L'applicazione della tecnologia ad ultrasuoni nella saldatura di cablaggi
Nel processo di produzione dei cablaggi automobilistici, le saldatrici a ultrasuoni vengono generalmente utilizzate per saldare i giunti dei fili che richiedono l'incollaggio. La saldatura ad ultrasuoni trasmette le vibrazioni meccaniche direttamente al cablaggio da crimpare attraverso la testa di saldatura. L'applicazione della saldatura ad ultrasuoni nell'industria dei cablaggi è già diffusa ed è in aumento.
Origine della saldatura dei metalli ad ultrasuoni
La saldatura ad ultrasuoni dei metalli fu scoperta casualmente negli anni '30 dell'Ottocento. A quel tempo, durante gli esperimenti con gli elettrodi per saldatura a punti attuali e le vibrazioni ultrasoniche, si scoprì che la saldatura poteva essere effettuata senza corrente, sviluppando così la tecnologia di saldatura a ultrasuoni dei metalli a freddo. Sebbene la saldatura a ultrasuoni sia stata scoperta relativamente presto, il suo meccanismo d’azione non è ancora del tutto chiaro. È simile alla saldatura ad attrito, ma ci sono differenze. La saldatura ad ultrasuoni ha tempi molto brevi e la temperatura è inferiore alla ricristallizzazione; differisce dalla saldatura a pressione anche perché la pressione statica applicata è molto inferiore.
Si ritiene generalmente che nella fase iniziale della saldatura ad ultrasuoni, la vibrazione tangenziale rimuova gli ossidi dalla superficie metallica e ripetutamente microsalda e rompa le superfici ruvide, aumentando l'area di contatto e aumentando la temperatura della zona di saldatura, con conseguente deformazione plastica all'interfaccia dei pezzi. Sotto la pressione di contatto, quando i pezzi si avvicinano l'uno all'altro fino a una distanza in cui può verificarsi l'attrazione atomica, si forma un punto di saldatura. Un tempo di saldatura eccessivo o un'ampiezza ultrasonica eccessiva possono ridurre la resistenza della saldatura o addirittura causare danni.
Principio della saldatura dei metalli a ultrasuoni: la saldatura dei metalli a ultrasuoni utilizza onde di vibrazione ad alta frequenza decine di migliaia di volte al secondo trasmesse alle superfici di due pezzi metallici da saldare. L'applicazione della pressione fa sì che le superfici metalliche si sfreghino l'una contro l'altra, formando una fusione tra gli strati molecolari, raggiungendo così lo scopo della saldatura. I suoi vantaggi includono velocità, risparmio energetico, elevata resistenza alla fusione, buona conduttività, assenza di scintille e lavorazione quasi a freddo; i suoi svantaggi includono l'impossibilità di saldare parti metalliche molto spesse (generalmente inferiori o uguali a 5 mm), l'impossibilità di avere un punto di saldatura ampio e la necessità di pressione.
La testa di saldatura a ultrasuoni di un cablaggio automobilistico è composta principalmente da quattro parti: una testa di saldatura, un blocco di collegamento dell'incudine, un blocco superiore dell'incudine e un modulo di polimerizzazione. Durante la saldatura, i fili sono allineati verticalmente e premuti saldamente contro il blocco di collegamento dell'incudine. Dopo aver premuto l'interruttore a pedale, il modulo di aggregazione si sposta verso la parte superiore del blocco dell'incudine, mentre il blocco di collegamento dell'incudine e la parte superiore dell'incudine si spostano insieme verso il basso, premendo saldamente il cablaggio automobilistico nell'area di saldatura. La testa di saldatura vibra, trasferendo energia ai fili di rame, saldando così insieme il cablaggio.
Durante la saldatura vibra solo la testa saldante; le altre teste degli utensili rimangono fisse. Dopo la saldatura, il modulo di aggregazione e la parte superiore dell'incudine si ritraggono, mentre il blocco di collegamento dell'incudine si solleva, consentendo la rimozione del cablaggio. Poiché la testa di saldatura vibra mentre le altre teste dell'utensile rimangono ferme, per evitare la saldatura tra le teste dell'utensile e la testa di saldatura e danni alla saldatrice, viene mantenuto uno spazio di 0,025 mm tra la superficie superiore della testa di saldatura e il suolo del modulo di aggregazione e tra il lato della parte superiore del blocco dell'incudine e il lato del blocco di collegamento dell'incudine. Ciò impedisce alla testa di saldatura di entrare in contatto con altre teste di utensili. Tali spazi devono inoltre essere privi di rottami di rame o altri detriti; in caso contrario, la saldatura causerà l'erosione della superficie di lavoro della testa dell'utensile, danneggiando potenzialmente la scheda elettronica. Poiché la vibrazione ultrasonica è generata dalla testa di saldatura, la sua energia viene trasferita dalla testa di saldatura alla parte superiore dell'incudine. Pertanto, quanto più ci si avvicina alla testa di saldatura, tanto maggiore è l'energia, che viene trasferita dall'alto verso il basso. Pertanto, quando si posizionano i fili, il filo più spesso deve essere posizionato in basso, vicino alla superficie della testa di saldatura, con i fili più sottili disposti verticalmente verso l'alto. Ciò consente al filo più spesso di ricevere maggiore energia, evitando saldature eccessive o insufficienti. La disposizione verticale impedisce inoltre la saldatura laterale, garantendo la qualità della saldatura.
Vantaggi e svantaggi della saldatura dei metalli ad ultrasuoni
Vantaggi:
1. La saldatura dei metalli a ultrasuoni ha una bassa pressione e un basso consumo energetico e può saldare materiali metallici diversi. Sulla base di queste caratteristiche, le parti metalliche possono essere formate rapidamente utilizzando in modo completo la tecnologia di saldatura dei metalli a ultrasuoni e la tecnologia di fresatura CNC. I componenti funzionali possono essere incorporati durante il processo di formatura per creare materiali compositi intelligenti a base metallica, ecc.
2. Le saldatrici per metalli ad ultrasuoni possono eseguire saldature a punti e saldature continue. Hanno una velocità di saldatura elevata. In termini di campo di applicazione, anche materiali con proprietà fisiche notevolmente diverse possono essere saldati bene; può anche saldare lamine metalliche, fili sottili, piccoli dispositivi e lamiere multistrato di vario spessore difficili da saldare con altri metodi.
3. La saldatura dei metalli ad ultrasuoni produce saldature ad alta resistenza con eccellente stabilità ed elevata resistenza alla fatica.
4. Il processo di saldatura non richiede raffreddamento ad acqua o gas di protezione, con conseguente deformazione minima del pezzo saldato. Dopo la saldatura non è necessario alcun trattamento termico come la ricottura. Il processo di saldatura dei metalli ad ultrasuoni pulisce e rompe lo strato di ossido sulla superficie della saldatura. La superficie di saldatura è pulita ed esteticamente gradevole, eliminando la necessità di pulizia post-saldatura come con altri metodi di saldatura.
5. La saldatura dei metalli ad ultrasuoni non utilizza bacchette per saldatura. L'area di saldatura non è energizzata e il metallo saldato non viene riscaldato direttamente. Rispetto alla saldatura ad arco di metallo schermato e alla saldatura a gas, le saldatrici per plastica ad ultrasuoni a Suzhou consumano molta meno energia durante la saldatura dello stesso pezzo.
6. Poiché non è richiesto alcun flusso, non contamina il pezzo in lavorazione e non produce scorie, acque reflue, gas nocivi o altri rifiuti inquinanti, rendendolo un metodo di saldatura a risparmio energetico e rispettoso dell'ambiente.
7. Poiché il generatore di ultrasuoni utilizza circuiti elettronici di potenza, è facile implementare il controllo elettrico e può essere ben integrato con i computer per il controllo della saldatura, ottenendo saldature di alta precisione e facilitando l'informatizzazione e l'automazione del processo di saldatura.
Svantaggi:
1. Sebbene la saldatura a ultrasuoni di materiali metallici possa ottenere risultati di saldatura eccellenti, la stabilità, l'operatività e l'affidabilità dell'intero sistema, che combina il generatore di ultrasuoni e il sistema acustico con il sistema meccanico, presentano ancora problemi. Pertanto, la progettazione del sistema acustico (trasduttore, trasformatore di ampiezza, parti di collegamento) e il metodo di connessione tra il sistema acustico e il provino sono questioni cruciali.
2. Comprensione insufficiente del meccanismo della saldatura ad ultrasuoni dei metalli. Se la saldatura ad ultrasuoni dei metalli non comporti alcuna fusione del metallo, o sia semplicemente un metodo di saldatura allo stato solido, o un processo di 'incollaggio' tra metalli, sono necessarie ulteriori ricerche.
3. Molti fattori influenzano i parametri di processo della saldatura ad ultrasuoni dei metalli, rendendo difficile riassumerli.
4. Poiché la potenza di saldatura richiesta aumenta esponenzialmente con lo spessore e la durezza del pezzo da lavorare, e le saldatrici a ultrasuoni ad alta potenza sono difficili e costose da produrre, ulteriori aumenti della potenza di saldatura non solo presenteranno una serie di problemi insolubili nella progettazione e produzione del sistema acustico, ma potrebbero anche non riuscire a raggiungere i risultati di processo desiderati. Pertanto, attualmente è limitata alla saldatura di parti sottili come fili, lamine e lamiere.
5. Le saldatrici a ultrasuoni hanno un''apertura' relativamente scarsa e la dimensione di inserimento del pezzo non può superare l'intervallo consentito dal sistema di saldatura. Attualmente, il tipo di giunto è limitato ai giunti a sovrapposizione.
6. La superficie di saldatura è soggetta a vibrazioni meccaniche ad alta frequenza, che possono causare danni da fatica sui bordi, rendendola inadatta alla saldatura di materiali duri e fragili.
