Примена ултразвучне технологије у заваривању жица
У процесу производње каблова за аутомобиле, ултразвучне машине за заваривање се углавном користе за заваривање спојева жица које захтевају лепљење. Ултразвучно заваривање преноси механичке вибрације директно на кабелски свежањ који се увија кроз главу за заваривање. Примена ултразвучног заваривања у индустрији ожичења је већ распрострањена и расте.
Порекло ултразвучног заваривања метала
Ултразвучно заваривање метала случајно је откривено 1830-их. У то време, током експеримената са струјним електродама за тачкасто заваривање и ултразвучном вибрацијом, откривено је да се заваривање може постићи без струје, чиме се развија технологија ултразвучног хладног заваривања метала. Иако је ултразвучно заваривање откривено релативно рано, његов механизам деловања још увек није у потпуности схваћен. Слично је заваривању трењем, али постоје разлике. Ултразвучно заваривање има веома кратко време и температура је испод рекристализације; разликује се и од заваривања под притиском јер је примењени статички притисак много мањи.
Уопштено се верује да у почетној фази ултразвучног заваривања, тангенцијална вибрација уклања оксиде са површине метала и више пута микро-завари и разбија храпаве површине, повећавајући површину контакта и подижући температуру зоне заваривања, што резултира пластичном деформацијом на интерфејсу радних комада. Под контактним притиском, када се радни комади приближе један другом на растојање где може доћи до атомског привлачења, формира се тачка заваривања. Предуго време заваривања или превелика ултразвучна амплитуда могу смањити снагу завара или чак изазвати оштећење.
Принцип ултразвучног заваривања метала: Ултразвучно заваривање метала користи високофреквентне вибрације десетине хиљада пута у секунди које се преносе на површине два метална обрадака која се заварују. Примена притиска узрокује да се металне површине трљају једна о другу, формирајући фузију између молекуларних слојева, чиме се постиже сврха заваривања. Његове предности укључују брзину, уштеду енергије, високу снагу фузије, добру проводљивост, без варница и скоро хладну обраду; његови недостаци укључују немогућност заваривања веома дебелих металних делова (обично мање од или једнаких 5 мм), немогућност велике тачке заваривања и потребу за притиском.
Ултразвучна глава за заваривање аутомобилског снопа ожичења углавном се састоји од четири дела: главе за заваривање, спојног блока наковња, горњег блока наковња и модула за полимеризацију. Током заваривања, жице су вертикално поравнате и чврсто притиснуте на блок за спајање наковња. Након притиска на ножни прекидач, агрегациони модул се помера ка врху блока наковња, док се блок за повезивање наковња и врх наковња померају заједно надоле, чврсто притискајући сноп ожичења аутомобила у област заваривања. Глава за заваривање вибрира, преносећи енергију на бакарне жице, заваривши тако сноп ожичења.
Током заваривања, само глава за заваривање вибрира; остале главе алата остају непокретне. Након заваривања, агрегациони модул и врх наковња се повлаче, док се блок за повезивање наковња подиже, омогућавајући уклањање кабловског свежња. Пошто глава за заваривање вибрира док друге главе алата остају непокретне, да би се спречило заваривање између глава алата и главе за заваривање и оштећење апарата за заваривање, одржава се размак од 0,025 мм између горње површине главе за заваривање и уземљења модула за агрегацију, као и између стране врха блока наковња и бочне стране блока за спајање. Ово спречава да глава за заваривање дође у контакт са другим главама алата. Ови празнини такође морају бити без отпадака бакра или других остатака; у супротном, заваривање ће изазвати ерозију радне површине главе алата, потенцијално оштетити плочу. Пошто глава за заваривање генерише ултразвучну вибрацију, њена енергија се преноси са главе за заваривање на врх наковња. Дакле, што је ближе глави заваривања, то је енергија већа, а енергија се преноси одозго према доле. Дакле, приликом постављања жица, дебљу жицу треба поставити на дно, близу површине главе за заваривање, а тање жице распоређене вертикално нагоре. Ово омогућава дебљој жици да добије већу енергију, спречавајући прекомерно или недовољно заваривање. Вертикални распоред такође спречава бочно заваривање, обезбеђујући квалитет завара.
