Anvendelsen af ultralydsteknologi i ledningsnetsvejsning
I fremstillingsprocessen af ledningsnet til biler bruges ultralydssvejsemaskiner generelt til at svejse samlinger af ledninger, der kræver limning. Ultralydssvejsning overfører mekaniske vibrationer direkte til ledningsnettet for at blive krympet gennem svejsehovedet. Anvendelsen af ultralydssvejsning i ledningsnetindustrien er allerede udbredt og er stigende.
Oprindelsen af Ultrasonic Metal Welding
Ultralydsmetalsvejsning blev ved et uheld opdaget i 1830'erne. På det tidspunkt, under eksperimenter med aktuelle punktsvejseelektroder og ultralydsvibrationer, blev det opdaget, at svejsning kunne opnås uden strøm, og dermed udviklede ultralyds koldmetalsvejsningsteknologi. Selvom ultralydssvejsning blev opdaget relativt tidligt, er dens virkningsmekanisme stadig ikke fuldt ud forstået. Det ligner friktionssvejsning, men der er forskelle. Ultralydssvejsning har meget kort tid, og temperaturen er under omkrystallisation; det adskiller sig også fra tryksvejsning, fordi det påførte statiske tryk er meget mindre.
Det antages generelt, at i den indledende fase af ultralydssvejsning fjerner tangentiel vibration oxider fra metaloverfladen og gentagne gange mikrosvejser og nedbryder ru overflader, øger kontaktområdet og hæver temperaturen i svejsezonen, hvilket resulterer i plastisk deformation ved grænsefladen af emnerne. Under kontakttryk, når emnerne nærmer sig hinanden i en afstand, hvor atomisk tiltrækning kan forekomme, dannes et svejsepunkt. For lang svejsetid eller for stor ultralydsamplitude kan reducere svejsestyrken eller endda forårsage skade.
Ultralydsmetalsvejsningsprincip: Ultralydsmetalsvejsning anvender højfrekvente vibrationsbølger på titusindvis af gange i sekundet, der overføres til overfladerne af to metalemner, der skal svejses. Påføring af tryk får metaloverfladerne til at gnide mod hinanden og danner en sammensmeltning mellem molekylære lag og opnår dermed svejseformålet. Dens fordele omfatter hastighed, energibesparelse, høj fusionsstyrke, god ledningsevne, ingen gnister og næsten kold behandling; dens ulemper omfatter manglende evne til at svejse meget tykke metaldele (generelt mindre end eller lig med 5 mm), manglende evne til at have et stort svejsepunkt og behovet for tryk.
Ultralydssvejsehovedet på et billedningsnet består hovedsageligt af fire dele: et svejsehoved, en amboltforbindelsesblok, en ambolttopblok og et polymerisationsmodul. Under svejsning er ledningerne lodret justeret og presset tæt mod ambolt-forbindelsesblokken. Efter at have trykket på fodkontakten, bevæger aggregeringsmodulet sig mod toppen af amboltblokken, mens ambolt-forbindelsesblokken og toppen af ambolten bevæger sig nedad sammen og presser billedningsnettet fast ind i svejseområdet. Svejsehovedet vibrerer og overfører energi til kobbertrådene og svejser dermed ledningsnettet sammen.
Under svejsning er det kun svejsehovedet, der vibrerer; de andre værktøjshoveder forbliver stationære. Efter svejsning trækkes aggregeringsmodulet og toppen af ambolten tilbage, mens ambolt-forbindelsesblokken hæver sig, så ledningsnettet kan fjernes. Fordi svejsehovedet vibrerer, mens de andre værktøjshoveder forbliver stationære, for at forhindre svejsning mellem værktøjshovederne og svejsehovedet og beskadigelse af svejsemaskinen, opretholdes et 0,025 mm mellemrum mellem den øvre overflade af svejsehovedet og jorden af aggregeringsmodulet og mellem siden af toppen af amboltblokken og siden af ambolt-forbindelsesblokken. Dette forhindrer svejsehovedet i at komme i kontakt med andre værktøjshoveder. Disse mellemrum skal også være fri for kobberskrot eller andet affald; ellers vil svejsning forårsage erosion af værktøjshovedets arbejdsflade, hvilket potentielt beskadiger printkortet. Da ultralydsvibrationer genereres af svejsehovedet, overføres dets energi fra svejsehovedet til toppen af ambolten. Derfor, jo tættere på svejsehovedet, jo større er energien, og energien overføres fra top til bund. Når trådene placeres, skal den tykkere tråd således placeres i bunden, tæt på svejsehovedets overflade, med de tyndere tråde anbragt lodret opad. Dette gør det muligt for den tykkere tråd at modtage større energi, hvilket forhindrer over- eller undersvejsning. Lodret arrangement forhindrer også sidesvejsning, hvilket sikrer svejsekvalitet.
Fordele og ulemper ved ultralydsmetalsvejsning
Fordele:
1. Ultralydsmetalsvejsning har lavt tryk og lavt energiforbrug og kan svejse uens metalmaterialer. Baseret på disse egenskaber kan metaldele hurtigt dannes ved omfattende udnyttelse af ultralydsmetalsvejseteknologi og CNC-fræseteknologi. Funktionelle komponenter kan indlejres under formningsprocessen for at skabe intelligente metalbaserede kompositmaterialer osv.
2. Ultralydsmetalsvejsemaskiner kan udføre punktsvejsning og kontinuerlig svejsning. De har en høj svejsehastighed. Med hensyn til anvendelsesområde kan selv materialer med væsentligt forskellige fysiske egenskaber svejses godt; den kan også svejse metalfolier, fine tråde, bittesmå enheder og flerlags metalplader af varierende tykkelse, som er svære at svejse med andre metoder.
3. Ultralydsmetalsvejsning producerer højstyrke svejsninger med fremragende stabilitet og høj udmattelsesbestandighed.
4. Svejseprocessen kræver ingen vandkøling eller gasafskærmning, hvilket resulterer i minimal deformation af det svejsede emne. Ingen varmebehandling såsom udglødning er nødvendig efter svejsning. Selve ultralydsmetalsvejseprocessen renser og nedbryder oxidlaget på overfladen af svejsningen. Svejseoverfladen er ren og æstetisk, hvilket eliminerer behovet for eftersvejsning som ved andre svejsemetoder.
5. Ultralydsmetalsvejsning bruger ikke svejsestave. Svejseområdet er ikke strømførende, og det svejste metal opvarmes ikke direkte. Sammenlignet med skærmet metalbuesvejsning og gassvejsning, bruger ultralydsplastiksvejsemaskiner i Suzhou betydeligt mindre energi, når de svejser det samme emne.
6. Fordi der ikke kræves flusmiddel, forurener det ikke arbejdsemnet og producerer ingen slagger, spildevand, skadelige gasser eller anden affaldsforurening, hvilket gør det til en energibesparende og miljøvenlig svejsemetode.
7. Da ultralydsgeneratoren bruger strømelektroniske kredsløb, er det nemt at implementere elektrisk kontrol og kan godt integreres med computere til svejsekontrol, hvilket opnår højpræcisionssvejsning og letter informatiseringen og automatiseringen af svejseprocessen.
Ulemper:
1. Mens ultralydssvejsning af metalmaterialer kan opnå fremragende svejseresultater, har stabiliteten, betjeningsevnen og pålideligheden af hele systemet – der kombinerer ultralydsgeneratoren og det akustiske system med det mekaniske system – stadig problemer. Derfor er designet af det akustiske system (transducer, amplitudetransformer, forbindelsesdele) og forbindelsesmetoden mellem det akustiske system og prøven afgørende spørgsmål.
2. Utilstrækkelig forståelse af mekanismen ved ultralydsmetalsvejsning. Hvorvidt ultralydsmetalsvejsning ikke involverer metalsmeltning, eller blot er en faststofsvejsemetode eller en 'bindingsproces' mellem metaller, kræver yderligere forskning.
3. Mange faktorer påvirker procesparametrene for ultralydsmetalsvejsning, hvilket gør det vanskeligt at opsummere.
4. Da den krævede svejseeffekt stiger eksponentielt med tykkelsen og hårdheden af emnet, og ultralydssvejsemaskiner med høj effekt er vanskelige og dyre at fremstille, vil yderligere stigninger i svejsekraften ikke kun give en række uløselige problemer i design og fremstilling af det akustiske system, men kan også mislykkes med at opnå de ønskede procesresultater. Derfor er det i øjeblikket begrænset til svejsning af tynde dele såsom tråde, folier og plader.
5. Ultralydssvejsemaskiner har relativt dårlig 'åbenhed', og emnets indføringsdimension kan ikke overstige det område, som svejsesystemet tillader. I øjeblikket er ledtypen begrænset til skødled.
6. Svejseoverfladen er tilbøjelig til højfrekvente mekaniske vibrationer, som kan forårsage træthedsskader i kanterne, hvilket gør den uegnet til svejsning af hårde og sprøde materialer.
