Hàn siêu âm nhựa, plastic, kim loại, vật liệu cao phân tử, nhôm định hình. Hàn siêu âm: công nghệ, các yếu tố có hại

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Hàn siêu âm kim loại là một quá trình trong đó mối nối vĩnh viễn thu được trong pha rắn. Sự hình thành các khu vực thiếu niên (trong đó các liên kết được hình thành) và sự tiếp xúc giữa chúng xảy ra dưới ảnh hưởng của một công cụ đặc biệt. Nó cung cấp tác động chung của các chuyển vị tiếp tuyến tương đối xen kẽ dấu-xen kẽ với biên độ nhỏ và lực pháp tuyến nén lên các khoảng trống. Hãy cùng tìm hiểu kỹ hơn về công nghệ hàn siêu âm.

Cơ chế kết nối

Dịch chuyển biên độ thấp xảy ra giữa các bộ phận có tần số siêu âm. Do chúng, các lớp vi mô trên bề mặt của các bộ phận bị biến dạng dẻo. Đồng thời, các chất gây ô nhiễm được sơ tán khỏi vùng kết nối. Các rung động cơ học siêu âm được truyền đến vị trí hàn từ dụng cụ ở bên ngoài phôi. Toàn bộ quá trình được tổ chức theo cách để loại trừ sự trượt của vật cố định và hỗ trợ dọc theocác bề mặt chi tiết. Trong quá trình truyền dao động qua phôi, năng lượng bị tiêu tán. Điều này được tạo ra bởi ma sát bên ngoài giữa các bề mặt ở giai đoạn hàn ban đầu và ma sát bên trong vật liệu nằm giữa giá đỡ và dụng cụ sau khi hình thành vùng đông kết. Điều này làm tăng nhiệt độ trong khớp, khiến khớp dễ bị biến dạng.

Hành vi vật chất cụ thể

Các chuyển vị tiếp tuyến giữa các bộ phận và ứng suất mà chúng gây ra và tác động cùng với lực nén từ lực hàn tạo ra sự cục bộ của biến dạng dẻo nghiêm trọng với khối lượng nhỏ ở các lớp gần bề mặt. Toàn bộ quá trình được đi kèm với quá trình mài và hút chân không cơ học các màng oxit và các chất gây ô nhiễm khác. Hàn siêu âm làm giảm cường độ chảy, do đó tạo điều kiện cho biến dạng dẻo.

Tính năng của Quy trình

Hàn siêu âm góp phần hình thành các điều kiện cần thiết cho sự kết nối. Điều này được đảm bảo bởi các rung động cơ học của đầu dò. Năng lượng rung động tạo ra ứng suất cắt, nén và biến dạng phức tạp. Biến dạng dẻo xảy ra khi vượt quá giới hạn đàn hồi của vật liệu. Có được một kết nối mạnh mẽ được đảm bảo bằng cách tăng diện tích tiếp xúc trực tiếp sau khi hút sạch oxit bề mặt, màng hữu cơ và hấp phụ.

Đang sử dụng KM

Siêu âm được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực khoa học. Với sự giúp đỡ của nó, các nhà khoa học nghiên cứu một số đặc tính vật lýchất và hiện tượng. Trong công nghiệp, sóng siêu âm được sử dụng để tẩy dầu mỡ và làm sạch các sản phẩm, làm việc với các vật liệu khó chế tạo. Ngoài ra, những biến động có lợi ảnh hưởng đến sự tan chảy kết tinh. Sóng siêu âm cung cấp cho chúng khả năng khử khí và tinh chế hạt, cải thiện các đặc tính cơ học của vật liệu đúc. Rung động góp phần loại bỏ các ứng suất dư. Chúng cũng được sử dụng rộng rãi để tăng tốc độ phản ứng hóa học chậm. Hàn siêu âm có thể được sử dụng cho các mục đích khác nhau. Rung động có thể trở thành nguồn năng lượng cho việc hình thành các đường nối và điểm nối. Khi vũng hàn tiếp xúc với sóng siêu âm trong quá trình kết tinh, các đặc tính cơ học của mối nối được cải thiện do cấu trúc mối hàn được tinh chỉnh và loại bỏ nhiều khí. Do thực tế là rung tích cực loại bỏ bụi bẩn, màng nhân tạo và tự nhiên, có thể kết nối các bộ phận có bề mặt bị oxy hóa, đánh vecni, v.v. Siêu âm góp phần làm giảm hoặc loại bỏ ứng suất tự xuất hiện trong quá trình hàn. Do dao động nên có thể ổn định các thành phần trong cấu trúc của hợp chất. Do đó, điều này giúp ngăn ngừa khả năng biến dạng tự phát của các cấu trúc sau đó. Hàn siêu âm gần đây ngày càng được sử dụng rộng rãi. Điều này là do những ưu điểm chắc chắn của phương pháp kết nối này so với các phương pháp tiếp xúc và lạnh. Đặc biệt, các rung động siêu âm thường được sử dụng trong vi điện tử.

