энергия преобразуется в волновую, что обуславливает интенсивный нагрев области соприкосновения волновода и заготовки.
  • В нагретом поверхностном слое возрастает текучесть.
  • Динамическое усилие, прикладываемое со стороны излучателя, способствует нагреву зоны крнтакта.
  • Статическое усилие, приложенное в том же направлении — перпендикулярно поверхности контакта, понуждает к образованию прочные связи.

Сварной шов после ультразвуковой сварки

Таким методом удается соединять ультразвуком даже разные по своему строению материалы, такие как металлические сплавы и пластики.

При этом разница в температурах плавления может быть многократной.

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.

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.

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.

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.

Преимущества и недостатки при работе с пластиками

При работе с пластмассами существуют следующие достоинства метода:

  • высокая производительность;
  • низкая себестоимость операции;
  • герметичность швов на толстостенных заготовках;
  • отсутствие необходимости в подготовке поверхности;
  • отсутствие перегрева;
  • отсутствие электрических наводок и электромагнитного излучения;
  • совместимость операции с другими операциями технологического процесса, напыления, разреза в других плоскостях и т.п.;
  • универсальность по типам пластиков;
  • отсутствие расходных материалов и химикатов.
  • эстетичность и малозаметность шва.

Ультразвуковая сварка пластмасс

Выделяют и недостатки:

  • Малая мощность излучателя заставляет подводить энергию с двух сторон.
  • Сложность контроля качества шва.

Качество соединения стильно зависит от точности подбора и стабильности параметров установки во время работы.

Особенности сваривания полимеров с использованием ультразвука

Для соединения пластмасс ультразвуком используется специализированное оборудование. Его основные компоненты следующие:

  • Рама, на которой закреплены все основные узлы и детали.
  • Блок питания.
  • Система управления.
  • Генератор ультразвука
  • Привод давления.
  • Преобразователь колебаний.
  • Сварочная головка.

В промышленных моделях существует также рабочий стол с механизмом подачи деталей.

Используемое оборудование

Учитывая высокую стоимость аппарата УЗ-сварки, многие домашние мастера подумывают о самостоятельном изготовлении установки. К сожалению, это не сварочный трансформатор и даже не выпрямитель, и для проектирования и создания аппарата потребуются серьезные знания и навыки в области акустики и электроники. Кроме того, для изготовления деталей излучателя и волновода нужны станки высокого класса точности, недоступные в домашних условиях.

Пресс для ультразвуковой сварки

Оборудование для ультразвуковой сварки разделяют на три категории:

  • точеное;
  • шовное;
  • шовно–шаговое.

Диапазон мощности — 50 ватт до 2 киловатт, рабочая частота в районе 20-22 килогерц

Основной узел установки ультразвуковой сварки — генератор колебаний и преобразователь электрических колебаний в механические той же частоты.

Механические колебания ультразвукового генератора преобразуются магнитострикционным преобразователем. Для отведения излишнего тепла используется водяная система охлаждения

Волновой трансформатор согласует параметры взаимодействия преобразователя и волновода. Он повышает частоту колебаний на выходе волновода.

Волновод транспортирует энергетический поток к месту сваривания. На его рабочем окончании смонтирована сменная сварочная головка. Ее геометрические параметры выбирают, исходя из материала заготовки, его толщины и вида шва. Так, для приваривания выводов микросхем берут головку, заканчивающуюся тонким жалом.

Волновод

Опорная рама служит для размещения всех узлов и деталей. На ней также монтируется механизм перемещения заготовки или головки волновода.

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

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.

Возможности ультразвука

Использование ультразвука дает возможность прочно и долговечно соединять различные, даже сильно отличающиеся друг от друга материалы толщиной от нескольких микрон до нескольких миллиметров. При использовании ультразвука к минимуму сводятся искажения формы свариваемых заготовок.

Использование точечных швов дает возможность с высокой скоростью выполнить соединение на больших площадях. Шаг точек подбирается исходя из толщины заготовок и требований к прочности шва. В областях изделия, подвергающихся высоким напряжениям, шаг уменьшают. Применение роликовых насадок на излучатель позволяет выполнять сплошные герметичные швы любой конфигурации. Такие соединения применяются в упаковочных изделиях и надувных конструкциях.

Листовые и пленочные заготовки соединяют внахлест. Для заготовок в форме стрежней применяют тавровые швы.

Ограничены возможности метода по работе со сверхтонкими материалами. Вследствие высокой скорости работы, экологической безопасности и обеспечения нормальных условий труду персонала, популярность ультразвука продолжает расти.

Сферы использования ультразвуковой сварки

Области применения ультразвука для создания сварных соединений определяются исходя из характерных особенностей технологии:

  • соединяемые материалы должны быть пластичными;
  • их размеры ограничены, прежде всего — толщина;
  • температура нагрева намного ниже, чем при использовании «горячих» сварочных технологий.
Применение ультразвуковой сварки в производстве стройматериалов
Использование ультразвуковой швейной машины

Технология проучила широкое распространение в следующих областях:

  • приборостроение;
  • электроника;
  • производство пластиковых оболочек;
  • выпуск пластмассовых изделий.

Применяется метод и в других отраслях для присоединения малогабаритных деталей к крупным.

Ограничения

Основное ограничение, накладываемое на применимость технологии – это размер свариваемых заготовок. Он ограничен 25-30 см. Это обуславливается малой мощностью генератора и высоким затуханием и рассеянием ультразвуковых колебаний в твердой среде. При прямом увеличении мощности и амплитуды колебаний потребуется непропорциональное увеличение размеров установки и потребляемой мощности. Это сведет на нет все экономические преимущества метода.

Кроме того, материалы, свариваемые ультразвуком, должны иметь минимальную влажность, причем ка на поверхности, таки по всему объему. Если этого невозможно добиться, то следует использовать другие технологии.

Процесс ультразвуковой сварки металла

Использование сваривания ультразвуком не имеет экономического смысла и для толстостенных изделий.

Ультразвуковая сварка металлов — УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ТЕХНИКА — ИНЛАБ

Ультразвуковая сварочная установка И100-7/5

Наше предприятие разрабатывает, изготавливает и поставляет оборудование для ультразвуковой сварки металлов. Ультразвуковая сварочная установка И100-7/5 предназначена для контактного сваривания ультразвуком изделий из различных металлов. Ультразвуковая сварка выгодно отличается от других способов сварки отсутствием протекания электрического тока в зоне сварки; возможностью сваривания высокотеплопроводных материалов, серебро, медь и т.д.; возможностью сваривания разнородных и разнотолщинных материалов; сварка без снятия загрязнений и оксидных пленок.

 

Комплект поставки:

  • ультразвуковой генератор И10-4.0;
  • ультразвуковой магнитострикционный преобразователь;
  • блок питания со встроенным ключом управления пневмореле;
  • цифровой программируемый контроллер управления технологическим процессом;
  • станина с пневмоприводом.

Технические характеристики:

– потребляемая мощность, кВт, не более (генератор ИЛ10-4.0)
– средняя потребляемая мощность, кВт, не более
– напряжение питания
– рабочая частота, кГц
– рабочее давление воздуха, атм.
– масса комплекта, кг не более
– охлаждение преобразователя

4.7
0.7
220 В ± 10%, 50 Гц
22 ± 10%
4 – 6
80
Водяное

 

Сварочные волноводы и приспособления для закрепления свариваемых деталей разрабатываются и изготавливаются под конкретную конфигурацию сварочного шва и свариваемых металлов, и их стоимость определяется индивидуально.

Сварочная установка может быть изготовлена по согласованному техническому заданию Заказчика.

Гарантийные обязательства – 12 месяцев.

Образцы свариваемых металлов:

Медный многожильный провод сечением 16 мми медные выводы реле электросчетчиков на 100А Медный многожильный провод и медные клеммы с покрытием и без покрытия

Сварка медного многожильного провода с медной клеммой (в полном формате в разделе ВИДЕО)

 

   

Медная шина толщина 2 мм – серебро лист толщина 0,15 мм

Медный провод сечение 1.5 мм2 – лист сталь толщина 0.5 мм

Медная шина сечением 4.5 Х 2 мм – соединение

Медный провод сечение 1.5 мм2 – лист латунь толщина 0.25 мм

Медная шина толщина 2 мм – никель лист толщина 0.3 мм


С ценами и основными техническими параметрами установки для ультразвуковой сварки металлов можно ознакомиться в разделе Цены (файл Ультразвуковые сварочные установки)

Версия для печати

Ультразвуковая сварка металлов

Ультразвуковая сварка металлов (ultraschall-schweissen; ultrasonic welding) – это сварка давлением при воздействии ультразвуковых колебаний. Соединение образуется в результате совместного действия на детали сжимающего усилия и высокочастотных механических колебаний, что сопровождается относительным тангенциальным смещением малой амплитуды соединяемых поверхностей и нагревом метала в зоне сварки. Усилия действует перпендикулярно соединяемым поверхностям, а колебания вызывают их незначительное смещение с ультразвуковой частотой. При этом происходит небольшая пластическая деформация приповерхностного слоя металла в зоне сварки и образование ювенильных поверхностей и их соединения. Продолжительность процесса измеряется секундами и долями секунд. Ультразвуковую сварку металлов применяют для получения точечных и шовных соединений, а так же для сварки по контуру. Принципиальная схема сварки ультразвуком показана на рис. 1.

Рис. 1. Принципиальная схема точечной (я) и шовной (б) сварки ультразвуком: 1 – свариваемые детали, 2 – трансформатор упругих колебаний, Р – сжимающая сила, 3 – сварочный наконечник (ролик), 4 – маятниковая опора (опорный ролик), 5 – сварная точка (шов), у.з.к. – ультразвуковые колебания.


Сварочный наконечник 3 (при шовной сварке – ролик) определяет площадь и объем источника ультразвуковых механических колебаний непосредственно в зоне сварки. Он должен передавать колебания для осуществления трения между поверхностями соединяемых деталей с минимальными потерями между ним и верхней деталью. Величина амплитуды колебаний обычно находится в интервале 10 … 25 мкм.
Таким образом, процесс ультразвуковой сварки металлов происходит в условиях трения, вызванного микроскопическим относительным возвратно-поступательным перемещением участков поверхностей в зоне сжатия, что сопровождается выделением теплоты. Распространение ультразвуковых колебаний при сварке показано на рис. 2.

Рис. 2. Распространение у.з.к. при сваривании. а – начало сваривания; б – процесс сварки; в – окончание процесса.


Исследования показали, что при ультразвуковой сварке действуют два основных источника тепла. Один находится в зоне контакта сварочного наконечника (ролика) с деталью, второй – в зоне соединения деталей. Выделение теплоты у сварочного наконечника обусловлено его трением с деталью и приводит к пластическому деформированию наружной поверхности детали под наконечником. Выделение теплоты между деталями обусловлено действием нормальных сжимающих напряжений и напряжений сдвига, что приводит к внешнему и внутреннему трению в металлах и пластической деформации в зоне сварки.
Вибрирующий сварочный наконечник в первый момент сварки развивает интенсивное выделение тепла в зоне его контакта с деталью. В зону сварки ультразвуковые колебания передаются с некоторым опозданием (см. рис. 2).
Усилие сжатия обеспечивает передачу ультразвуковых колебаний в зону сварки. Его минимальное значение, при котором начинают образовываться соединения, зависит от свариваемых материалов и их толщины, а оптимальное значение возрастает с увеличением амплитуды колебаний.
При увеличении контактного давления начальная скорость нагрева растет за счет улучшения связи между сварочным наконечником и деталями. Скорость нагрева деталей зависит также от формы и состояния поверхности наконечника.
Температура в зоне сварки зависит от твердости и теплофизических свойств свариваемых материалов, мощности колебательной системы и параметров режима сварки. Нагрев в зоне сварки обычно не превышает 0,6 температуры плавления. Под действием трения, нагрева и пластического деформирования пленки загрязнений разрушаются и удаляются из зоны сжатия, благодаря чему становится возможным образование узлов схватывания, их расширение и формирование сварного соединения. Установлено, что ультразвуковые колебания способствуют удалению жировых пленок благодаря развитию кавитационных процессов в условиях действия в отдельных микрообъемах попеременных высоких давлений и разрежений. Поэтому УЗ-сварка может выполняться даже при наличии жировых загрязнений поверхностей. Однако принято обезжиривать поверхности перед свариванием, поскольку это увеличивает диаметр точек сварки. Ультразвуковые колебания также снижают поверхностное натяжение металлов, значительно ускоряют образование активных центров и схватывания поверхностей, процессы диффузии и рекристаллизации. Поэтому формирование кристаллической структуры в зоне соединения при сварке происходит достаточно быстро.
УЗ-сварка может выполняться с импульсным нагревом места сварки от отдельного источника тепла, что позволяет уменьшить усилие сжатия, амплитуду и время действия уз-колебаний, и деформацию металла. Такой способ разработан для ультразвуковой сварки микродеталей. Свариваемые элементы подлежат действию ультразвуковых колебаний и нагреванию одновременно или в определенной последовательности.
Процесс выполняется следующим образом. Сначала сварочный инструмент небольшим усилием прижимается к детали, затем через него пропускается электрический ток для его нагрева и одновременно (или с некоторым опережением или опозданием) включаются ультразвуковые колебания. Способ позволяет сваривать материалы с различными физико-химическими свойствами.
Существует мнение, что успешная ультразвуковая сварка разнородных материалов возможна при условии разности атомных радиусов соединяемых деталей не более 15 … 18%. Это условие соответствует общему представлению о существовании твердых растворов. При разности атомных радиусов в пределах 19 … 44% сварка металлов усложняется. Исследование А. О. Россошинского позволили получить с помощью ультразвукового сваривания надежные соединения между материалами с существенными различиями атомных радиусов и различиями физико-химических свойств, например, между керамикой и металлами. Образование соединений автор объясняет определенным перемещением металла в зоне сварки. Деформация микровыступов под действием колебаний и их сжатие приводит к взаимному проникновению и перемешиванию материалов, которые соединяются, что и обеспечивает качество сварки.
При ультразвуковой сварке можно выделить процессы образования физического контакта, активации поверхностей и объемного взаимодействия, несмотря на кратковременность процесса. Все эти процессы протекают в условиях действия ультразвуковых колебаний. Поэтому иногда отмечается возможность развития процессов усталости в зоне сварного соединения под влиянием длительного действия колебаний и снижение прочности соединений вследствие частичного разрушения узлов схватывания.

