Технология ультразвуковой сварки
Использование ультразвука сегодня охватило даже промышленную сферу. Классический пример тому — сварка ультразвуковая. Она основана на ряде физических закономерностей, о которых стоит знать перед началом работ. В чем особенности процесса? Какое оборудование применяется? Каковы достоинства ультразвука при сварке? Об этом вы узнаете из данного материала.
Оглавление
Общие сведения
Ультразвуковая сварка — это метод создания неразъемных соединений, при котором электрические колебания определенной частоты при помощи генератора меняются на механические колебания аппарата. Электрические колебания ультразвука составляют в среднем 30 кГц.
Специфика операции — в направлении теплового воздействия. УЗС отличается от классических методов сварки тем, что нагреваются лишь контактирующие участки деталей, а не все целиком. Она применима при обработке разнородных материалов, а для ряда полимерных выступает единственно верным способом соединения.
Время сваривания определяется характеристиками материалов и варьируется от десятых долей до нескольких секунд. При помощи ультразвука идеально свариваются поликарбонат, ПВХ, полипропилен, кожи и ткани с синтетическими волокнами.
Специфика процесса
Задача любой сварки — надежное соединение материалов. При нагревании участков молекулы заготовок переходят в возбужденное состояние, сопровождающееся увеличением расстояния между ними. Здесь может происходить рекомбинация связей составных элементов. Как выполнить это с наименьшими потерями материала, быстро и качественно? Тут без ультразвуковой сварки обойтись сложно.
У/З волна направленного действия попадает в предполагаемое место стыка деталей. Под ее воздействием происходит ранее описанный процесс — возбуждение молекул. Достаточно сблизить заготовки, чтобы процесс их слияния стал неизбежным.
Достоинства ультразвуковой сварки
К преимуществам способа относятся:
- отменная прочность соединенных деталей;
- отсутствие необходимости предварительной подготовки поверхностей (шлифовка, очищение грязи и т.п.), а также зачистки шва после кристаллизации;
- внутренние напряжения шва отсутствуют на всех стадиях работы;
- внешне шов не различим;
- процесс может протекать без участия оператора;
- повышение эффективности производства за счет экономии времени сварщиков на работу;
- возможность совмещения ряда операций (с резкой металла, либо нанесением рисунка);
- при сварке ультразвуковой дополнительные расходные или соединительные элементы не требуются (клей, нитки, растворители);
- при действии волны ультразвука на человека не оказывают негативное влияние какие-либо ее составляющие;
- не требуется защитная среда (газовая);
- экономичность использования электроэнергии.
Одинаково хороши оба известных способа ультразвуковой сварки — шовный и прессовый. Первый используется для получения швов длиной менее 250 мм, второй — при точечном или контурном соединении.
Коротко об установках
Оборудование для ультразвуковой сварки состоит из следующих узлов:
- генератор электрических колебаний;
- акустический узел с волноводом;
- прессовый механизм;
- контролирующая процесс аппаратура.
В самостоятельном изготовлении устройства нет необходимости, и на то есть ряд причин. Первая и основная — создание машины потребует множества математических и физических расчетов. Минимальное отклонение приведет к появлению резонанса в месте контакта деталей, что снизит качество сварного соединения.
Разновидности УЗС
Сварка ультразвуком классифицируется по ряду критериев. Первый — способ передачи энергии. Так выделяют:
- контактную;
- передаточную сварку.
Первая обычно используется для соединения мягких пластмасс, пленок, синтетики толщиной до 5 мм. Наиболее распространенный метод сварки — внахлест. Вторая применима при обработке жестких пластмасс (полистирол, капрон и т.п.). Соединение — стыковое.
Другими критериями классификации УЗС являются:
- способ перемещения волновода (прессовая — за одно короткое движение элемента; непрерывная — за продолжительное воздействие на участок сварки);
- способ дозировки вводимой механической энергии (с фиксацией времени воздействия у/з импульса, осадкой либо зазором).
- Особенности сварочного оборудования
В отличие от ручной или полуавтоматической работы, где можно использовать разные типы электродов или проволок, а также изменять другие параметры процесса, в оборудовании для ультразвуковой сварки все рассчитано до мелочей. Процесс протекает следующим образом:
- генератор создает электрический импульс;
- колебания преобразуются в высокочастотную звуковую волну;
- волна передается через волновод к месту соединения деталей;
- здесь она создает резонанс;
- смещение материалов друг к другу приводит к их мгновенному соединению.
В зависимости от физических характеристик соединяемых материалов подбирается частота колебаний. Далее — некоторые примеры установок.
Оборудование для ультразвуковой сварки
Условно все аппараты можно поделить на три группы:
- стационарные (станки);
- настольные;
- ручные.
Примером первой группы является машина ультразвуковой сварки SportTex EU 1300. Визуально она напоминает обычную швейную машинку.
- напряжение — 220 В;
- частота — 50 Гц;
- мощность — 1,5 кВт;
- рабочая поверхность — 50 мм;
- производительность — до 10 м/мин;
- давление рабочее — до 7 бар;
- рабочая частота — до 20 кГц;
- габариты — 1200х1200х550 мм;
- вес — 110 кг.
Стоимость установки составляет не менее 200 тысяч рублей, поэтому используется она обычно на производстве.
К более компактным устройствам относится ультразвуковой модуль настольного типа для соединения тубов (небольших продолговатых емкостей, например, для зубных паст, кремов и т.д.). Скорость работы настольных установок варьируется от 0,3 до 1,5 с и зависит от ширины шва (до 70 мм).
Другие параметры:
- рабочая частота — до 35 кГц;
- мощность — до 1,5 кВт;
- пневматический привод;
- габариты — 533х261х219 мм;
- вес — 30 кг.
Стоимость подобных установок на порядок ниже, чем стационарных.
Самые компактные устройства для ультразвуковой сварки применяются для клепки пластмасс, прихватки небольших деталей, фиксации элементов на несущие конструкции. Пример — ручная машинка Handy Star. Ее мощность, частота и скорость работы похожи на настольные устройства, однако габариты и масса существенно ниже, что отражается на стоимости. Рассматриваемый инструмент в сумме трех измерений дает 720 мм, а масса составляет лишь 4,5 кг. Используется такое оборудование для ультразвуковой сварки в автомобильной промышленности, ремонте брезентовых изделий, производстве ленточных транспортеров.
Важно помнить ряд моментов. Первый — длина свариваемых деталей не должна превышать четверть метра. Это обусловлено конструкцией установок. Второй — соединяемые детали должны быть сухими. Третий — как минимум одна из деталей должна быть тонкостенной.
Известны ли вам особенности работы с оборудованием для ультразвуковой сварки и сталкивались ли вы с ним на практике? Если вам есть, чем поделиться с читателями, оставьте свой отзыв в комментариях к статье.