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.

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.Схема ультразвуковой сварки

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:Современная ультразвуковая сварка

  • 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. Ручная установка для ультразвуковой сварки 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.

Технические характеристики:Ультразвуковой сварка SportTex EU 1300.

  • 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.

Поиск записей с помощью фильтра:
Вид обработки
Вид проката
Вид материала