Кроме статьи “Ультразвуковая сварка металлов” смотрите также:

Ультразвуковая сварка

Ультразвуковая сварка сваривает металл ультразвуковыми колебаниями, которые служат источником энергии. Такой сваркой можно варить не только металлы, но и неметаллические материалы. Применяется при шовной сварке, точечной и контурной. В этом случае применяют изгибные и продольные механические колебания. Ультразвуковая сварка сваривает металл ультразвуковыми колебаниями с частотой 20-60 кГц. Такие колебания создаются в результате подачи тока от ультразвукового генератора на обмотку магнитострикционного преобразователя, собранного из тонких пластин 0,1-0,2 мм. Материал этих пластин позволяет изменять свои геометрические размеры при воздействии переменного магнитного поля. Укорочению или удлинению магнитостриктора способствует направление магнитного поля вдоль пакета пластин, благодаря чему происходит преобразование высокочастотных электрических колебаний в механические колебания.

Ультразвуковой метод сварки

Ультразвуковой метод сварки включает в себя следующее:

  • свариваемые детали скрепляются под давлением;
  • подвергаются высокочастотному колебанию, происходит вибрация, которая вызывает напряжение в месте соединения;
  • вследствие такой состыковки на поверхности вырабатывается теплота, вырабатываемая трением, сила вектора вибрации к поверхности направлена под прямым углом;
  • высокочастотная электрическая энергия преобразуется в вертикально-механическое движение.

Высокочастотные колебания происходят при сухом трении частиц в свариваемых поверхностях, при котором разрушаются поверхностные пленки окислов. После этого начинается чистое трение, оно сильнее, образуются точки схватывания. Начинается образование зерен, принадлежащих двум поверхностям металлов, появляется общая граница.

Ультразвуковой метод сварки выполняется:

  • по рельефам;
  • внахлестку;
  • методом стыка плоского элемента с круглым;
  • путем раздавливания кромок;
  • многослойных деталей и пленок.

Амплитуда колебаний и механическая колебательная система являются очень важным технологическим параметром сварочной установки, так как они передают ультразвуковую энергию в свариваемую деталь. Для необходимой эффективной работы необходима амплитуда 30- 70 мкм.

Ультразвуковая сварка металла

Ультразвуковая сварка металла относится к одной из разновидностей полноценной сварки. Металлические кристаллы сближаются на атомное расстояние, что вызывает сильнейшее притяжение и прочное сварочное соединение без нагрева металла до температуры плавления. Такая сварка не требует припоя, соединительных проводников, последующий технологический этап очистки поверхности. Это экологически чистый способ соединения металла.

Преимущества ультразвуковой сварки металла:

  • не требуется очищать свариваемую поверхность, только от жира;
  • ограниченное, локальное нагревание;
  • доступна в трудных местах;
  • нет вредных выделений;
  • доли секунды от нагрева до сваривания;
  • свариваются очень тонкие листы до 0,001 мм.

Недостатки такой сварки:

  • диапазон толщин очень ограниченный;
  • дороговизна генераторов ультразвука;
  • дополнительное внешнее сжатие.

Ультразвуковая сварка металла. Медных, алюминиевых проводов.

Наша компания разрабатывает новый станок для ультразвуковой сварки металлов. Данное оборудование используется для сварки различных, в основном, медных и алюминиевых проводов и контактов.

Преимущества ультразвуковой сварки металлических контактов

Данный вид сварки имеет ряд преимущества перед традиционными вариантами: сварка высокотеплопроводных металлов, таких как медь,серебро; металлов разной толщины;без использования флюса;без высоких температур; тонкой фольги;малая деформация деталей;

Оснастка для сварки изготавливается в соответствии с индивидуальными требованиями к свариваемым изделиям.

Станок для ультразвуковой сварки состоит из:           

– источник питания

– ультразвуковой преобразователь

– сварочная оснастка для зажима деталей

– волновод

На данный момент УЗ сварка металла применяется в различных сферах промышленности, в особенности:

– производители бытовой электроники

– кабелей, электропроводки

– аккумуляторных систем

– микроэлектроника

Для чего нужна ультразвуковая сварка медных и алюминиевых проводов

Позволяет получить прочное и надежное соединение изделий, быстро, без лишних затрат на электроэнергию, нагрев и т.д. Преимущества данного вида сварки уже давно зарекомендовали себя на многих предприятиях. Например, на предприятии электротехнической промышленности успешно сваривают медную проводку и шины в электрошкафах, так же сваривают контакты проводов без снятия защитных покрытий, что ускоряет и удешевляет само производство. В аккумуляторном производстве сваривают тонкую фольгу из меди и никеля.

Характеристики станка для ультразвуковой сварки металла:

1. Частота 20кГц

2. Зона сварки (с текущим инструментом) 26х7 мм.

Если вы заинтересованы в получении более подробной информации, в том числе и по цене такого оборудования, просим отправить запрос на почту [email protected]

По завершению проектирования вам будет выслано КП.

Ультразвуковая сварка: оборудование (установки)

Автор admin На чтение 4 мин. Просмотров 811 Опубликовано

Ультразвуковая сварка металлов и пластмасс  – эта еще одна разновидность классической сварки давлением. Данный технологический процесс основан на сжимании двух заготовок, свариваемые кромки (плоскости) которых вибрируют (смещаются в тангенциальном направлении) с ультразвуковыми (до 40 КГц) частотами.

В итоге, при контакте «деталь в деталь», на кромках шва возникает пластическая деформация, перетекающая в объединение кристаллических решеток или полимерных цепочек стыкуемых элементов.

В данной статье мы разберем процесс ультразвуковой сварки с физической и технологической точки зрения. Кроме того, на этой странице вы сможете найти описание типового оборудования, необходимого для сварки заготовок ультразвуковыми колебаниями. А в завершении мы разберем технологические приемы реализации этого процесса.

Процесс ультразвуковой сварки основан на совмещении тангенциальных колебаний и вертикальной нагрузки в зоне контакта двух деталей.

В результате такого воздействия истираются микронеровности, покрывающие контактные поверхности, и разрушается оксидная пленка.

Кроме того, возникает эффект перетекания кинетической энергии возвратно-поступательных колебаний в тепловое излучение, расплавляющее поверхностные слои деталей. И в этих условиях, даже относительно небольшая вертикальная нагрузка приводит к образованию межкристаллических (у металла) или межмолекулярных (у полимера) связей, скрепляющих соединяемые детали.

Таким образом, все установки ультразвуковой сварки функционируют на основе термомеханической технологии получения неразъемного соединения. Причем такие аппараты не нуждаются во внешнем нагреве. Выделяемой при трении деталей энергии вполне достаточно для образования новых межатомных или межмолекулярных связей.

Где используют ультразвуковую сварку?

Ввиду дороговизны оборудования классическое применение ультразвуковой сварки – монтаж элементов металлоконструкций – было бы экономически неоправданным. Однако с помощью этой технологии удается сваривать не только металлы, но и полимеры, и даже органические соединения.

Поэтому ультразвуковая технология используется в приборостроении, электронике и прочих отраслях, где есть спрос на эффективные способы сопряжение металлических и неметаллических элементов.

Кроме того, ультразвуковой способ подходит и для сварки материалов с чрезвычайно прочной оксидной пленкой. Хороший пример такого случая — ультразвуковая сварка алюминия, покрытого тугоплавким оксидом (температура плавления более 2000 градусов Цельсия). В данном случае ультразвуковые аппараты действуют более эффективно, чем классическая аргонодуговая технология.

А еще, существует особая технология ультразвуковой сварки костной ткани, использующая в качестве присадочного материала эфир цианакриловой кислоты. Введенный в разлом кости циакрин твердеет под действием ультразвука и образует высокопрочный шов между обломками органической ткани.

Оборудование для ультразвуковой сварки

Работающая на ультразвуке сварочная установка состоит из следующих блоков:

  • Генератора ультразвуковых колебаний, формирующего переменное электромагнитное поле, частота которого выходит за пределы 20 КГц.
  • Вибратора, трансформирующего волновые колебания в механическую вибрацию. Вибратор состоит из пакета пластин (толщиной не более десятой части миллиметра), изготовленных их особого материала, который меняет линейные габариты под действием магнитного поля. В итоге, магнитное поле, передаваемое от генератора на пластины, то удлиняет, то укорачивает их размер и электромагнитная волна перетекает в механическую вибрацию.
  • Вибратор соединяется волноводом конической или цилиндрической формы, который транслирует механическую вибрацию на поверхность внешней детали. Причем конический волновод работает еще и как резонатор, усиливая амплитуду и повышая эффективность процесса.

Помимо указанных блоков в конструкцию аппарата входит еще и  особый сварочный стол, на котором покоятся соединяемые детали. Причем аппарат ультразвуковой сварки транслирует  вибрацию на внешнюю деталь в продольном, продольно-поперечном или  в продольно-вертикальном направлении. Кроме того, возможно и взаимное кручение стыкуемых элементов.

В завершении описания оборудования следует отметить, что стыкуемые детали попадают на рабочий стол аппарата в следующей последовательности: вниз укладывают толстую деталь, на которую помещают тонкую заготовку. Соотношение толщины верхней и нижней заготовок может достигать значения 1/1000.

Технологические приемы сварки ультразвуком

В процессе сварки ультразвуком используют следующие варианты стыковки деталей:

  • Сопряжение внахлест, когда поверх одной плоской заготовки укладывают аналогичную.
  • Сопряжение по рельефу, когда нижняя плита соприкасается с рельефной поверхностью верхней детали.
  • Сопряжение по кромкам, когда торцы изделий либо накладываются друг на друга, либо стыкуются под углом.
  • Сопряжение «крест-накрест» и тавровое сопряжение, когда два прутка накладываются внахлест, при несовпадении осей стыкуемых деталей, или когда торец прутка стыкуют с плоскостью.
  • Многослойное сопряжение, когда стыкуют больше двух заготовок.

Кроме того, существует и схема параллельной сварки двух прутков (вдоль оси), прутка и плоскости.

Указанные варианты соединения реализуются за счет трансляции колебаний в продольном (внахлест, рельеф), продольно-поперечном (встык под углом) или крутящем направлении (тавровое или прямое стыковое направление).

Что такое ультразвуковая сварка металлов?

На данный момент существует около сотни самых разнообразных способов сварки металлов. У каждого из них есть свои достоинства и недостатки, особенности и сферы применения. Какие-то методы незаменимы на опасных объектах, а какие-то становятся основополагающими в практике домашних мастеров. Но существуют и такие способы сварки, о которых мы мало что слышим в силу узкого применения.

Один из таких способов — сварка ультразвуком. Ультразвуковая сварка нечасто на слуху, но она все же широко применяется при сварке микроэлектроники, проволоки, листового металла и прочих тонких или просто маленьких изделий. В этой статье мы подробно объясним, что такое ультразвуковая сварка и как работает данный метод соединения металлов.