Hướng đi đầy hứa hẹnđược coi là hàn siêu âm của vật liệu cao phân tử. Một số trong số chúng không thể được kết nối bằng bất kỳ phương pháp nào khác. Tại các xí nghiệp công nghiệp hiện đang thực hiện hàn siêu âm các thanh nhôm định hình thành mỏng, lá, dây. Phương pháp này đặc biệt hiệu quả để ghép các sản phẩm từ các nguyên liệu thô khác nhau. Hàn siêu âm của nhôm được sử dụng trong sản xuất các thiết bị gia dụng. Phương pháp này có hiệu quả khi nối các tấm nguyên liệu thô (niken, đồng, hợp kim). Hàn siêu âm chất dẻo đã được ứng dụng trong sản xuất quang học và các thiết bị cơ khí tốt. Hiện nay, máy móc đã được tạo ra và đưa vào sản xuất để kết nối các phần tử khác nhau của vi mạch. Các thiết bị được trang bị thiết bị tự động, nhờ đó mà năng suất được tăng lên đáng kể.

U. S. Quyền lực

Hàn siêu âm của nhựa cung cấp một kết nối vĩnh viễn do tác động kết hợp của dao động cơ học tần số cao và lực nén tương đối nhỏ. Phương pháp này có nhiều điểm chung với phương pháp lạnh. Công suất siêu âm có thể truyền qua môi trường sẽ phụ thuộc vào các đặc tính vật lý của môi trường đó. Nếu vượt quá giới hạn độ bền trong vùng nén, vật liệu rắn sẽ bị sụp đổ. Trong các tình huống tương tự, hiện tượng xâm thực xảy ra trong chất lỏng, kèm theo sự xuất hiện của các bong bóng nhỏ và sự sụp đổ sau đó của chúng. Cùng với quá trình sau này, các áp lực cục bộ phát sinh. Hiện tượng này được sử dụng trong quá trình làm sạch và chế biến sản phẩm.

Nút thiết bị

Hàn siêu âm nhựa được thực hiện bằng cách sử dụngmáy móc đặc biệt. Chúng chứa các nút sau:

1. Nguồn cung cấp.
2. Hệ thống cơ học dao động.
3. Thiết bị điều khiển.
4. Ổ áp suất.

Hệ thống dao động được sử dụng để chuyển đổi điện năng thành cơ năng để truyền tiếp theo đến phần kết nối, tập trung nó và thu được giá trị yêu cầu của tốc độ phát. Nút này chứa:

1. Bộ chuyển đổi điện cơ có dây quấn. Nó được bao bọc trong một vỏ kim loại và được làm mát bằng nước.
2. Máy biến áp dao động đàn hồi.
3. Mẹo hàn.
4. Hỗ trợ với cơ chế áp suất.

Hệ thống được cố định bằng cách sử dụng màng ngăn. Bức xạ siêu âm chỉ xảy ra tại thời điểm hàn. Quá trình xảy ra dưới tác động của rung động, áp suất tác dụng lên bề mặt vuông góc và hiệu ứng nhiệt.

Khả năng của phương pháp

Hàn siêu âm hiệu quả nhất đối với vật liệu nhựa. Các sản phẩm bằng đồng, niken, vàng, bạc, … có thể được kết hợp với nhau và với các sản phẩm nhựa thấp khác. Khi độ cứng tăng lên, khả năng hàn siêu âm kém đi. Các sản phẩm chịu lửa làm bằng vonfram, niobi, zirconium, tantali, molypden được kết nối hiệu quả với sự trợ giúp của sóng siêu âm. Hàn siêu âm polyme được coi là một phương pháp tương đối mới. Các sản phẩm như vậy cũng có thể được kết nối với nhau và với các bộ phận rắn khác. Đối với kim loại, nó có thể được kết hợp vớithủy tinh, chất bán dẫn, gốm sứ. Bạn cũng có thể buộc các ô trống thông qua một lớp xen kẽ. Ví dụ, các sản phẩm thép được hàn với nhau thông qua nhôm nhựa. Do thời gian lưu lại ngắn dưới nhiệt độ cao, kết nối chất lượng cao của các sản phẩm khác nhau sẽ thu được. Các thuộc tính của nguyên liệu thô có thể thay đổi nhỏ. Không có tạp chất lạ là một trong những ưu điểm mà hàn siêu âm có được. Các yếu tố có hại cho con người cũng không có. Khi kết nối, các điều kiện vệ sinh thuận lợi được tạo ra. Các liên kết của các sản phẩm là đồng nhất về mặt hóa học.

Tính năng kết nối

Hàn kim loại được thực hiện theo cách chồng chéo. Đồng thời, các yếu tố thiết kế khác nhau được thêm vào. Hàn có thể được thực hiện theo điểm (một hoặc nhiều), một đường nối liên tục hoặc trong một vòng tròn khép kín. Trong một số trường hợp, trong quá trình hình thành sơ bộ đầu trống của dây, một kết nối tee được thực hiện với mặt phẳng. Có thể thực hiện hàn siêu âm nhiều vật liệu cùng một lúc (gói).

