Aplicarea tehnologiei cu ultrasunete în sudarea cablajului de sârmă
În procesul de fabricație a cablajelor auto, mașinile de sudură cu ultrasunete sunt în general utilizate pentru a suda îmbinările firelor care necesită lipire. Sudarea cu ultrasunete transmite vibrațiile mecanice direct cablajului pentru a fi sertizat prin capul de sudare. Aplicarea sudurii cu ultrasunete în industria cablajelor este deja răspândită și este în creștere.
Originea sudării metalelor cu ultrasunete
Sudarea metalelor cu ultrasunete a fost descoperită accidental în anii 1830. La acea vreme, în timpul experimentelor cu electrozi curenti de sudare în puncte și vibrații ultrasonice, s-a descoperit că sudarea poate fi realizată fără curent, dezvoltând astfel tehnologia de sudare cu ultrasunete a metalelor la rece. Deși sudarea cu ultrasunete a fost descoperită relativ devreme, mecanismul său de acțiune nu este încă pe deplin înțeles. Este similar cu sudarea prin frecare, dar există diferențe. Sudarea cu ultrasunete are un timp foarte scurt și temperatura este sub recristalizare; se deosebește și de sudarea sub presiune deoarece presiunea statică aplicată este mult mai mică.
În general, se crede că, în stadiul inițial al sudării cu ultrasunete, vibrațiile tangenţiale îndepărtează oxizii de pe suprafața metalului și micro-sudează în mod repetat și descompun suprafețele rugoase, crescând zona de contact și ridicând temperatura zonei de sudare, ducând la deformarea plastică la interfața pieselor de prelucrat. Sub presiune de contact, atunci când piesele de prelucrat se apropie una de cealaltă la o distanță unde poate apărea atracția atomică, se formează un punct de sudură. Timpul de sudare excesiv sau amplitudinea excesivă a ultrasunetelor pot reduce rezistența sudurii sau chiar pot provoca daune.
Principiul sudării metalelor cu ultrasunete: Sudarea metalelor cu ultrasunete utilizează unde de vibrație de înaltă frecvență de zeci de mii de ori pe secundă transmise pe suprafețele a două piese metalice care urmează să fie sudate. Aplicarea presiunii face ca suprafețele metalice să se frece unele de altele, formând o fuziune între straturile moleculare, atingând astfel scopul sudării. Avantajele sale includ viteza, economisirea energiei, rezistență ridicată la fuziune, conductivitate bună, fără scântei și procesare aproape la rece; dezavantajele sale includ incapacitatea de a suda piese metalice foarte groase (în general mai mici sau egale cu 5 mm), incapacitatea de a avea un punct de sudare mare și nevoia de presiune.
Capul de sudare cu ultrasunete al unui cablaj auto este format în principal din patru părți: un cap de sudură, un bloc de conectare nicovală, un bloc superior nicovală și un modul de polimerizare. În timpul sudării, firele sunt aliniate vertical și apăsate strâns pe blocul de legătură nicovală. După apăsarea comutatorului cu picior, modulul de agregare se deplasează spre partea de sus a blocului nicovală, în timp ce blocul de conectare nicovală și partea superioară a nicovalei se deplasează împreună în jos, apăsând ferm cablajul auto în zona de sudură. Capul de sudare vibrează, transferând energie firelor de cupru, sudând astfel cablajul împreună.
În timpul sudării, doar capul de sudare vibrează; celelalte capete de scule rămân staţionare. După sudare, modulul de agregare și partea superioară a nicovalei se retrag, în timp ce blocul de legătură nicovală se ridică, permițând scoaterea cablajului. Deoarece capul de sudură vibrează în timp ce celelalte capete de sculă rămân staționare, pentru a preveni sudarea între capetele sculei și capul de sudură și deteriorarea mașinii de sudură, se menține un spațiu de 0,025 mm între suprafața superioară a capului de sudură și solul modulului de agregare și între partea superioară a blocului nicovală și partea blocului de conectare a nicovalei. Acest lucru împiedică capul de sudare să intre în contact cu alte capete de scule. Aceste goluri trebuie să fie, de asemenea, fără resturi de cupru sau alte resturi; în caz contrar, sudarea va cauza erodarea suprafeței de lucru a capului sculei, putând deteriora placa de circuite. Deoarece vibrația ultrasonică este generată de capul de sudare, energia acestuia este transferată de la capul de sudare în partea de sus a nicovalei. Prin urmare, cu cât este mai aproape de capul de sudare, cu atât energia este mai mare, iar energia este transferată de sus în jos. Astfel, la asezarea firelor, sarma mai groasa trebuie asezata in jos, aproape de suprafata capului de sudura, cu firele mai subtiri dispuse vertical in sus. Acest lucru permite firului mai gros să primească o energie mai mare, prevenind suprasudarea sau subsudura. Dispunerea verticală previne și sudarea laterală, asigurând calitatea sudurii.
Avantajele și dezavantajele sudării metalelor cu ultrasunete
Avantaje:
1. Sudarea metalelor cu ultrasunete are o presiune scăzută și un consum redus de energie și poate suda materiale metalice diferite. Pe baza acestor caracteristici, piesele metalice pot fi formate rapid prin utilizarea completă a tehnologiei de sudare a metalelor cu ultrasunete și a tehnologiei de frezare CNC. Componentele funcționale pot fi încorporate în timpul procesului de formare pentru a crea materiale compozite inteligente pe bază de metal etc.
2. Mașinile de sudură cu ultrasunete pentru metale pot efectua sudare în puncte și sudură continuă. Au o viteză mare de sudare. În ceea ce privește domeniul de aplicare, chiar și materialele cu proprietăți fizice semnificativ diferite pot fi bine sudate; de asemenea, poate suda folii metalice, fire fine, dispozitive minuscule și foi metalice cu mai multe straturi de grosimi diferite, care sunt dificil de sudat folosind alte metode.
3. Sudarea metalelor cu ultrasunete produce suduri de înaltă rezistență, cu stabilitate excelentă și rezistență ridicată la oboseală.
4. Procesul de sudare nu necesită răcire cu apă sau ecranare cu gaz, rezultând deformarea minimă a piesei de prelucrat sudate. Nu este necesar nici un tratament termic, cum ar fi recoacerea, după sudare. Procesul de sudare cu ultrasunete a metalelor în sine curăță și descompune stratul de oxid de pe suprafața sudurii. Suprafața de sudură este curată și plăcută din punct de vedere estetic, eliminând necesitatea curățării postsudare ca și în cazul altor metode de sudare.
5. Sudarea metalelor cu ultrasunete nu folosește tije de sudură. Zona de sudare nu este alimentată, iar metalul sudat nu este încălzit direct. În comparație cu sudarea cu arc de metal ecranat și sudarea cu gaz, mașinile de sudură cu ultrasunete din plastic din Suzhou consumă mult mai puțină energie atunci când sudează aceeași piesă de prelucrat.
6. Deoarece nu este necesar nici un flux, acesta nu contaminează piesa de prelucrat și nu produce zgură, ape uzate, gaze nocive sau alte deșeuri poluante, ceea ce o face o metodă de sudare economisitoare de energie și ecologică.
7. Deoarece generatorul de ultrasunete folosește circuite electronice de putere, este ușor de implementat controlul electric și poate fi bine integrat cu calculatoarele pentru controlul sudării, realizând suduri de înaltă precizie și facilitând informatizarea și automatizarea procesului de sudare.
Dezavantaje:
1. În timp ce sudarea cu ultrasunete a materialelor metalice poate obține rezultate excelente de sudare, stabilitatea, operabilitatea și fiabilitatea întregului sistem - combinând generatorul de ultrasunete și sistemul acustic cu sistemul mecanic - au încă probleme. Prin urmare, proiectarea sistemului acustic (transductor, transformator de amplitudine, piesele de conectare) și metoda de conectare între sistemul acustic și specimen sunt aspecte cruciale.
2. Înțelegerea insuficientă a mecanismului sudării metalelor cu ultrasunete. Indiferent dacă sudarea cu ultrasunete a metalelor nu implică topirea metalului, sau este doar o metodă de sudare în stare solidă, sau un proces de „legare” între metale, necesită cercetări suplimentare.
3. Mulți factori influențează parametrii procesului de sudare a metalelor cu ultrasunete, ceea ce face dificil de rezumat.
4. Deoarece puterea de sudare necesară crește exponențial odată cu grosimea și duritatea piesei de prelucrat, iar mașinile de sudură cu ultrasunete de mare putere sunt dificil și costisitoare de fabricat, creșterea suplimentară a puterii de sudare nu numai că va prezenta o serie de probleme insolubile în proiectarea și fabricarea sistemului acustic, dar poate, de asemenea, să nu reușească să obțină rezultatele dorite ale procesului. Prin urmare, în prezent se limitează la sudarea pieselor subțiri, cum ar fi firele, foliile și foile.
5. Mașinile de sudură cu ultrasunete au „deschidere” relativ slabă, iar dimensiunea de inserare a piesei de prelucrat nu poate depăși intervalul permis de sistemul de sudare. În prezent, tipul de îmbinare este limitat la îmbinările articulate.
6. Suprafața de sudură este predispusă la vibrații mecanice de înaltă frecvență, care poate provoca deteriorarea prin oboseală la margini, făcând-o nepotrivită pentru sudarea materialelor dure și casante.
