Co to jest technologia konsolidacji ultradźwiękowej?

    Technologia wytwarzania metodą konsolidacji ultradźwiękowej jest zaawansowaną metodą wytwarzania materiałów i konstrukcji. Technologia ta opiera się głównie na zasadzie obróbki plastycznej wibracją ultradźwiękową metalu. Jako surowiec stosuje się folię metalową, a wibracje ultradźwiękowe o wysokiej częstotliwości powodują, że powierzchnia styku między warstwami przechodzi przez tarcie pod połączonym działaniem ciśnienia statycznego i energii drgań sprężystych. Efekty tarcia i wzrostu temperatury sprzyjają nieskończonemu przybliżaniu, wiązaniu i dyfuzji atomów metali pomiędzy granicami faz oraz zapewniają trwałe wiązanie metalurgiczne pomiędzy warstwami. Powszechnie uważa się, że tarcie, płynięcie plastyczne i temperatura są niezbędnymi czynnikami konsolidacji ultradźwiękowej, w której tarcie odgrywa dominującą rolę. Dzieje się tak nie tylko dlatego, że tarcie jest głównym źródłem ciepła podczas konsolidacji, ale także dlatego, że folia powoduje wzrost temperatury i płynięcie plastyczne. Jednocześnie tarcie może również usunąć warstwę tlenku, co stwarza warunki do dyfuzji atomów pomiędzy powierzchniami folii. 

                    

    System wibracji ultradźwiękowych składa się głównie z zasilacza ultradźwiękowego, przetwornika, klaksonu i głowicy narzędzia. Po pierwsze, ultradźwiękowy sygnał elektryczny o częstotliwości nie mniejszej niż 20 kHz jest emitowany przez zasilacz ultradźwiękowy. Sygnał elektryczny jest przekształcany na energię podłużnych drgań mechanicznych fazy częstotliwościowej przez ceramikę piezoelektryczną w przetworniku, a amplituda drgań mechanicznych jest przekształcana przez klakson. Powiększona do pewnego stopnia głowica narzędziowa jest wyprowadzana na głowicę narzędziową, która realizuje konsolidację metalu poprzez kontakt z obrabianymi częściami. Ultradźwiękowy system wibracyjny składający się z przetwornika, tuby i głowicy narzędzia jest wsparty na łożyskach, a nacisk statyczny wywierany podczas konsolidacji zapewnia konstrukcja wsporcza. Konsolidacja ultradźwiękowa należy do ciągłego procesu spawania. Dlatego konieczne jest ciągłe obracanie głowicy narzędzia poprzez regulację prędkości silnika. Dzięki skoordynowanemu dopasowaniu ruchu płaskiego i prędkości obrotowej można efektywnie kontrolować prędkość zgrzewania w procesie konsolidacji ultradźwiękowej i uniknąć zjawiska ślizgania się główki narzędzia po powierzchni folii.

    Technologia konsolidacji ultradźwiękowej została opracowana w oparciu o technologię zgrzewania ultradźwiękowego. Jest to zaawansowana metoda wytwarzania materiałów i konstrukcji. Technologia ta opiera się głównie na zasadzie obróbki plastycznej wibracją ultradźwiękową metalu. Jako surowiec wykorzystuje folię metalową i wykorzystuje drgania ultradźwiękowe o wysokiej częstotliwości, aby powierzchnia styku między warstwami była pod ciśnieniem statycznym i elastycznością. Pod połączonym działaniem energii wibracji seksualnych, nieskończone przybliżanie, wiązanie i dyfuzja atomów metalu między powierzchniami fazowymi jest wspomagane przez tarcie i wzrost temperatury, w wyniku czego realizowane jest stałe metalurgiczne wiązanie między warstwami. Technologia ta przełamuje tradycyjną technologię ultradźwiękową. Obszar spawania jest ograniczony punktem i linią, która realizuje konsolidację powierzchni metalu z powierzchnią.

    Jednocześnie technologia jest wysoce zaprojektowana. Z jednej strony łączy technologię frezowania komputerowego ze sterowaniem numerycznym w celu realizacji produkcji i przetwarzania trójwymiarowych części metalowych. Z drugiej strony, poprzez dopasowanie różnych materiałów, można uzyskać konstrukcję o wysokich parametrach, której nie da się osiągnąć za pomocą pojedynczego materiału. Po ponad 10 latach rozwoju teoretyczny system technologii produkcji konsolidacji ultradźwiękowej był stopniowo udoskonalany, a technologia jest stosunkowo dojrzała. Jako nowa metoda wytwarzania wysokowydajnych materiałów kompozytowych, służy do wytwarzania warstwowych metalowych struktur kompozytowych, struktur materiałowych o funkcjonalnym gradiencie, struktur kompozytowych wzmocnionych włóknami z metalową osnową i inteligentnych struktur kompozytowych z metalu. W tych obszarach drzemie ogromny potencjał.