Độ dày của phần

Nó được giới hạn bởi giới hạn trên. Với sự tăng chiều dày của phôi kim loại, cần phải thực hiện các dao động với biên độ lớn hơn. Điều này sẽ bù đắp cho sự mất mát của năng lượng. Sự gia tăng biên độ, đến lượt nó, có thể lên đến một giới hạn nhất định. Các hạn chế liên quan đến khả năng xuất hiện vết nứt do mỏi, vết lõm lớn từ dụng cụ. Trong những trường hợp như vậy, người ta nên đánh giá cáchhàn siêu âm sẽ thích hợp. Trong thực tế, phương pháp này được sử dụng cho độ dày sản phẩm từ 3… 4 µm đến 05… 1 mm. Hàn cũng có thể được sử dụng cho các bộ phận có đường kính 0,01 … 05 mm. Độ dày của sản phẩm thứ hai có thể lớn hơn đáng kể so với sản phẩm đầu tiên.

Sự cố có thể xảy ra

Khi áp dụng phương pháp hàn siêu âm, cần tính đến xác suất hư hỏng do mỏi của các mối ghép hiện có trong sản phẩm. Trong quá trình này, các phôi có thể quay tương đối với nhau. Như đã đề cập ở trên, vết lõm vẫn còn trên bề mặt vật liệu từ dụng cụ. Bản thân thiết bị có tuổi thọ hạn chế do mặt phẳng làm việc của nó bị bào mòn. Tại một số điểm, vật liệu của sản phẩm được hàn vào dụng cụ. Điều này dẫn đến hao mòn thiết bị. Việc sửa chữa thiết bị đi kèm với một số khó khăn. Chúng liên quan đến thực tế là bản thân công cụ hoạt động như một phần tử của thiết kế đơn vị không thể tách rời, cấu hình và kích thước của chúng được thiết kế chính xác cho tần suất hoạt động.

Chuẩn bị sản phẩm và thông số chế độ

Trước khi thực hiện hàn siêu âm, không cần thiết phải thực hiện bất kỳ biện pháp phức tạp nào với bề mặt của các bộ phận. Nếu muốn, bạn có thể tăng độ ổn định của chất lượng kết nối. Để làm điều này, chỉ nên tẩy dầu mỡ cho sản phẩm bằng dung môi. Đối với việc nối các kim loại dẻo, chu kỳ có độ trễ xung so với thời điểm bắt đầu siêu âm được coi là tối ưu. Với độ cứng của sản phẩm tương đối cao, nên đợi máy nóng nhẹ rồi mới bật siêu âm.

Mẫu hàn

Có một số trong số chúng. Các sơ đồ công nghệ của hàn siêu âm khác nhau về bản chất của dao động dụng cụ. Chúng có thể xoắn, uốn cong, dọc. Ngoài ra, các sơ đồ được phân biệt tùy thuộc vào vị trí không gian của thiết bị so với bề mặt của bộ phận được hàn, cũng như vào phương pháp truyền lực nén đến sản phẩm và các tính năng thiết kế của phần tử hỗ trợ. Đối với các kết nối đường viền, đường nối và điểm, các biến thể có dao động uốn và dọc được sử dụng. Hành động siêu âm có thể được kết hợp với gia nhiệt xung cục bộ của các bộ phận từ một nguồn nhiệt riêng biệt. Trong trường hợp này, một số lợi thế có thể đạt được. Trước hết, bạn có thể giảm biên độ của dao động, cũng như cường độ và thời gian truyền của chúng. Các đặc tính năng lượng của xung nhiệt và chu kỳ chồng chất của nó trên sóng siêu âm đóng vai trò là các thông số bổ sung của quá trình.

Hiệu ứng nhiệt

Hàn siêu âm đi kèm với sự gia tăng nhiệt độ tại mối nối. Sự xuất hiện của nhiệt là do sự xuất hiện của ma sát trên bề mặt của các sản phẩm tiếp xúc, cũng như do biến dạng dẻo. Trên thực tế, chúng đi kèm với sự hình thành của một mối hàn. Nhiệt độ tại khu vực tiếp xúc sẽ phụ thuộc vào các thông số cường độ. Điều chính là mức độ cứng của vật liệu. Ngoài ra, các tính chất nhiệt lý của nó có tầm quan trọng đáng kể: dẫn nhiệt và nhiệt dung. Chế độ hàn được chọn cũng ảnh hưởng đến mức nhiệt độ. Như thực tế cho thấy, hiệu ứng nhiệt xuất hiện không đóng vai trò như một điều kiện xác định. nólà do độ bền tối đa của các khớp nối trong sản phẩm đạt được trước khi nhiệt độ tăng đến mức giới hạn. Có thể giảm thời gian truyền dao động siêu âm bằng cách làm nóng trước các bộ phận. