Az ultrahangos technológia alkalmazása a kábelköteg-hegesztésben
Az autóipari kábelkötegek gyártási folyamatában általában ultrahangos hegesztőgépeket használnak a kötést igénylő vezetékek kötéseinek hegesztésére. Az ultrahangos hegesztés közvetlenül továbbítja a mechanikai rezgéseket a kábelköteghez, amelyet a hegesztőfejen keresztül préselnek. Az ultrahangos hegesztés alkalmazása a kábelköteg-iparban már széles körben elterjedt és egyre növekszik.
Az ultrahangos fémhegesztés eredete
Az ultrahangos fémhegesztést véletlenül fedezték fel az 1830-as években. Akkoriban az áramponthegesztő elektródákkal és az ultrahangos vibrációval végzett kísérletek során felfedezték, hogy áram nélkül is hegesztést lehet elérni, így fejlesztették ki az ultrahangos hidegfém-hegesztési technológiát. Bár az ultrahangos hegesztést viszonylag korán felfedezték, hatásmechanizmusa még mindig nem teljesen ismert. Hasonló a dörzshegesztéshez, de vannak különbségek. Az ultrahangos hegesztés nagyon rövid ideig tart, és a hőmérséklet az átkristályosodás alatt van; abban is különbözik a nyomáshegesztéstől, hogy az alkalmazott statikus nyomás sokkal kisebb.
Általános vélekedés szerint az ultrahangos hegesztés kezdeti szakaszában a tangenciális vibráció eltávolítja az oxidokat a fémfelületről, és ismételten mikrohegeszti és lebontja a durva felületeket, növelve az érintkezési felületet és a hegesztési zóna hőmérsékletét, ami plasztikus deformációt eredményez a munkadarabok határfelületén. Érintkezési nyomás alatt, amikor a munkadarabok olyan távolságra közelednek egymáshoz, ahol atomi vonzás léphet fel, hegesztési pont keletkezik. A túl hosszú hegesztési idő vagy a túlzott ultrahang amplitúdó csökkentheti a hegesztési szilárdságot vagy akár sérülést is okozhat.
Ultrahangos fémhegesztési elv: Az ultrahangos fémhegesztés másodpercenként több tízezerszeres nagyfrekvenciás rezgéshullámokat használ, amelyek két hegesztendő fém munkadarab felületére továbbítanak. Nyomás hatására a fémfelületek egymáshoz dörzsölődnek, fúziót képezve a molekuláris rétegek között, ezzel elérve a hegesztési célt. Előnyei közé tartozik a sebesség, az energiatakarékosság, a nagy fúziós szilárdság, a jó vezetőképesség, a szikramentesség és a majdnem hideg feldolgozás; hátrányai közé tartozik, hogy nem lehet nagyon vastag fém alkatrészeket hegeszteni (általában 5 mm-nél kisebb vagy azzal egyenlő), nem lehet nagy hegesztési pontot kialakítani, és nyomásra van szükség.
Az autóipari kábelköteg ultrahangos hegesztőfeje alapvetően négy részből áll: egy hegesztőfejből, egy üllőcsatlakozó blokkból, egy üllő felső blokkból és egy polimerizációs modulból. A hegesztés során a huzalok függőlegesen vannak elrendezve, és szorosan hozzá vannak nyomva az üllőcsatlakozó blokkhoz. A lábkapcsoló megnyomása után az aggregációs modul az üllőblokk teteje felé mozdul el, míg az üllő összekötő blokkja és az üllő teteje együtt mozog lefelé, erősen benyomva az autós kábelköteget a hegesztési területre. A hegesztőfej rezeg, energiát ad át a rézhuzaloknak, így összehegeszti a kábelköteget.
Hegesztés közben csak a hegesztőfej rezeg; a többi szerszámfej álló helyzetben marad. A hegesztés után az aggregáló modul és az üllő teteje visszahúzódik, míg az üllő összekötő blokkja felemelkedik, lehetővé téve a kábelköteg eltávolítását. Mivel a hegesztőfej rezeg, miközben a többi szerszámfej helyben marad, a hegesztőfejek és a hegesztőfej közötti hegesztés és a hegesztőgép károsodásának elkerülése érdekében 0,025 mm-es rés marad a hegesztőfej felső felülete és az aggregáló modul talaja között, valamint az üllőblokk tetejének oldala és az üllőblokk összekötő oldala között. Ez megakadályozza, hogy a hegesztőfej érintkezzen más szerszámfejekkel. Ezeknek a réseknek szintén mentesnek kell lenniük rézhulladéktól vagy egyéb törmeléktől; ellenkező esetben a hegesztés a szerszámfej munkafelületének erózióját okozza, ami károsíthatja az áramköri lapot. Mivel az ultrahangos rezgést a hegesztőfej generálja, energiája a hegesztőfejről az üllő tetejére kerül. Ezért minél közelebb van a hegesztőfejhez, annál nagyobb az energia, és az energia felülről lefelé halad át. Így a vezetékek elhelyezésénél a vastagabb huzalt alul, a hegesztőfej felületéhez közel, a vékonyabb huzalokat függőlegesen felfelé kell elhelyezni. Ez lehetővé teszi, hogy a vastagabb huzal nagyobb energiát kapjon, megakadályozva a túl- vagy alulhegesztést. A függőleges elrendezés megakadályozza az oldalhegesztést is, biztosítva a hegesztés minőségét.
Az ultrahangos fémhegesztés előnyei és hátrányai
Előnyök:
1. Az ultrahangos fémhegesztés alacsony nyomással és alacsony energiafogyasztással rendelkezik, és különböző fémanyagokat is képes hegeszteni. Ezen jellemzők alapján az ultrahangos fémhegesztési technológia és a CNC marási technológia átfogó felhasználásával fém alkatrészek gyorsan alakíthatók. Funkcionális komponensek beágyazhatók az alakítási folyamat során, így intelligens fémalapú kompozit anyagokat stb.
2. Az ultrahangos fémhegesztőgépek ponthegesztést és folyamatos hegesztést végezhetnek. Gyors hegesztési sebességgel rendelkeznek. Alkalmazási kört tekintve még a jelentősen eltérő fizikai tulajdonságú anyagok is jól hegeszthetők; fémfóliákat, finomhuzalokat, apró eszközöket és más módszerekkel nehezen hegeszthető, változó vastagságú többrétegű fémlemezeket is képes hegeszteni.
3. Az ultrahangos fémhegesztés nagy szilárdságú, kiváló stabilitású és nagy fáradtságállóságú varratokat eredményez.
4. A hegesztési folyamat nem igényel vízhűtést vagy gázárnyékolást, ami a hegesztett munkadarab minimális deformációját eredményezi. A hegesztés után nincs szükség hőkezelésre, például izzításra. Maga az ultrahangos fémhegesztési eljárás megtisztítja és lebontja a varrat felületén lévő oxidréteget. A hegesztési felület tiszta és esztétikus, így nincs szükség a hegesztés utáni tisztításra, mint más hegesztési eljárásoknál.
5. Az ultrahangos fémhegesztés nem használ hegesztőrudakat. A hegesztési terület nincs feszültség alatt, és a hegesztett fém nem melegszik közvetlenül. Az árnyékolt fém ívhegesztéshez és gázhegesztéshez képest a Suzhou-i ultrahangos műanyaghegesztőgépek lényegesen kevesebb energiát fogyasztanak ugyanazon munkadarab hegesztésekor.
6. Mivel nincs szükség fluxusra, nem szennyezi a munkadarabot és nem termel salakot, szennyvizet, káros gázokat vagy egyéb hulladékszennyezést, így energiatakarékos és környezetbarát hegesztési módszer.
7. Mivel az ultrahangos generátor teljesítményelektronikai áramkört használ, könnyen megvalósítható az elektromos vezérlés, és jól integrálható számítógépekkel a hegesztésvezérléshez, a nagy pontosságú hegesztés megvalósításához, valamint a hegesztési folyamat informatizálásának és automatizálásának megkönnyítéséhez.
Hátrányok:
1. Míg a fémanyagok ultrahangos hegesztése kiváló hegesztési eredményeket érhet el, a teljes rendszer stabilitása, működőképessége és megbízhatósága – az ultrahangos generátor és az akusztikus rendszer kombinálása a mechanikai rendszerrel – továbbra is problémákat okoz. Ezért az akusztikai rendszer (átalakító, amplitúdótranszformátor, csatlakozó részek) tervezése, valamint az akusztikai rendszer és a próbatest közötti csatlakozási mód döntő kérdés.
2. Az ultrahangos fémhegesztés mechanizmusának elégtelen ismerete. További kutatást igényel, hogy az ultrahangos fémhegesztés nem jár-e fémolvasztással, vagy csupán szilárdtest-hegesztési módszer, vagy fémek közötti 'kötés' folyamat.
3. Az ultrahangos fémhegesztés folyamatparamétereit számos tényező befolyásolja, ami megnehezíti az összefoglalást.
4. Mivel a szükséges hegesztési teljesítmény exponenciálisan növekszik a munkadarab vastagságával és keménységével, és a nagy teljesítményű ultrahangos hegesztőgépek gyártása nehéz és költséges, a hegesztési teljesítmény további növelése nemcsak az akusztikai rendszer tervezésében és gyártásában okoz megoldhatatlan problémákat, de előfordulhat, hogy nem is éri el a kívánt folyamateredményeket. Ezért jelenleg vékony részek, például huzalok, fóliák és lapok hegesztésére korlátozódik.
5. Az ultrahangos hegesztőgépek viszonylag gyenge 'nyitással', és a munkadarab behelyezési mérete nem haladhatja meg a hegesztőrendszer által megengedett tartományt. Jelenleg az ízület típusa átlapolt ízületekre korlátozódik.
6. A hegesztési felület hajlamos a nagyfrekvenciás mechanikai vibrációra, ami a széleken kifáradási sérüléseket okozhat, így nem alkalmas kemény és törékeny anyagok hegesztésére.