Предности и недостаци ултразвучног заваривања метала
Предности:
1. Ултразвучно заваривање метала има низак притисак и ниску потрошњу енергије и може заварити различите металне материјале. На основу ових карактеристика, метални делови се могу брзо формирати свеобухватном употребом технологије ултразвучног заваривања метала и технологије ЦНЦ глодања. Функционалне компоненте се могу уградити током процеса формирања како би се створили интелигентни композитни материјали на бази метала, итд.
2. Ултразвучне машине за заваривање метала могу обављати тачкасто заваривање и континуирано заваривање. Имају велику брзину заваривања. У погледу опсега примене, чак и материјали са значајно различитим физичким својствима могу се добро заварити; такође може да завари металне фолије, фине жице, сићушне уређаје и вишеслојне металне лимове различите дебљине које је тешко заварити другим методама.
3. Ултразвучно заваривање метала производи шавове високе чврстоће са одличном стабилношћу и великом отпорношћу на замор.
4. Процес заваривања не захтева хлађење водом или заштиту од гаса, што резултира минималном деформацијом завареног радног предмета. Након заваривања није потребна топлотна обрада као што је жарење. Сам процес ултразвучног заваривања метала чисти и разбија оксидни слој на површини завара. Површина завара је чиста и естетски угодна, елиминишући потребу за чишћењем након заваривања као и код других метода заваривања.
5. Ултразвучно заваривање метала не користи шипке за заваривање. Подручје заваривања није под напоном, а заварени метал се не загрева директно. У поређењу са заштићеним металним лучним заваривањем и гасним заваривањем, ултразвучне машине за заваривање пластике у Сузхоу-у троше знатно мање енергије приликом заваривања истог радног комада.
6. Пошто није потребан флукс, он не контаминира радни предмет и не производи шљаку, отпадну воду, штетне гасове или друго загађење отпада, што га чини методом заваривања која штеди енергију и еколошки прихватљива.
7. Пошто ултразвучни генератор користи електронска кола снаге, лако је имплементирати електричну контролу и може се добро интегрисати са рачунарима за контролу заваривања, постижући високо прецизно заваривање и олакшавајући информатизацију и аутоматизацију процеса заваривања.
Недостаци:
1. Док ултразвучно заваривање металних материјала може да постигне одличне резултате заваривања, стабилност, оперативност и поузданост целог система – комбиновањем ултразвучног генератора и акустичног система са механичким системом – и даље имају проблема. Стога су дизајн акустичког система (претварач, трансформатор амплитуде, спојни делови) и начин повезивања акустичког система и узорка кључна питања.
2. Недовољно разумевање механизма ултразвучног заваривања метала. Да ли ултразвучно заваривање метала не укључује топљење метала, или је само метода заваривања у чврстом стању, или процес 'везивања' између метала, захтева даље истраживање.
3. Многи фактори утичу на процесне параметре ултразвучног заваривања метала, што га чини тешким за сумирање.
4. Будући да се потребна снага заваривања експоненцијално повећава са дебљином и тврдоћом радног комада, а ултразвучне машине за заваривање велике снаге су тешке и скупе за производњу, даље повећање снаге заваривања не само да ће представљати низ нерешивих проблема у дизајну и производњи акустичног система, већ може и не успети да постигне жељене резултате процеса. Стога је тренутно ограничено на заваривање танких делова као што су жице, фолије и листови.
5. Ултразвучне машине за заваривање имају релативно слабу „отвореност“, а димензија уметања радног комада не може да пређе опсег који дозвољава систем заваривања. Тренутно је тип зглоба ограничен на преклопне зглобове.
6. Површина завара је склона високофреквентним механичким вибрацијама, што може проузроковати оштећење замора на ивицама, што га чини неприкладним за заваривање тврдих и крхких материјала.