Содержание статьи

Общая информация

Ультразвуковая сварка металлов — метод сварки, в основе которого лежит применение ультразвуковых колебательных волн. Широко применяется не только для сварки металлов, но и для соединения деталей из пластмассы, ткани, натуральной кожи. Также с помощью ультразвука вы сможете сварить стекло с металлом.  Вы можете комбинировать ультразвуковую сварку с точечной, контурной или шовной сваркой.

Интересный факт: в конце 60-х годов прошлого века с помощью ультразвуковой сварки был собран автомобиль, изготовленный из пластмассы. Именно благодаря ультразвуковому оборудованию этот проект удалось успешно завершить.

Читайте также: Ультразвуковая сварка пластмасс

Существуют даже специализированные приборы для ультразвуковой сварки. Например, большой популярностью пользуется ультразвуковая швейная машина для сварки полимеров (брезента или подобных изделий). Но про оборудование мы подробнее поговорим позже.

Технология

В работе применяется специальный ультразвуковой сварочный аппарат, который во включенном состоянии непрерывно генерирует ультразвуковые волны частотой от 18 до 180 кГц. При этом может выдавать мощность от 0,01 до 10 кВт. В итоге создаются высокочастотные колебания, которые генерируют тепло и в связке с высоким давлением сваривают детали. Дополнительно заготовка может нагреваться в месте сварки с помощью отдельного прибора, так соединение получается более качественным.


Это краткое описание. Подробное описание процесса сварки можно описать следующим образом: высокочастотные колебания сталкиваются с деталями и образуется сухое трение частиц. Если металл покрыт окисной пленкой, то под действием сухого трения она разрушается. После чего образуется чистое трение, во время которого металл плавится  и образуется сварочное соединение.

Ультразвуковая сварка металлов может выполняться с использованием самых разнообразных типов сварных соединений. Вы можете сварить две детали внахлест, раздавить кромки и сварить их, можете встык сварить круглую деталь с плоской, и так далее. Словом, возможности практически безграничны.

Достоинства и недостатки

У ультразвуковой сварки (как и у любого другого метода) есть достоинства и недостатки. Давайте рассмотрим их подробнее, чтобы вы могли понять, в каких целях стоит применять ультразвук, а в каких от этой идеи лучше отказаться.

Первое достоинство — отсутствие необходимости в тщательной подготовке металла под сварку. Единственное, что необходимо сделать — обезжирить поверхность. Все. Можно даже не удалять грязь или ржавчину. При других методах сварки подготовительный процесс отнимает много времени и сил, а вот с применением ультразвука эта проблема легко решается.

Второй плюс — местный нагрев. Металл нагревается только в том месте, где планируется сварное соединение. По этой причине исключены какие-либо деформации металла из-за избыточного нагрева. Это достоинство особенно заметно при сварке пластмассовых деталей.

Третий плюс — возможность варить даже в труднодоступных местах, при этом вся сварка производится очень быстро, ведь металл успевает нагреться менее чем за секунду. К тому же, вы без труда сварите очень тонкий металл. И говоря «тонкий» мы подразумеваем даже металлические листы толщиной не более 0,001 миллиметра. Впечатляет!

Но, поскольку наш материал объективен, мы расскажем и о недостатках. Учтите, что все они не так существенны.

Во-первых, в некоторых ситуациях все же приходится приобретать дорогие генераторы ультразвуковых волн, если бюджетные модели не справляются. Но, справедливости ради, случается это крайне редко. В нашей практике еще не было ни одного случая, когда бы недорогой ультразвуковой генератор не справился со своей работой.

Также иногда бывают ситуации, когда ультразвук не может сварить толстый металл. Эту проблему можно решить, если подбирать вогнутые детали. Они будут фокусировать ультразвук в зоне сварки и тем самым даже толстый металл быстро расплавится.

Оборудование

Раз уж мы дважды упомянули оборудование, остановимся подробнее на этой теме. Существует три типа аппаратов для ультразвуковой сварки:

  • Аппараты, выполняющие точечно-контурную сварку
  • Сварочники, выполняющие шовную или шовно-шаговую сварку
  • Мобильные (переносные) аппараты малой мощности, например, сварочные пистолеты.

При этом мощность аппарата может быть от 100 до 1500Вт, в зависимости от его цены, назначения и размеров.

На сварочных аппаратах, произведенных до конца 70-х, использовался магнитострикционный принцип генерации ультразвука. Но на данный момент такие аппараты не выпускаются, им на смену пришли установки, в которых ультразвук генерируется с помощью встроенного пьезоэлектрического преобразователя.

На данный момент такое оборудование производят многие страны Европы и мира, в том числе Россия. Качество отечественной продукции вполне приемлемо, особенно учитывая невысокую стоимость по сравнению с зарубежными конкурентами. Вообще производство ультразвуковых сварочных аппаратов началось еще в Советском союзе. Тогда такие аппараты в основном использовались для сварки микросхем. Сейчас же сфера применения стала куда шире.

Вместо заключения

Сварка ультразвуком незаменима при работе с маленькими и тонкими деталями, которые просто невозможно сварить вручную или с применением других технологий. Благодаря ультразвуку металл не деформируется и не растекается, а образует прочное соединение. Также сварка ультразвуком позволяет беспроблемно варить металлы, покрытые окисной пленкой. Например, алюминий, с которым у сварщиков обычно много проблем.

К тому же, оборудование для ультразвуковой сварки стоит не так уж дорого. Поэтому рекомендуем испробовать в своей практике этот метод соединения металлов. Если вы когда-либо выполняли ультразвуковую сварку своими руками, то расскажите об этом. Ваш опыт будет полезен для многих новичков. Желаем удачи в работе!

404 | ТЕЛСОНИК Ультразвук

  • Выбор языка
    • Русский
      • Русский
      • Deutsch
      • 中国
      • Italiano
      • Español
      • 한국어
    • О нас
      • Компания Портрет
      • Telsonic International
      • Careers
      • Команда
      • Компании
      • Наша история
      • Наша история
    • Области применения
      • Пластиковая сварка
      • Металлическая сварка
      • Просеивая
      • Уборка
  • Промышленность
      • Engineering
      • Automotive
      • батареи
      • Текстиль
        • Упаковка
      • Products
        • Пластиковая сварка
        • Металлическая сварка
        • , Cut’n’n’Seal
        • Просеивание
        • Уборка
        • Последние новости
        • Новости
          • Новости Статьи
          • Выставки
          • СМИ
          • Newsletter
          • Загрузки
            • 5
            • Связаться с нами
              • Выходные данные
              • Обратная связь
              • Места
                • Telsonic Germenters
                  • Telsonic Germental
                  • Telsonic Germany
                  • Telsonic USA CIDELWEST
                  • TELSONIC USAIN EAST
                  • Telsonic UK
                  • Telsonic Serbia
                  • Telsonic China
                  • Telsonic Италия
                  • Telsonic Южная Корея
                  • Telsonic Canada
                • Инновации
                  • Soniqtwist
                  • PowerWheel
                  • MAG HOSIVER
                  • TELSOTERMINAL
                  • TT7 TELSOTERMINAL
                  • TSP пресса
                  • Torsion Converter
                  • Генератор SG47
                  • Systems
                    • Ультразвуковая инженерия
                    • Металлические сварочные системы
                    • Ультразвуковые сварочные системы
                    • Упаковочные системы
                    • Ультразвуковая просеивание
                    • Ультразвуковая чистка
                    • Ультразвуковая уборка
                    • проволоки
                  • продукты
                    • Ультразвуковые прессы
                    • Sonotrodes
                    • Ультразвуковые генераторы
                    • Ультразвуковые системы управления
                    • 900 04 Размер резонаторы
                    • Ультразвуковые ножи
                    • Ультразвуковые сварочные агрегаты
                      • Процессы
                        • Промышленные УЗИ
                          • Ультразвуковая сварка
                          • Резка с ультразвуковой сваркой
                          • Корзина с ультразвуковой сваркой
                          • Разрезание и уплотнение
                          • Производство
                          • Ультразвуковое просеивание
                          • Ультразвуковая технология
                      • Ссылки
                        • Партнер
                          • Partner Login
                          • Свяжитесь с нами
                          • Свяжитесь с нами
                          • Заявление о юридической информации и конфиденциальности
                          • GTC Telsonic AG, 2021
                          • Сертификаты
                          • Отпечаток
                          • Обратная связь
                        • © 2022 Telsonic AG

                        Ультразвуковая сварка проволоки с металлом

                        Ультразвуковая сварка проволоки с металлом

                        2020-09-23 04:15:04

                        ПРОИЗВОДИТЕЛИ ПРЕДЛАГАЮТ НЕСКОЛЬКО ВАРИАНТОВ ТЕХНОЛОГИЙ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СВАРКИ ПРОВОЛОКИ С МЕЛКИМИ МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ ДЕТАЛЯМИ.

                        ОДНА ИЗ ГЛАВНЫХ ЦЕЛЕЙ художника — помочь другим увидеть вещи в другом свете и использовать их по-новому. Производители часто предоставляют аналогичную выгоду своим поставщикам оборудования. Возьмем, к примеру, компанию Herrmann Ultrasonics Inc., которая производила машины для ультразвуковой сварки пластика, нетканых материалов и упаковки с начала 1960-х годов, прежде чем клиент обратился к компании с просьбой рассмотреть возможность изготовления устройств для сварки металла.

                        «В течение нескольких лет один из наших клиентов из Южной Кореи настойчиво просил нас изготовить модели для сварки металла, — объясняет Васко Наумовски, директор по развитию бизнеса по металлу компании Herrmann.«Причина этого запроса заключалась в том, что компания адаптировала наши стандартные ультразвуковые компоненты для сварки металлов и обнаружила, что они работают лучше, чем все остальные, которые пробовала компания».

                        Конкретное применение включало сварку концов до 60 слоев алюминиевой фольги при сборке литий-ионных аккумуляторов. После многочисленных обсуждений с клиентами и других запросов от клиентов со всего мира в 2017 году компания Herrmann открыла свое подразделение по сварке металлов. Весной 2019 года на рынок вышел первый сварочный аппарат компании, HiS VARIO B (аккумуляторный), а затем HiS. ВАРИО W (проволока).

                        «С помощью этой [последней] машины производители жгутов могут надежно приваривать медную и алюминиевую проволоку к небольшим металлическим деталям, которые обычно не больше ладони», — отмечает Наумовски. «Провод может быть размером от 16 000 AWG и до 16 000 AWG. Типичные области применения металлов включают литий-ионные аккумуляторы, кабельные наконечники, шины, катушки двигателей, различные провода к клеммам и системам управления батареями».

                        Клиентская база компании Herrmann, занимающаяся сваркой металлов, начала расти за последний год или около того, что еще больше расширило уже сложившийся рынок.

                        Эта разработка дополняет многочисленные варианты ультразвуковой технологии, доступные в настоящее время для сварки проволоки любого размера с небольшими металлическими деталями. Это боковой привод, клиновидный и торсионный. Каждый из них предлагает определенные преимущества с типичным временем цикла сварки от нескольких миллисекунд до 2 секунд.

                        ОБЫЧНЫЙ МЕТОД

                        Система бокового привода изначально была разработана для сварки пластика с направлением вибрации, перпендикулярным плоскости сварного шва.Для сварки металлов система вертикального привода поворачивается на 90 градусов в боковое положение, чтобы обеспечить необходимое сдвиговое движение. Сварочный наконечник является частью или присоединен к рупорному рупору преобразователя с продольными колебаниями, который приводится в движение параллельно поверхности сварки.

                        «Ультразвуковая сварка металлов набирает обороты по нескольким причинам, но в основном потому, что это лучший способ заделки проводов», — отмечает Дэйв Крысиак, менеджер по продажам продуктов для сварки металлов в Северной Америке в Sonics & Materials Inc.«Технология обеспечивает высочайшую проводимость тока; позволяет конечным пользователям точно измерять параметры процесса, такие как амплитуда, время и энергия; и это исключает вероятность долговременного окисления, как это может произойти при стандартной опрессовке».

                        Несколько лет назад компания Sonics & Materials представила на рынок серию ультразвуковых сварочных аппаратов, состоящую из трех моделей. Крысяк говорит, что все модели сваривают проволоку с металлическими деталями или проволоку с проволокой и могут быть интегрированы с системой захвата и размещения для загрузки и выгрузки сваренных деталей.

                        MWB40 — это аппарат для точечной сварки металлов с частотой 40 кГц, мощностью 800 Вт и работой с проволокой от 30 AWG до 16 AWG. Модель MWB20, 20-килогерцовая установка, потребляет 1500, 2500 или 4000 Вт и сваривает проволоку от 16 AWG до 6 AWG. Наконец, есть 15-килогерцовый MWB15. Он потребляет до 6000 Вт и работает с проводами от 8 AWG до 0000 AWG.

                        «За последние пару лет мы обновили серию двумя важными способами, — говорит Крысяк. «Во-первых, мы увеличили зазор для стационарных инструментов.Другая система представляет собой монтажную систему, которая увеличивает жесткость, чтобы компенсировать боковую нагрузку, улучшает доступ оператора к детали и увеличивает передачу энергии детали во время сварки, ограничивая при этом повреждение рупора из-за износа».

                        В 2015 году компания Sonics & Materials интегрировала систему сварки металлов для производителя тяжелого оборудования. Система оснащена сварочным аппаратом MWB15, который приваривает короткие кабели толщиной 0000 AWG к металлическим клеммам. По словам Крысяка, система сваривает от 60 000 до 80 000 кабелей в год.Около года назад его переоборудовали.

                        АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ПОДХОДЫ

                        Вскоре после появления ультразвуковой сварки металлов компания Sonobond Ultrasonics в 1960 году разработала запатентованную систему Wedge-Reed. В этой системе используется вертикальный вибрирующий язычок, который приводится в движение клиновидным соединителем и узлом преобразователя, расположенным перпендикулярно язычку. Поскольку поперечная вибрация создается параллельно поверхности сварки, линия силы прикладывается непосредственно к свариваемым деталям.Это создает настоящие металлургические соединения, которые являются точными и надежными, без напряжения изгиба или остановки.

                        Не менее важно, по словам президента Sonobond Джанет Девайн, что система может надежно сваривать большинство окисленных и луженых металлов за один импульс без предварительной очистки. Он также эффективно сваривает аналогичные или разнородные цветные металлы, включая медь и алюминий.

                        Ультразвуковой сварочный аппарат SonoWeld 1600 компании Sonobond

                        мощностью 1500 или 2500 Вт обеспечивает точечную сварку и приварку проволоки (от 17 AWG до 00 AWG) к клеммам.Его система с микропроцессорным управлением хранит и вызывает до 250 протоколов сварки, а его цифровой дисплей позволяет выбирать режимы сварки по времени, энергии или расстоянию (при наличии опционального измерения расстояния).

                        Машина обеспечивает автоматическую регулировку частоты, контроль качества и защиту от перегрузок. Наконечники Taper Lock из термообработанной инструментальной стали имеют срок службы до 100 000 сварных швов. Замена – быстрая и простая процедура.

                        Пару лет назад компания Blue Jeans Cable в Сиэтле приобрела SonoWeld 1600, чтобы более эффективно прикреплять штекеры типа «банан» к проводам для подключения усилителей или ресиверов к динамикам.Компания использовала винтовое соединение, но этот метод оказался ненадежным.

                        «Вилка должна быть прочнее и надежнее, чем те, которые можно собрать более трудоемкими, но менее эффективными методами пайки или механическими методами», — говорит Дивайн. «Для этого сварщик должен был надежно удерживать специально разработанные вилки на месте, чтобы многожильные медные провода 10 AWG и 12 AWG можно было вставить обратно в вилку и сплавить непосредственно с латунной поверхностью.

                        Для сборки заглушек требовались специальные инструменты, но сварное соединение более надежно.

                        Торсионный метод ультразвуковой сварки проволоки с металлическими деталями называется Soniqtwist и был представлен в 2002 году компанией Telsonic AG Switzerland. Первоначально торсионная ультразвуковая сварка применялась в основном для герметизации круглых деталей из цветных металлов, таких как цилиндрические аккумуляторы, датчики подушек безопасности и ремней безопасности. В настоящее время эта технология используется для обычных операций сварки металлов, таких как вывод аккумуляторных батарей, сращивание проводов и заделка проводов.

                        По словам Саида Могадама, бывшего президента и нынешнего советника Telsonic, система торсионной сварки MT8000 может сваривать алюминиевые поперечные сечения размером до 200 квадратных миллиметров (000000 AWG) и медные поперечные сечения до 160 квадратных миллиметров (00000 AWG). .

                        В 2011 году Telsonic представила систему PowerWheel, ответвление Soniqtwist. Но в то время как Soniqtwist предназначен для обычной сварки, PowerWheel разработан специально для подключения аккумуляторных кабелей большего размера.

                        Перед началом сварки клемма размещается на упоре. Сварочный наконечник располагается над проволокой, а зажимное усилие прикладывается над зоной сварки.

                        Высокочастотный (20 килогерц) синусоидальный сигнал поступает на преобразователи, которые создают линейные колебания, доходящие до торсионных головок. Когда головки колеблются, они создают крутильные колебания, которые передаются на сонотрод.

                        Это приводит к тому, что круглые секции сонотрода двигаются вперед и назад, а его средняя часть (сварочный наконечник) движется маятниковым движением, а центральный наконечник выполняет сварку.Максимальная амплитуда всегда сосредоточена в центре сварного шва. По словам Могадама, сварка обычно занимает всего несколько миллисекунд.

                        Одним из пользователей Soniqtwist PowerWheel является компания Royal Power Solutions, производитель систем распределения электроэнергии. Недавно компания разработала разъемы High Power Lock Box, которые обеспечивают высокую энергоэффективность благодаря более низкому сопротивлению.

                        К каждому разъему ультразвуковой сваркой приваривается медный кабель. Толщина кабеля варьируется от 5 AWG до 0000 AWG и содержит до 12 различных клемм.Некоторые из терминалов спроектированы с боковыми стенками. После обширных исследований и испытаний компания решила использовать сварочный аппарат Telsonics MPXTC для четырех небольших наконечников медных проводов (квадрат 16 миллиметров) и MT8000 PowerWheel для остальных (площадью до 120 миллиметров).

                        ©Сборка. Посмотреть все статьи.

                        Ультразвуковая приварка проволоки к металлу
                        /статья/Ультразвук+Сварка+проволоки+к+металлу/3769145/674295/статья.HTML

                        Меню

                        Список выпусков

                        Шоу-программа 2021

                        Время шоу 2021

                        Туристический гид 2021

                        Февраль 2021

                        Январь 2021

                        Декабрь 2020

                        ноябрь 2020

                        Октябрь 2020

                        Шоу-программа 2020

                        Сентябрь 2020

                        август 2020 г.

                        Руководство для покупателей, лето 2020 г.

                        июль 2020

                        июнь 2020 г.

                        Май 2020

                        Апрель 2020

                        март 2020 г.

                        Февраль 2020

                        Январь 2020

                        Декабрь 2019

                        ноябрь 2019

                        Шоу 2019 TIMES

                        Шоу-программа 2019

                        октябрь 2019 г.

                        Сентябрь 2019

                        Август 2019

                        Руководство для покупателей, лето 2019 г.

                        июль 2019

                        июнь 2019 г.

                        Май 2019

                        Апрель 2019

                        март 2019 г.

                        Февраль 2019

                        Январь 2019

                        Декабрь 2018 г.

                        ноябрь 2018 г.

                        Шоу-программа 2018

                        октябрь 2018 г.

                        сентябрь 2018 г.

                        август 2018 г.

                        Летний справочник покупателя 2018 г.

                        июль 2018 г.

                        июнь 2018 г.

                        май 2018 г.

                        Апрель 2018 г.

                        март 2018 г.

                        Февраль 2018

                        Январь 2018 г.


                        Библиотека

                        Как технология ультразвуковой сварки металлов соединяет цветные металлы

                        Автор Joe Stacy
                        Национальный менеджер по продажам ультразвуковой сварки металлов
                        Emerson Automation Solutions

                        В течение почти 30 лет ультразвуковая сварка металлов предлагала производителям уникальное надежное решение для соединения различных мягких проводящих цветных металлов, от меди, алюминия и никеля до лития, латуни, серебра и золота.Этот процесс особенно полезен для соединения разнородных комбинаций материалов в приложениях, в которых используются батареи, устройства накопления энергии, жгуты проводов и сборки, электрические выключатели и выключатели, бытовая электроника и сотовые телефоны, а также имплантируемые медицинские устройства.

                        В отличие от сварки сопротивлением и лазерной сварки, ультразвуковая сварка металлов соединяет металлы, не расплавляя их, поэтому в процессе не образуются интерметаллические соединения или частицы и не возникает коррозия. Этот низкоэнергетический твердотельный процесс соединяет металлы в нескольких конфигурациях, включая тонкую фольгу или листы, многожильные провода и шины (толщиной до 2 мм), создавая соединения с высокой электропроводностью для максимальной электрической эффективности.

                        Преобразование электрической энергии в энергию ультразвуковой сварки

                        Одно из наиболее важных применений технологии связано с транспортом, где почти все аккумуляторы, используемые в электромобилях, используют ультразвуковую сварку металлов для соединения их самых маленьких и основных компонентов. К ним относятся тонкие пленки из никеля, меди и сплавов, используемые в анодах, и алюминиевая фольга, обычно используемая в катодах, а также анодные и катодные выступы, которые связывают воедино их генерирующие энергию химические вещества.

                        Вариант процесса, ультразвуковое сращивание металлов, обеспечивает целостность жгутов проводов и разъемов, необходимых для подачи электроэнергии, входных сигналов датчиков или управляющих сигналов во множестве других приложений по всему миру.

                        Ультразвуковая сварка металлов в процессе работы
                        Как показано на приведенной выше схеме Преобразование энергии в энергию ультразвуковой сварки , источник питания использует стандартное напряжение электрической сети (обычно 50 или 60 Гц) и преобразует его в требуемую частоту. для сварки металлов (40 кГц для более мелких или более тонких деталей и 20 кГц для более крупных и толстых деталей).

                        Электрическая энергия передается по радиочастотному кабелю на преобразователь. В преобразователе используется пьезоэлектрическая керамика для преобразования электрической энергии в механические колебания на рабочей частоте источника питания. Эти колебания либо увеличиваются, либо уменьшаются в зависимости от конфигурации бустера и рупора. Надлежащая степень колебаний, известная как амплитуда, обычно определяется инженером по применению. Точный контроль амплитуды необходим для воспроизводимой сварки металлов.

                        Склеивание осуществляется с помощью высокочастотной вибрации металлов, находящихся под давлением, и применяется приводом. Нижняя металлическая часть удерживается неподвижно в инструменте, называемом наковальней, а верхняя часть прижимается к ней, подвергаясь движению колеблющегося рупора или «сонотрода». Сонотрод проходит горизонтально от источника питания сварочного аппарата и является источником ультразвуковой энергии, которая создает соединение металл-металл.

                        Ультразвуковое сращивание металлов металлургически соединяет многожильные цветные провода с помощью вибрационного движения и давления.

                        Когда начинается процесс сварки, верхняя часть колеблется под действием рупора, создавая силу сдвига, которая «счищает» окисление поверхности и загрязнения и создает гладкий контакт металла с металлом.

                        По мере продолжения колебаний металлические поверхности нагреваются, пластифицируются и смешиваются на границе раздела — и связываются на молекулярном уровне. В результате получается сплошной шов с мелкозернистой структурой, аналогичной структуре нагартованных металлов.

                        Весь процесс очень быстрый, сварка обычно выполняется за доли секунды.

                        Несколько методов контроля
                        В дополнение к способности соединять цветные металлы без их расплавления или повреждения, ультразвуковая сварка металлов предлагает несколько методов контроля, которые могут решить несколько производственных задач.

                        Среди наиболее важных из этих режимов управления:

                        • Контроль энергии сварки, который позволяет выполнять сварку в течение фиксированного промежутка времени (временной режим), до определенной конечной высоты сварного шва (высотный режим) или при фиксированном уровне подводимой энергии (энергетический режим).В энергетическом режиме ультразвуковой сварочный аппарат автоматически компенсирует, изменяя продолжительность сварки, чтобы адаптироваться к обычно возникающим различиям в состоянии поверхности (например, степени окисления и загрязнения) соединяемых металлов.

                        • Регулятор амплитуды сварки, который регулирует длину колебаний (амплитуду), подаваемых в зону сварки каждого соединения, и использует возможности источника сварочного тока, преобразователя, узла сонотрода и рупора.

                        • Регулятор прижимной силы сварки регулирует давление, прикладываемое к свариваемому соединению.Достижения в области автоматизации управления прижимной силой работают в обоих направлениях, позволяя применять большее и меньшее давление с исключительной точностью.

                        Ультразвуковая сварка позволяет соединить 100 и более слоев тонкой медной или алюминиевой фольги, упрощая сборку многослойных аккумуляторов с высокой плотностью энергии, используемых в новейших электромобилях.

                        Одним из примеров является Branson GSX, ультразвуковой сварочный аппарат от Emerson, который включает в себя новую электромеханическую приводную систему «легкого пера», которая измеряет прижимную силу с такой точностью, что может многократно инициировать ультразвуковую сварку с незначительной прижимной силой, необходимой для более старого оборудования.

                        Еще один новый метод ультразвуковой сварки, разработанный в Лаборатории прикладных программ Emerson, использует более высокое давление срабатывания для уложенных друг на друга металлических пленок, что позволяет создавать прочный сварной шов более «бережно», используя меньшую общую амплитуду сварки.

                        Ультразвуковая сварка и соединение металлов: преимущества процесса

                        • Работает с широким спектром цветных металлов
                        • Создает прочную металлургическую связь между разнородными металлами
                        • Не требует плавления — химия или металлургия материалов не изменяются
                        • Соединение высокопроводящих сплавов — реакционная способность материалов не имеет значения
                        • Не создает интерметаллических соединений, частиц или реакций, вызывающих коррозию
                        • Склеивает тонкие, хрупкие металлические пленки и структуры
                        • Предлагает несколько методов контроля, позволяющих настраивать процесс, повторяемость и SPC
                        • Обеспечивает низкое энергопотребление (потребление энергии до 30 раз меньше, чем при сварке плавлением или контактной сваркой) и без расходных материалов
                        • Обеспечивает самую низкую общую стоимость сварного шва среди всех технологий сварки

                        US Tech Online -> Ультразвуковая сварка металлов предлагает важные преимущества

                        Ультразвуковая сварка металлов — это процесс сварки в твердом состоянии, в котором используется локализованная высокочастотная вибрационная энергия в сочетании с умеренным усилием зажима.Он не требует расходных материалов, таких как сварочные электроды, флюсы, наполнители или припои, или специальных методов очистки. Эта энергоэффективная и безвредная для окружающей среды система не создает дуг или искр. Он отлично подходит для соединения цветных разнородных металлов, для сварки тонких срезов с более толстыми, для соединения нескольких слоев тонких материалов и для сварки через большинство оксидов и поверхностных масел. Ультразвуковая сварка металлов позволяет получить прочные соединения с хорошей тепло- и электропроводностью.Для оборудования требуется лишь скромное количество места.

                        Преимущества ультразвуковой сварки металлов особенно заслуживают внимания при сборке жгутов проводов для автомобильной и аналогичной техники. Сварщикам сопротивления требуется в 20 раз больше энергии, чем ультразвуковым сварщикам. Им также может потребоваться водяное охлаждение, которое может быть как дорогостоящим, так и требовать обработки воды перед ее возвратом в систему водоснабжения. Тем не менее, для изготовления ультразвуковой сварки требуется примерно столько же времени, сколько для сварки сопротивлением.Производители жгутов проводов также сообщают, что ультразвуковая сварка снижает затраты на крепление медных проводов на 50 процентов по сравнению со старыми методами обжима и пайки. Кроме того, соединения, сваренные ультразвуком, прочнее, имеют лучшую электропроводность и меньше весят без механического обжатия.

                        Wedge-Reed Design
                        С гордостью отметив, что все аппараты для ультразвуковой сварки металлов Sonobond производятся в США, президент Sonobond Джанет Дивайн далее привела несколько других факторов, благодаря которым эта технология стала таким прекрасным выбором.Она сказала: «Мы разрабатываем наше оборудование таким образом, чтобы помочь производителям снизить затраты. Например, машины Sonobond просты в эксплуатации и требуют минимального обучения. Наши ультразвуковые сварочные аппараты с микропроцессорным управлением могут устанавливать и вызывать из памяти до 250 протоколов сварки. можно контролировать по высоте, энергии или времени. Все это существенно снижает возможность дорогостоящих ошибок со стороны механизаторов».

                        Сборка фотоэлектрического элемента над панелью, сваренная ультразвуком.

                        Девайн продолжил: «Есть также встроенные функции, которые обеспечивают значительную экономию для наших клиентов. Например, все аппараты для точечной сварки металлов Sonobond используют запатентованную систему Wedge-Reed, которая сочетает в себе высокую вибрационную силу с низкоамплитудным соединением для максимальной эффективность сварки металлов.В этой системе используются термообработанные наконечники Taper Lock из инструментальной стали, рассчитанные на срок службы до 100 000 сварных швов.Когда наконечники, наконец, необходимо заменить, это можно сделать быстро и легко на наших машинах.Однако в ультразвуковых сварочных аппаратах некоторых других компаний может потребоваться замена всего рупора, а не только наконечника. Это может быть намного дороже с точки зрения времени простоя и затрат на оплату труда. Но это не все. Только ультразвуковая система Sonobond способна сваривать большинство окисленных и луженых металлов. Это еще одна важная причина, по которой многие компании выбирают оборудование Sonobond».

                        Множество областей применения
                        За свою долгую карьеру в Sonobond Джанет Дивайн сыграла важную роль в контроле над разработкой ультразвуковых сварочных аппаратов для самых разных областей применения.Эти приложения включают в себя:

                        • Сборка жгутов проводов и высокопрочных кабелей для автомобилей, грузовиков и промышленного оборудования. Оборудование Sonobond позволяет сваривать жгуты проводов с поперечным сечением до 100 мм 2 даже со слегка лужеными или окисленными проводами. Он уникален своей способностью делать это с помощью одного импульса.
                        • Усовершенствованные аккумуляторы и суперконденсаторы, включающие до 80 слоев фольги, даже при легком лужении. Система с двумя головками также может сваривать листы цветных металлов толщиной 3 миллиметра при наличии соответствующих инструментов.
                        • Сборка солнечных элементов, составляющих солнечные панели. Оборудование Sonobond можно использовать для приваривания алюминиевых полос к металлизированному стеклу фотомодулей. Полученные межсоединения между фотоэлементами создают массив с превосходной проводимостью.
                        • Сварка крупных металлических деталей, например, используемых в автомобильной промышленности. Устройства с «С-образной рамой» практически устраняют проблему прилипания наконечников к алюминиевым деталям и могут быть оборудованы для использования на больших промышленных роботах.
                        • Точечная сварка, включая приварку проволоки к клемме, одним импульсом. Ультразвуковые сварочные аппараты Sonobond идеально подходят для изготовления сборных шин, а также для приваривания многожильных проводов к латунным или медным клеммам и изготовления одноточечных клемм заземления.
                        • Быстрое и чистое сращивание тонкой алюминиевой и медной фольги толщиной до 0,004 дюйма. (0,1 мм) толщиной и до 48 дюймов. (1,2 м) в ширину. Наша система состоит из блока питания с твердотельным преобразователем, сварочной головки и вращающегося дискового наконечника, который пересекает фольгу по ширине со скоростью до 15 футов в минуту.Эта технология используется практически на всех фабриках по производству фольги в США.
                        • Самый мощный в отрасли аппарат для точечной сварки с полной выходной мощностью 4500 Вт для приварки проволоки большого сечения к клеммам, пластинам модуля зажигания и другим электронным/электрическим узлам. Сварные соединения часто прочнее основного металла, и процесс обычно занимает менее 1,5 секунд.
                        • Портативная заглушка с ручным управлением для точного обжатия и герметизации медных и алюминиевых трубок. Этот одноэтапный процесс обеспечивает быстрое, герметичное уплотнение без пайки и позволяет использовать трубы, уже заправленные охлаждающей жидкостью, жидкостями и газами.

                        Десятилетия роста
                        Ультразвуковая сварка металлов получила признание и даже определенный престиж на протяжении десятилетий. Снова и снова производители в самых разных областях находят этот процесс чрезвычайно экономичным и надежным решением для своих нужд. Sonobond сыграл важную роль в поиске новых применений в развивающихся отраслях. К ним относятся важные инновации в области электромобилей, солнечных батарей, аккумуляторов, электротехники и кабелей.В то же время оборудование компании продолжает улучшаться с точки зрения мощности, надежности и улучшения функций управления.

                        Хотя последние экономические условия удерживают некоторые компании от инвестиций в новое оборудование, г-жа Дивайн считает, что по мере улучшения ситуации будет возникать отложенный спрос. Она говорит: «Мы видим больше применений ультразвуковой сварки и более широкое признание ее использования в ряде нишевых отраслей. Мы также ожидаем, что робототехника будет означать более широкое использование ультразвука для сварки алюминия и других легких листовых металлов.Особенно это касается производителей автомобилей и аккумуляторов. Sonobond с оптимизмом смотрит в будущее ультразвуковой сварки металлов и твердо привержен сохранению своей лидирующей роли в этой растущей области».

                        В дополнение к полной линейке ультразвуковых сварочных аппаратов Sonobond предлагает ультразвуковое оборудование для нетканых материалов, текстиля и пластика. Среди многих клиентов компании ведущие фирмы в электротехнической, автомобильной, бытовой, солнечной, аэрокосмической, фильтрационной и швейной промышленности.

                        Контакт: Sonobond Ultrasonics, 1191 McDermott Drive, West Chester, PA 19380 800-323-1269 или 610-696-4710 факс: 610-692-0674 Электронная почта: [email protected] Web:

                        сварка металла

                        Аннотация

                        Ультразвуковая сварка металлов (УМС) становится все более широко используемой технологией для соединения пластичных материалов, особенно в секторе электромобилей.Однако этому процессу не хватает возможностей мониторинга, которые повысили бы уверенность в повторяемости сварных соединений. Часто для оценки качества используется только разрушающее тестирование. Этот метод контроля недостаточен для производственной линии и может привести к большому количеству брака и невозможности выявить все плохо сваренные компоненты. Работа, обсуждаемая в этой статье, направлена ​​на устранение пробелов в оценке качества сварных швов для UMW посредством мониторинга в процессе. Несколько датчиков были установлены на линии с линейным ультразвуковым сварочным аппаратом.Ток, напряжение, частота, усилие сдвига и смещение рупора как в поперечном, так и в вертикальном направлении контролировались на протяжении всех сварочных испытаний. Параметры ожидаемого качества сварного шва, сварного шва и приемлемого качества сварного шва были выбраны путем отборочных испытаний и методов планирования эксперимента (DOE). Двадцать сварных швов из каждого из этих трех наборов качества были выполнены со всеми инструментами контроля в течение нескольких раундов испытаний. Для подтверждения качества сварки в каждом эксперименте использовался разрушающий анализ. Это включало ручное испытание на отслаивание для получения качественных результатов и испытание на механическое отслаивание для получения количественных результатов, а также металлографический анализ поперечного сечения и поверхности сварного шва.Анализ сигналов, выполненный для каждого набора данных датчика, выявил уникальные особенности, которые могут быть связаны с входными параметрами сварки и результирующим качеством сварки. К этим функциям были применены методы машинного обучения для классификации качества сварки на основе данных мониторинга в процессе. Алгоритмы прогнозировали качество сварки с точностью более 90 %.

                        Презентация на конференции

                        © (2021) АВТОРСКОЕ ПРАВО Общество инженеров фотооптического приборостроения (SPIE).Скачивание тезисов разрешено только для личного использования.

                        Понимание ультразвуковой сварки

                        НАЖМИТЕ НА ИЗОБРАЖЕНИЕ, ЧТОБЫ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

                        Рис. 1
                        Хотя средства, с помощью которых вибрации в клиновидной системе и отличаются от системы с боковым приводом, получаются те же самые результаты.

                        Ультразвуковые колебания используются для сварки металлов и пластмасс с 1950-х годов. Для ультразвуковой сварки металлов твердотельный характер процесса, а также другие преимущества привели к широкому применению в электронной, автомобильной, аэрокосмической, бытовой и медицинской промышленности.Различные особенности ультразвуковой сварки металлов, а также последние тенденции в разработке процессов ведут к более широкому использованию этого процесса в ряде отраслей промышленности.

                        Системы ультразвуковой сварки

                        При ультразвуковой сварке ультразвуковые колебания создают относительное движение, подобное трению, между двумя поверхностями, удерживаемыми вместе под давлением. Движение деформирует, сдвигает и сглаживает локальные неровности поверхности, рассеивая оксиды и загрязняющие вещества на границе раздела, чтобы обеспечить контакт металла с металлом и сцепление между поверхностями. 1, 2 Процесс является твердофазным, что означает, что он происходит без плавления или плавления основных металлов.

                        На рис. 1 показаны два основных типа систем, используемых для ультразвуковой сварки металлов, а также показаны детали локального поведения в зоне сварки. Система бокового привода включает ультразвуковой преобразователь, усилитель и рупор/сонотрод. Источник питания подает высокочастотную электрическую энергию на пьезоэлектрический преобразователь, создавая высокочастотную механическую вибрацию на конце преобразователя.Типичная рабочая частота составляет 20 кГц, но возможна частота 30 кГц и выше. Эта вибрация передается через усилительную секцию, которая может быть предназначена для усиления вибрации, а затем передается на рупор/сонотрод, который передает вибрации на заготовки.

                        НАЖМИТЕ НА ИЗОБРАЖЕНИЕ, ЧТОБЫ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

                        Рис. 2a
                        Показанная здесь сварочная система с боковым приводом подает высокочастотную электрическую энергию на пьезоэлектрический преобразователь, создавая высокочастотную механическую вибрацию на конце преобразователя. Фото предоставлено EWI.

                        Заготовки, обычно два тонких листа металла в простом соединении внахлестку, прочно зажимаются между сонотродом и жесткой наковальней под действием статической силы. Верхняя заготовка прижимается к движущемуся сонотроду за счет рифленого рисунка на поверхности сонотрода. Точно так же нижняя заготовка прижимается к наковальне с помощью рифленого узора на наковальне. Ультразвуковые колебания сонотрода, которые параллельны поверхностям заготовки, создают относительное движение, похожее на трение, между поверхностью раздела заготовок, вызывая деформацию, срез и сплющивание неровностей, отмеченных ранее.

                        Компоненты сварочной системы размещены в корпусе, который захватывает сварочную сборку в критических точках, чтобы не гасить ультразвуковые колебания и обеспечивать средства приложения силы и перемещения сборки для приведения сонотрода в контакт с заготовками. и применить статическую силу. Пример сварочного аппарата с боковым приводом показан на рис. 2A .

                        Второй тип системы ультразвуковой сварки металлов известен как клиновидный. Ключевым элементом этой системы является пьезоэлектрический преобразователь, приводящий в действие бустер, который называется клином из-за его отличительной формы (но в остальном играет ту же роль, что и ранее описанный бустер).Затем клин приводит вертикальный стержень (трость) в изгибную вибрацию. Затем вибрация на конце язычка передается через сонотрод на язычке на заготовки (см. , рис. 2B ).

                        Расположение заготовки аналогично системе бокового привода — она зажимается между сонотродом и наковальней под действием статической силы. Наковальня клино-язычковой системы не жесткая (как при боковом приводе), а предназначена для небольшого изгиба под действием ультразвуковых колебаний.Хотя способ, которым вибрации производятся в язычковом клине, отличается от бокового привода, результаты те же: вибрационное движение сонотрода, параллельное поверхностям заготовки, создает относительное движение, подобное трению в заготовках. интерфейс.

                        Это видно при более детальном рассмотрении зоны сварки ( Рисунок 1 ), который показывает, что две системы производят одинаковый эффект в зоне сварного соединения тонкой области пластически деформированного материала, где твердотельная связь между заготовками, без расплавления материалов.

                        Системы ультразвуковой сварки аналогичны устройствам для точечной сварки, поскольку они обеспечивают соединение на небольшой площади деталей (обычно порядка 40 мм 2 ). Также возможно производить ультразвуковой сварной шов путем непрерывного проката твердого диска с ультразвуковой вибрацией по заготовкам. Другие типы систем ультразвукового соединения включают крутильные колебания и ультразвуковое микросоединение, широко используемые в электронной промышленности для соединения тонких проводов со схемами и микрочипами, где размеры сварных швов порядка 0.150 мм 2 .

                        Параметры ультразвуковой сварки

                        ЩЕЛКНИТЕ НА ИЗОБРАЖЕНИИ, ЧТОБЫ УВЕЛИЧИТЬ его

                        На процесс сварки может влиять ряд параметров, таких как частота ультразвука, амплитуда вибрации, статическая сила, мощность, энергия, время, материалы, геометрия детали и инструменты.

                        Ультразвуковая частота. Ультразвуковые сварочные преобразователи предназначены для работы на определенной частоте от 15 до 300 кГц для различных систем и приложений.Большинство систем сварки металлов работают на частоте от 20 до 40 кГц, причем 20 кГц является наиболее распространенной частотой.

                        Амплитуда вибрации. Амплитуда вибрации сварочного наконечника напрямую связана с энергией, подводимой к сварному шву. Амплитуды ультразвуковых колебаний довольно малы — 10, 30 или 50 микрон на сварном шве и редко превышают 100 микрон (примерно 0,004 дюйма). В некоторых сварочных системах амплитуда является зависимой переменной; то есть это связано с мощностью, приложенной к системе.В других системах амплитуда является независимой переменной, которую можно задавать и контролировать в источнике питания через систему управления с обратной связью.

                        Статическая сила. Сила, воздействующая на заготовки через сварочный наконечник и наковальню, создает тесный контакт между противоположными поверхностями, когда начинаются колебания сварного шва. Величина усилия, которая зависит от материалов и толщин, а также размеров получаемого шва, может составлять от десятков до тысяч ньютонов.Например, для сварки 40 мм 2 в алюминии серии 6000 может потребоваться усилие 1500 Н, в то время как 10 мм 2 сварных швов в листе мягкой меди толщиной 0,5 мм может потребовать только 400 Н.

                        Мощность, энергия и время. Несмотря на то, что мощность, энергия и время указаны как отдельные параметры сварки, их лучше всего рассматривать вместе, поскольку все они тесно связаны между собой. Когда выполняется сварка, напряжение и ток от источника питания создают электрическую энергию, которая поступает на преобразователь во время цикла сварки.Подведенная энергия представляет собой площадь под кривой мощности сварки. Большинство источников сварочного тока оцениваются по пиковой мощности, которую они могут обеспечить, и она варьируется от нескольких сотен ватт до нескольких киловатт. Установлено, что в большинстве случаев время сварки составляет менее одной секунды. Исходя из постоянной выходной мощности, 0,4-секундный сварной шов от сварщика мощностью 2 кВт выделит 800 Дж энергии.

                        Материалы. Охватывает широкий круг вопросов и параметров, связанных с ультразвуковой сваркой металлов. Во-первых, это тип материала или комбинация материалов.Было обнаружено, что большинство материалов и комбинаций материалов в той или иной степени пригодны для сварки, хотя для большинства из них обычно отсутствуют данные о конкретных параметрах сварки и характеристиках. Свойства материала, включая модуль, предел текучести и твердость, являются ключевым фактором.

                        Вообще говоря, мягкие сплавы, такие как алюминий, медь, никель, магний, золото, серебро и платина, легче всего свариваются ультразвуком. Более твердые сплавы, такие как титан, железо и сталь, аэрокосмические сплавы на основе никеля и тугоплавкие металлы (молибден и вольфрам) сложнее.

                        Характеристики поверхности материала — это еще один параметр, включающий отделку, оксиды, покрытия и загрязнения.

                        Геометрия детали. Форма свариваемых деталей играет важную роль, доминирующим фактором является толщина детали. Вообще говоря, тонкие детали имеют больше шансов на успешную ультразвуковую сварку. Увеличение толщины детали, в частности части, контактирующей со сварочным наконечником, требует большей площади сварочного наконечника, большей статической силы и более высокой мощности сварки.Максимально достижимая толщина будет зависеть от материала и доступной мощности источника сварочного тока.

                        Инструменты. Инструмент, состоящий из сонотрода/сварочного наконечника и наковальни, служит для поддержки деталей и передачи ультразвуковой энергии и статической силы. В большинстве случаев наконечник инструмента обрабатывается как неотъемлемая часть цельного сонотрода (см. , рис. 2A ), но в некоторых случаях используются съемные наконечники инструмента. Контактные поверхности инструментов обычно имеют механически обработанные рифленые узоры канавок и площадок или другую шероховатость поверхности для улучшения захвата заготовки.

                        В то время как контактные поверхности наконечника сварного шва и наковальни обычно плоские, наконечник сварного шва может иметь небольшую выпуклую кривизну для изменения контактных напряжений.

                        Ультразвуковая сварка

                        НАЖМИТЕ НА ИЗОБРАЖЕНИЕ, ЧТОБЫ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

                        Рис. 3е

                        Ультразвуковая сварка применяется в электротехнической/электронной, автомобильной, аэрокосмической, бытовой и медицинской отраслях.В настоящее время наиболее широкое применение в этих отраслях промышленности связано со сплавами меди, алюминия, магния и связанных с ними более мягких металлов, включая золото и серебро. Некоторые примеры:

                        • Соединения медных проводов в якорях двигателей ( Рисунок 3A ).
                        • Жгуты проводов, которые распределяют электрические сигналы и питание по всей конструкции кузова автомобиля и требуют множества ответвлений и объединений плетеных и одножильных проводов различных размеров. Аналогичные приложения, хотя и в меньшем масштабе, можно найти в производстве бытовой техники (, рис. 3B, ).
                        • Упаковочные изделия, требующие ультразвуковой сварки, торсионной или обычной точечной сварки. Сварка кручением используется для герметизации многих типов цилиндрических контейнеров, содержащих высокореакционноспособное или чувствительное к теплу содержимое, а также для приварки шпилек ( Рисунок 3C ).
                        • Соединения в батареях и топливных элементах из тонких медных, никелевых или алюминиевых пластин, слоев фольги или металлических сеток и пенопластов. Рисунок 3D представляет собой аккумуляторную батарею, запаянную шовной сваркой, включая крепление клемм.Шовная сварка также широко используется для герметичного сшивания пищевых и кулинарных пакетов из фольги и для сращивания рулонов фольги при их изготовлении.
                        • Несколько тонких пленок, позволяющих комбинировать тонкую и толстую фольгу ( Рисунок 3E ). Простая электрическая заделка точечной сваркой показана на рис. 3F , а медные контакты на клеммной пластине показаны на рис. 3G .

                        Будущее ультразвуковой сварки

                        Будущая тенденция использования ультразвуковой сварки связана с конструкционными автомобильными и аэрокосмическими применениями, соединением тонколистового алюминия и других легких металлов.Осуществимость процесса была продемонстрирована для закрывающих панелей как на вертолетах, так и на самолетах.

                        Разрабатываются более мощные сварочные комплексы мощностью 5 кВт и выше. Это позволит сваривать более сложные материалы и более толстые соединения.

                        Исследования, ведущие к лучшему пониманию этого процесса сварки, проводятся в нескольких промышленных и университетских лабораториях для определения всего диапазона материалов и приложений, которые реально могут быть соединены.Некоторый прогресс достигается в конфигурациях суставов, помимо наиболее распространенных соединений внахлестку; в качестве примера сообщалось о достижении стыковых сварных швов. Более широкое использование технологических датчиков может позволить контролировать и улучшать качество соединения.

                        Недавно появившееся применение ультразвуковой сварки — аддитивное производство, при котором тонкие металлические ленты свариваются вместе с чередующимися операциями механической обработки для производства цельнометаллических деталей. Это приложение может иметь специальное применение в области быстрого прототипирования.

                        Преимущества
                        • Сварка тонких и толстых комбинаций материалов.
                        • Отлично подходит для Al, Cu и других материалов с высокой теплопроводностью, которые часто трудно соединить процессами плавления.
                        • Сваривает оксиды и загрязнения, что является атрибутом действия, подобного трению на границе раздела.
                        • Твердотельный процесс, который не плавит материалы.
                        • Успешно соединяет множество комбинаций разнородных материалов.
                        • Сварка без присадочных металлов или газов.
                        • Быстро и легко автоматизируется.
                        Недостатки
                        • Ограничено суставами внахлестку.
                        • Ограничена по толщине шва.
                        • Сложная работа с высокопрочными материалами высокой твердости.
                        • Подлежит деформации материала под оснасткой.
                        • Может создавать слышимый шум из-за резонанса деталей.
                        • Процесс, незнакомый многим инженерам.

