Да ли знате ултразвучно заваривање металних жица?

Свеобухватна анализа ултразвучног заваривања металних жица

Ултразвучно заваривање металних жица је високо ефикасна технологија спајања у чврстом стању која се широко користи у аутомобилској, електронској и индустрији кућних апарата. Користи се за трајно заваривање више металних жица (жичаних снопова) или металних лимова заједно са проводницима.

 Шта је ултразвучно заваривање металних жица?

То је метода заваривања која користи енергију ултразвучних вибрација високе фреквенције (обично 20 кХз, 35 кХз или 40 кХз) под притиском да би се постигла атомска веза између два или више слојева металних материјала у чврстом стању.

1. Основни принцип:

①Заваривање у чврстом стању: Метал се не топи током целог процеса. Ово је фундаментална разлика између њега и метода заваривања фузијом као што су лемљење и електролучно заваривање.

②Енергијски облик: Користи енергију механичких вибрација, а не топлотну енергију.

③Механизам деловања: Ултразвучна вибрација генерише силу смицања и трење на интерфејсу заваривања, разбијајући слој оксида и загађиваче на површини метала, омогућавајући чистим атомима метала да дођу у блиски контакт, формирајући снажну металуршку везу под притиском и међуатомским силама.

 Принцип рада и процес

Процес заваривања се обично завршава у року од једне десетине до неколико секунди и може се поделити у три фазе:

1. Почетни степен притиска:

①Свежањ жице за заваривање је фиксиран између наменског калупа за заваривање (горњи калуп/глава за заваривање и доњи калуп/наковањ).

②Апарат за заваривање примењује константан статички притисак (сила стезања) да би компримовао жичани свежањ.

2. Фаза ултразвучне вибрације:

①Ултразвучни генератор претвара електричну енергију фреквенције 50/60Хз у електрични сигнал високе фреквенције.

②Претворник (пиезоелектрични керамички или магнетостриктивни) претвара електрични сигнал високе фреквенције у механичку вибрацију исте фреквенције.

③Модулатор амплитуде појачава амплитуду механичке вибрације до потребног нивоа (обично 5 - 50µм).

④Глава за заваривање преноси појачану високофреквентну вибрацију до интерфејса металне жице која се завари.

⑤ Под комбинованим дејством притиска и вибрација, интерфејс пролази:

а) Уклањање оксидног слоја: Вибрације и трење састружу оксидни филм и органску материју на металној површини.

б) Пластични ток: Метал се подвргава микроскопској пластичној деформацији на интерфејсу.

ц) Атц)миц дифузија: Чисте металне површине дифундују једна у другу под утицајем међуатомских сила, формирајући везу.

3. Фаза држања притиска и очвршћавања:

Ултразвучне вибрације престају, али притисак се наставља неко време.

Ова фаза омогућава да се спој вара охлади и учврсти под притиском, обезбеђујући стабилну структуру завареног споја и формирајући густ, јак завар.

 

Главне компоненте система

Типична ултразвучна машина за заваривање метала укључује:

1. Ултразвучни генератор: 'мозак' система који обезбеђује и контролише електричну енергију високе фреквенције.

2.Акустичне компоненте (систем за конверзију енергије):

а) Претварач: електрична енергија → енергија механичке вибрације.

б) Појачало: Појачава амплитуду вибрације.

ц) Глава за заваривање: Директно преноси ултразвучну енергију на радни предмет. Његов облик је посебно дизајниран према производу.

3.Пнеуматски систем притиска: Обезбеђује и контролише притисак потребан за заваривање.

4. Оквир и кућиште: Подржава цео систем и пружа сигурносну заштиту.

5. Наменски калупи за заваривање (горњи и доњи калупи): Користе се за фиксирање и позиционирање кабелског свежња, обезбеђујући ефикасан пренос енергије.

Кључни параметри процеса

Квалитет заваривања одређују следећи кључни параметри:

1. Снага/енергија заваривања: Укупна излазна енергија током процеса заваривања. Савремене машине за заваривање често користе „енергетски режим“ за контролу како би се обезбедила конзистентност.

2. Притисак заваривања: Сила стезања примењена на жичани свежањ.

3.Време заваривања: Трајање ултразвучне вибрације.

4.Амплитуда: Амплитуда вибрација на врху главе за заваривање. Различити материјали и пречници жице захтевају различите амплитуде.

5. Положај/дубина окидача: Тачка у којој се ултразвучни таласи покрећу када се глава за заваривање спусти у унапред подешену позицију.

Кључне предности

У поређењу са традиционалним заваривањем (као што је лемљење калаја), ултразвучно заваривање метала има значајне предности:

1. Није потребан лем или флукс:

а) Уштеда ца)ста и избегавање контаминације тешким металима од лема (као што је калај).

б)Нб) ризик б)ф од корозије на лемном споју и боља проводљивост (веза од чистог метала).

2. Нискотемпературна веза: Укупна температура радног комада је далеко испод тачке топљења, спречавајући жарење и не утиче на својства основног материјала.

а) Веома безбедно за заваривање око топлотно осетљивих компоненти.

3. Уштеда енергије и еколошки прихватљива:

а) Енергија се примењује само на мало подручје заваривања, што резултира изузетно ниском потрошњом енергије.

б)Нб) смб)ке или емисије издувних гасова, што га чини еколошки прихватљивим.

4. Висока брзина заваривања: Типично, заварени спој је завршен у року од 0,1 - 0,5 секунди, што резултира изузетно високом ефикасношћу и погодношћу за аутоматизовану масовну производњу.

5. Висока чврстоћа завара и ниска отпорност: Формира металуршку везу, са механичком чврстоћом и проводљивошћу која је супериорнија од спојева растопљеног лемљења.

6. Висока конзистентност: Прецизна контрола параметара осигурава стабилан и поуздан квалитет завара.

7. Завариви различити метали: Могућност заваривања различитих комбинација материјала које је тешко спојити фузионим заваривањем, као што су бакар - алуминијум и бакар - никл.

Подручја примене

1.Аутомобилска индустрија (највећа област примене):

①Напонски батеријски модули: Везе сабирница између ћелија, везе између језичака и каблова.

②Спреге за жице: Кримповање и заваривање унутрашњих жица у кутијама са осигурачима, релејима, конекторима итд.

2. Електроника и уређаји:

①Литијумске батерије: Заваривање језичака и жица за цилиндричне батерије као што је 18650.

②Мотори: Заваривање оловних жица са намотаја.

③Релеји и трансформатори: Унутрашње везе намотаја.

④Соларни фотонапон: Прикључци сабирница за соларне панеле.

⑤Кућни апарати и потрошачка електроника: Везе различитих унутрашњих каблова.

 Ограничења

1. Ограничена дебљина радног комада: Тренутно се углавном користи за заваривање танких лимова, финих жица и фолија. Пречник једне жице обично није већи од 25 мм⊃2;, а укупна дебљина више слојева је ограничена.

2. Висока цена калупа: Главе за заваривање и основни калупи захтевају прецизно пројектовање и производњу за специфичне производе, што резултира високим трошковима и недостатком свестраности.

3. Високи захтеви за припрему радног предмета: Подручје које се завари треба одржавати чистим; тешка контаминација уљем или оксидација може утицати на квалитет завара.

4. Понекад се могу оставити трагови заваривања: На површини која је у контакту са главом заваривања могу се појавити мала удубљења.

Укратко, ултразвучно заваривање металних жица је брза, чиста, поуздана и ефикасна „зелена“ технологија повезивања. Са брзим развојем нових енергетских возила, складиштења енергије и електронске индустрије, она постаје све значајнија, постајући неизоставни део модерне прецизне производње.