                        Д-р Карл Графф — технологический лидер в области ультразвука, а Мэтт Блосс — инженер проекта в Институте сварки Эдисона, 1250 Arthur E. Adams Drive, Columbus, OH 43221, 614-688-5000, [email protected]

                        Сварка металлов (ультразвуковая) | Ультразвуковые резонаторы

                        • Точечная сварка
                        • Сварка швов

                        • Фигурки
                          • Рисунок 1. Аппараты для ультразвуковой сварки металлов — типичные конфигурации оборудования
                          • Рис 2.Сменный металлический сварочный наконечник для клинового сварочного аппарата
                          • Рисунок 3. Металлический сварочный рожок с боковым приводом, поддерживаемый двумя вертикальными элементами
                          • Рисунок 4. Стальной металлический сварочный рожок с боковым приводом и встроенной сварочной поверхностью
                          • Рисунок 5. Металлический сварочный рожок с боковым приводом со сменным наконечником под шайбу
                          • Рисунок 6. Крепление Polar для сварочного аппарата с боковым приводом
                          • Рисунок 7. Жесткое крепление с использованием гибкой диафрагмы и ограничительного кольца
                          • Рис 8.Жесткое крепление с использованием узлового крепления корпуса
                          • Рисунок 9. Микросвязывание (обычно > 60 кГц)
                          • Рисунок 10. Устройство для сварки швов с креплением на полюс
                          • Рисунок A1. Размеры сменной металлической сварочной шайбы
                          • Рисунок A2. Размеры сменного наконечника металлической шайбы с припаянной износостойкой вставкой

                        • Столы
                          • Таблица 1. Сводная информация о характеристиках материала инструмента (износ и адгезия)
                          • Таблица 2.Компоненты сварочного аппарата с полярным креплением

                        Ультразвуковая сварка металлов представляет собой процесс соединения двух металлических деталей с применением ультразвуковой вибрации в режиме сдвига (скребка). Ультразвуковая вибрация вытесняет поверхностные оксиды и загрязняет границы раздела двух частей, тем самым обеспечивая плотный контакт металла с металлом, из которого происходит сварка. Температура сварки относительно низкая и не связана с плавлением.

                        Ультразвуковая сварка металлов больше всего подходит для более мягких металлов (алюминий, медь, латунь и т. д.).), хотя несколько более твердые материалы (например, титан) также могут быть сварены. Разнородные материалы (например, медь с алюминием) можно сваривать, если их твердость примерно одинакова. Ультразвуковая сварка металлов может использоваться с материалами с высокой электропроводностью, для которых контактная сварка не подходит.

                        На рис. 1 (Al‑Sarraf[1], стр. 9) показаны две основные конфигурации сварки металла — система клиновидного язычка и система бокового привода.

                        Рис 1.Аппараты ультразвуковой сварки металлов — типовые комплектации оборудования

                        Ригельная система

                        Система Wedge-reed была разработана Aeroprojects (патент Johnes[4] 2,946,119, 1960) и в настоящее время используется Sonobond Ultrasonics (преемником Aeroprojects). Привод этой системы состоит из горизонтально установленного преобразователя и клиновидного рупора, который соединен (например, пайкой) с вертикально установленным резонансным язычком. Рупор изгибает язычок, который, в свою очередь, приводит в движение сменный приварной наконечник с конусной посадкой (рис. 2) на свободном конце язычка.Требуемое сварочное усилие прикладывается к массе, расположенной на противоположном конце берда.

                        В зависимости от применения система может быть оснащена двумя коллинеарными противоположными язычками, один из которых действует как наковальня. Они работают в противофазе, тем самым эффективно удваивая амплитуду сварки и доступную мощность.

                        Эта система работает с относительно большой силой и малой амплитудой.

                        Рис 2.Сменный металлический сварочный наконечник для клинового сварочного аппарата

                        Система бокового привода

                        После разработки системы Wedge-reed компания Aeroprojects впоследствии разработала систему бокового привода (патент Johnes[5] 3,209,447, 1965). Позднее компания Branson Ultrasonics разработала систему поперечного привода с изгибно-резонансными опорными элементами в пучностях (патент Shoh[1] 3,752,380, 1973 г., рис. 3). Дальнейшие разработки и вариации этой системы (особенно в способах крепления) используются и сегодня.

                        Рисунок 3. Металлический сварочный рог с боковым приводом (16), поддерживаемый двумя вертикальными элементами (30 футов и 32 фута)
                        (патент Shoh[2] 3,752,380)

                        Рупор может быть сплошным (обычно из закаленной стали, рис. 4) или может иметь сменный многолепестковый сварочный наконечник (патент Holze[1] 3 813 006; см. рис. 5 и Приложение A; см. установку).Ультразвуковой пакет часто устанавливается в какой-либо цилиндрической оболочке (например, полярное крепление на рисунке 6), которая позволяет вращаться вокруг оси пакета (полярной), так что многолепестковый наконечник может быть правильно ориентирован по отношению к заготовке. Из-за своей осевой симметрии эта компоновка также хорошо подходит для шовной сварки. (Примечание. Усилитель на рис. 6а показан в неправильной ориентации. Шпилька должна быть обращена к датчику.)

                        Двойной привод

                        Рис 4.Стальной металлический сварочный рожок с боковым приводом и цельной сварочной поверхностью
                        (Stanasel[1], стр. 53)

                         

                         

                        Сравнение систем

                        Зажимное усилие

                        Согласно документации по продуктам Sonobond, «система Wedge-Reed отличается низкой амплитудой вибрации и высокой силой вибрации, подходящей для сварки металлов.Для сравнения: «Система бокового привода характеризуется высокой амплитудой вибрации и низкой силой вибрации, подходящей для сварки пластмасс». изгибающий момент на муфте, ограничивающий статическую силу. Это делает боковую приводная система, неспособная обеспечить приемлемые сварные швы для луженых или окисленных проводов и клемм».

                        Следует отметить, что система поперечного привода характеризуется ориентацией рупора по отношению к свариваемой детали, а не методом, которым рупор поддерживается .

                        Системы боковой поддержки привода

                        В патенте Shoh 3,752,380 (рис. 3) показана система бокового привода, в которой рупор (16) со сварным наконечником (40) поддерживается между двумя вертикальными (резонансными при изгибе) элементами (30 и 32). В этой конструкции на наконечнике отсутствует изгибающий момент, а допустимая сила зажима ограничена только прочностью опорных элементов. (Также см. — патент Джонса [5] 3 209 447, в котором рассматривается тот же вопрос; патент Роберта [3] 6 078 125 обсуждается здесь.)

                        В системе с боковым приводом, в которой рупор является консольным, усилие зажима вызывает вертикальное и, возможно, горизонтальное отклонение сварочного наконечника. Из-за кантилевера вертикальное отклонение слегка наклонит сварочную поверхность наконечника по отношению к наковальне (как открывание ножниц). Величина отклонения и результирующего смещения будет зависеть от жесткости штабеля и опорной конструкции, а также от силы зажима.

                        Для многих приложений (например,г., герметизация трубы) этот прогиб не вызовет проблем. Кроме того, если наконечник закруглен, это может не быть проблемой, поскольку наконечник по существу самоориентируется. Однако для некоторых применений, таких как сращивание проводов и заделка проводов, может потребоваться более тщательное выравнивание. Например, в патенте Patrikios[1] 8 113 258 говорится, что «положение сварочного наконечника должно поддерживаться в пределах 3 микрон (0,001 дюйма)» (столбец 1, строка 42). (Обратите внимание, что 3 микрона (3 * 10 90 551 -6 90 552 м) переводятся в 0,0001 дюйма, а не в 0.001 дюйма, поэтому указанное требование неясно. Однако любое требование довольно жесткое.)

                        Когда рупор консольный, существуют методы уменьшения вертикального отклонения рупора.

                        • Используйте очень жесткую опору. Например, в патенте Патринкиоса [1] 5772100 (рис. 7) показана конструкция с воротником (102), который опирается на узел рупора через поверхность 108. Этот хомут удерживается неподвижно, так что поверхность 108 ограничивает вертикальное отклонение рупора. Воротник изолирован ультразвуком от рупора с помощью диафрагмы (100) в пучности рупора, подобно диафрагме с полярным креплением в патенте Shoh [3] 3,955,740.(Интересно, что в патенте Partikios патент Shoh не упоминается как предшествующий уровень техники.) Подобно полярному креплению, эта конструкция не ограничивает поперечное (осевое) движение рупора. По сравнению с полярным креплением эта конструкция имеет три дополнительных преимущества:
                          • В полярной установке бустер должен быть настроен так, чтобы он соответствовал длине корпуса, или, в качестве альтернативы, корпус должен быть подогнан под существующую длину бустера. Поскольку в конструкции Patrikios задняя диафрагма не используется, длина бустера не ограничена.Таким образом, можно использовать любой готовый бустер.
                          • В полярной установке диаметр бустера ограничен внутренним диаметром корпуса. Так как дизайн Патрикиоса не имеют оболочку, окружающую ракету-носитель, ее диаметр не ограничен.
                          • Поскольку требуется только одна противоузловая диафрагма, усилитель может быть исключен, а стек может быть короче. Это предполагает, что коэффициент усиления рупора достаточен для обеспечения требуемой амплитуды сварки, когда рупор приводится в действие непосредственно датчиком.
                          • С другой стороны, если конструкция соответствует рисунку 7 (т. е. любая поверхность за поверхностью 108 превышает диаметр 108), то рупор можно заменить, только полностью сняв кольцо с диафрагмы. Поскольку полярная монтировка не имеет воротника вокруг рупора, рупор можно легко заменить, и можно использовать рупор любого диаметра.
                        • В другом монтажном устройстве патент Патрикиоса[1] 8,113,258 (рис. 8) ограничивает как поперечное, так и боковое отклонение сварочного наконечника.Оболочка (28) жестко устанавливается между двумя узлами (сужением 18а и 18b) на полноволновом рупоре (17). Это устраняет несколько гибкие диафрагмы полярного крепления и связанные с ними соединения, которые в противном случае способствуют податливости при изгибе.
                        • Используйте жесткий материал для звукового сигнала и/или усилителя. Например, модуль Юнга для стали почти вдвое больше, чем для титана. Обратите внимание, однако, что сталь имеет потери при высоких амплитудах, поэтому это необходимо учитывать. Также можно использовать монель.
                        • Используйте жесткий материал для изолирующих диафрагм.Обычно используется титан, но его можно заменить сталью, если ее усталостная долговечность приемлема. (Первоначальные полярные диафрагмы были рассчитаны на пиковую амплитуду 10 микрон при частоте 20 кГц. Однако это было сделано без использования FEA для анализа напряжений (Culp[0]), поэтому коэффициент запаса неизвестен, но может быть большим.)

                        Вышеприведенное показывает, что возможно очень жесткое крепление сварочных аппаратов с боковым приводом. Следовательно, при надлежащей конструкции, ограничивающей прогибы, система бокового привода по своей природе не уступает системе клиновидного язычка в своей способности воспринимать высокое усилие зажима.

                         

                        Примеры усилия зажима

                        Требуемое усилие зажима зависит от области применения.Ниже приведены некоторые избранные примеры.

                        Регулировка амплитуды сварочного наконечника

                        Система бокового привода позволяет использовать гудки и бустеры различного усиления. Это позволяет механически регулировать амплитуду сварочного наконечника с помощью этих компонентов (а не с помощью источника питания), чтобы при необходимости источник питания мог работать почти на полной мощности. Похоже, что Wedge-reed не допускает таких альтернативных конфигураций.

                        Сварочные поверхности обычно (но не обязательно) имеют насечки, чтобы «захватить» металлическую заготовку.Проблемы включают прилипание сварочных поверхностей к заготовке («прилипание») и износ зубцов. Эти проблемы могут быть смягчены в системе Wedge-Reed из-за ее меньшей амплитуды.

                        Настройка

                        В большинстве систем поперечного привода используется сменный наконечник с шайбой (рис. 4) или рупор со встроенной свариваемой поверхностью (рис. 4), а не вертикально ориентированный наконечник (рис. 3, объект 40), который ввинчивается, запрессовывается или крепится аналогичным образом. . Когда сварочная поверхность в таких системах нуждается в очистке или замене (например,например, из-за прилипания или износа), новая поверхность сварки, как правило, изначально не будет параллельна поверхности заготовки. Если эта неправильная ориентация значительна, то весь ультразвуковой пакет необходимо повернуть вокруг своей оси, чтобы получить правильную ориентацию. (Для сменного наконечника шайбы эту проблему можно решить, используя во время установки приспособление для выравнивания. В качестве альтернативы, наконечник можно прикрепить к рогу — см. Патринкиос [2], патент 8,113,258.) Напротив, свариваемая поверхность клиновидного Наконечник язычка всегда ориентирован параллельно наковальне, поэтому при замене наконечника регулировка не требуется.

                        Сварочный наконечник с клинообразным язычком имеет охватываемый конус Морзе, который запрессован в сопряженный охватывающий конус в вертикальном язычке. (Конус Морзе является самоблокирующимся с внутренним углом приблизительно 3 °.) Таким образом, во время установки наконечник может вращаться вокруг своей оси, чтобы выровняться с гнездом наковальни. Это позволяет ориентировать приспособление в наилучшем положении по отношению к оператору или заготовке. Для системы бокового привода ориентация наконечника фиксирована по отношению к рупору, поэтому гнездовое крепление должно быть ориентировано по отношению к фиксированному наконечнику.Это может быть не оптимальной ориентацией крепления гнезда.

                        Доступность

                        Глубина горла. Сварочный аппарат с клиновидным язычком имеет С-образный зажим между сварочным наконечником и наковальней. Глубина горловины этого С-образного хомута может быть сделана довольно большой (с учетом только соображений жесткости), чтобы можно было сваривать детали с большими поперечными размерами (например, листовые детали). Фактически, если бы сварочная головка и наковальня были установлены на отдельных тележках, размер заготовки был бы ограничен только длиной перемещения тележки.В системе бокового привода размер боковой части ограничен возможным вмешательством в рупор или опоры изоляции.

                        Досягаемость. Если сварка должна производиться внутри полости (например, на дне банки), то сварочный аппарат с клинообразным язычком имеет преимущество благодаря увеличенному радиусу действия. (Это предполагает, что поверхность сварки системы бокового привода не предназначена для вибрации при изгибе — например, в соответствии с микросклеиванием на рис. 9.) Теоретически радиус действия сварочного аппарата с клинообразным язычком можно увеличить, просто добавив дополнительные изгибные половинки. волны на тростник.

                        Техническое обслуживание и износ

                        Для системы бокового привода, показанной на рис. 5, рупор обычно изготавливается из Ti-6Al-4V. При высоких нагрузках ультразвуковой сварки поверхность рупора, примыкающая к сварочному выступу наконечника, может испортиться. Компания Branson Ultrasonics решила эту проблему, заменив сплав Ti-6Al-4V на Ti-7Al-4Mo. Другим решением является замена титанового рупора на рупор из закаленной стали.

                        В качестве альтернативы в системе бокового привода может использоваться цельный стальной рупор со встроенной свариваемой поверхностью (см. рис. 4). Затем, однако, необходимо заменить весь рупор, когда поверхность сварки изнашивается и ее уже невозможно восстановить. Система Wedge-reed не имеет этих проблем, поскольку и наконечник, и язычок изготовлены из закаленной стали, а конусный наконечник можно легко заменить.

                        Адаптивность

                        С добавлением подшипников и контактных колец система бокового привода может быть преобразована в ротационный сварочный аппарат (рис. 10).Это невозможно с системой Wedge-reed.

                        Длина сварного шва.

                        Инструменты

                        Инструментальные материалы

                        Хорошие инструментальные материалы должны иметь следующие характеристики —

                        • Высокая износостойкость. Высокая износостойкость обычно характеризуется сочетанием высокой ударной вязкости и высокой твердости. Эти свойства должны сохраняться при повышенных температурах сварки.
                        • Неадгезионный. Инструменты не должны прилипать или прилипать к заготовкам.(Это может частично зависеть от конструкции рабочих поверхностей инструмента, например зубцов.)
                        • Обоснованный убыток. Если инструмент наконечника является неотъемлемой частью рупора (рис. 4), то потери на рупоре должны быть разумными при амплитуде сварки. (См. потери стали.)

                        Обратите внимание, что производительность инструмента зависит как от материала инструмента, так и от его взаимодействия с материалом заготовки. Следовательно, инструмент, который хорошо работает с одним материалом заготовки, не обязательно будет хорошо работать с другим материалом заготовки.Что касается твердости, Блосс [1] (стр. 96) обнаружил, что «отношение требуемой твердости инструмента к твердости сварочного материала четко не определено». Например, рассмотрим сварку заготовок из нержавеющей стали 304 (таблица 1) — кованый вольфрам (HV 356) имел «удовлетворительные» характеристики, тогда как M2 (HV 926; твердость 2,6x) имел «плохие» характеристики.

                        В следующем разделе обсуждается несколько материалов, которые прошли оценку износа и адгезии для ультразвуковой оснастки. Этот список материалов не является исчерпывающим, поэтому могут быть доступны и другие (возможно, более качественные) материалы.

                        В таблице 1 приведены сводные данные по материалам инструментов, которые были исследованы Блоссом[1] (стр. 89).

                        Таблица 1. Сводная информация о характеристиках материалов инструмента (износ и адгезия)
                          М2
                        (HV 926)
                        350M
                        (HV 778)
                        Элкон 100Вт
                        (HV 432)
                        Кованый W
                        (HV 356)
                        W-25Re
                        (HV 509)
                        W-La
                        (HV 440)
                        ТЗМ
                        Ал 7075 Хорошо Хорошо ——— ——— ——— ———  
                        С.П. Ти Ярмарка Хорошо ——— Ярмарка ——— ——— Ярмарка
                        Ти-6Ал-4В Ярмарка Плохой ——— Ярмарка ——— ——— ———
                        Нержавеющая сталь 304 Плохой Бедный ——— Ярмарка Ярмарка ——— Бедный
                        Нержавеющая сталь 410 ——— Бедный Ярмарка Ярмарка Ярмарка Хорошо ———
                        Никель 625 Плохой Бедный Бедный Бедный ——— ——— ———
                        Никель 718 ——— Плохой Бедный Бедный ——— ——— ———

                        Примечания к таблице —

                        1. Ссылки взяты из Bloss[1], если не указано иное.
                        2. Твердость по Виккерсу HV определена экспериментально; см. таблицу Блосса 3, с. 46
                        3. Материалы, выделенные курсивом, показали себя перспективными или используются при сварке трением с перемешиванием (FSW), требования которой аналогичны ультразвуковой сварке металлов.
                        4. AISI M2 (5% Mo, 6% W, 2% V) является наиболее часто используемым материалом для оснастки из-за его высокой твердости и хорошей износостойкости. Однако компонент ванадия в M2 легко образует соединения с алюминиевыми заготовками, способствуя прилипанию наконечника.Кроме того, при сварке современных материалов, таких как титан, инструменты M2 быстро изнашиваются и легко сцепляются с некоторыми материалы. (стр. 28, 70) Упрочнен до 60-65 RC закалкой от 1200°С; не закаленный. (стр. 61) HV 926.
                        5. 350M = мартенситностареющая сталь AISI марки 18Ni (18% Ni, 12% Co, 4,8% Mo). Наконечники, изготовленные из стали 350M, имеют повышенный срок службы и износостойкость. свыше M2 при сварке AHSS (усовершенствованных высокопрочных сталей) и UHSS (сверхвысокопрочных сталей). (стр. 28) Он показал хорошие результаты при сварке технически чистого (CP) титана, но при работе с другими материалами заготовок возникали проблемы с залипанием наконечника.(стр. 71) Дисперсионное твердение при 500°C в течение 8-12 часов. (стр. 61) HV 778.
                        6. Elkon 100W = слитки порошка чистого вольфрама, прессованные и спеченные путем прокатки и обжатия. (стр. 45) Прочность связи между частицами вольфрама была недостаточной. (стр. 76) HV 432.
                        7. Wrought-W = чистый кованый вольфрам с повышенной прочностью и пластичностью по сравнению с Elkon 100W из-за повышенной деформации и механической обработки. (стр. 45) Однако чистый вольфрам по-прежнему имеет плохую пластичность при комнатной температуре (стр.27), поэтому были опробованы сплавы W-25Re и W-La. ХВ 356.
                        8. W-25Re = вольфрам-25% рения. Улучшенная пластичность и прочность по сравнению с чистым вольфрамом. (стр. 27) Чрезвычайная прочность и коррозионная стойкость. (стр. 45) HV 509.
                        9. W‑La = запатентованный вольфрамово-лантановый сплав. По-видимому, он обладает улучшенной пластичностью благодаря легирующим элементам и усиленной ковке и штамповке. (стр. 86) HV 440.
                        10. Вольфрам и его сплавы дороги и их трудно обрабатывать обычными способами.Кроме того, эти материалы имеют высокую плотность, поэтому полный наконечник был бы слишком тяжелым для работы в допустимом диапазоне частот ультразвукового сварочного оборудования. По этим причинам небольшие вставки из этих материалов припаивались к заготовкам сварочных наконечников М2. (стр. 59) Однако паяные соединения были проблематичными. (стр. 90) Вставки W‑La первоначально были припаяны паяльной фольгой Incusil ABA, но во время сварки паяные соединения разрушились. Более поздние вставки припаивались BNi-9 (более высокотемпературный и высокопрочный припой), что оказалось более удовлетворительным.(стр. 104)
                        11. Инструментальная сталь
                        12. T1 (не показана выше) была протестирована, но ее характеристики были хуже, чем у инструментальной стали 350M. (стр. 28)
                        13. Керамика имеет очень высокую твердость, но низкую ударную вязкость. (стр. 30)

                        Sonobond рекомендовал Udimet 700 компании Stittsworth[1] (стр. 12) для сварки «более твердых» материалов (по сравнению с алюминием и медью). Наковальня закалена до HRC 60–64 (стр. 30). (Примечание — эта рекомендация 1973 года может быть устаревшей.)

                        Прочная “керамическая” вставка Брэнсона.

                        Шаблоны оснастки

                        Накатка. Блосс[1] (стр. 27) предлагает накатку примерно в ½ толщины материала для сварки усовершенствованных сплавов более толстых толщин. Концы получившихся мужских накаток сплющиваются. В нижней части накатки был добавлен небольшой радиус для улучшения усталостные свойства. (стр. 71)

                        Текстуры. Блосс[1] (стр. 89) предполагает, что инструмент без наката может быть возможен в ситуациях, когда возможны высокие зажимные усилия (т. е. когда имеется достаточная мощность сварки, чтобы избежать остановки).Тогда износ можно было бы лучше контролировать, а наконечник можно было бы периодически полировать.

                        Stittsworth[1] (стр. 12, 25) использовал EDM (электроэрозионную обработку) для создания текстурированных поверхностей сварки (шероховатость 250 RMS). Полученные наконечники использовались в оборудовании Sonobond Wedge-reed для сварки тонких (~ 0,13 мм) медных и алюминиевых полос и проволоки.

                        Механическая обработка

                        Некоторые инструментальные материалы трудно обрабатывать «обычными» средствами. Для этих материалов Блосс[1] использовал лазерную обработку, шлифовку и электроэрозионную обработку (электроразрядную обработку).

                        Амплитуда сварки

                        Блеск – 58 микрон

                        В данном контексте шовная сварка определяется как сварной шов, при котором рог и заготовка перемещаются относительно друг друга для создания непрерывного или полунепрерывного сварного шва. В типичном устройстве весь ультразвуковой пакет вращается, поскольку цилиндрический диск или цилиндрический рупор выполняет сварку. Однако возможен и невращающийся рупор, особенно для сварки фольги. Оборудование может быть сконструировано таким образом, что рожок перемещается по заготовке, или заготовка может двигаться под стационарным рожком, подобно работе швейной машины.Шов может быть узким или широким.

                        Если ультразвуковой блок должен вращаться, можно адаптировать боковой привод, добавив подшипники и электрические токосъемные кольца (например, рис. 10). Wedge-reed не может быть адаптирован.

                        Примечание. Для шовной сварки биение поверхности сварки должно быть достаточно небольшим. Это несколько сложно в конструкции полярного крепления на рисунке 10 из-за допусков наложения поверхностей раздела между рупором (52) и диафрагмой (39a), а также между диафрагмой (39a) и оболочкой (28).Более подходящей является конструкция, показанная на рисунке 8, в которой отсутствуют диафрагмы.

                        Таблица 2. Компоненты шовного сварочного аппарата с полярным креплением
                        Артикул № Описание
                        16 Преобразователь
                        18 Бустер
                        20 Горн (звонок)
                        28 Полярная оболочка
                        38, 40 Заглушки
                        39А, 39Б Мембраны (настроенные)
                        44 Подшипник
                        52 Поверхность сварки

                        Если верхняя заготовка относительно тонкая (например,например, фольги), то поверхность сварки рупора может быть как гладкой, так и иметь легкий травленый или текстурный рисунок. Для более толстых заготовок может потребоваться более агрессивная поверхность свариваемой поверхности рога.

                        Рога

                        Там, где эта стопка предназначена для вращения, рупоры могут быть либо адаптацией обычных резонаторов, либо могут быть спроектированы так, чтобы вибрировать в каком-либо изгибном режиме.

                        См. также — Ультразвуковое аддитивное производство (УАМ).


                        В этом приложении показаны типичные размеры металлических сварочных наконечников с частотой 20 кГц для патента Holze[1] 3 813 006 на рис. 5 (от Bloss[1]).Рисунок накатки на наконечнике и форма сварочного выступа зависят от конкретного применения сварки.

                        Рисунок A1. Размеры сменного наконечника металлической шайбы
                        (патент Holze 3,813,006)
                        Рисунок A2.

                        Добавить комментарий

                        Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *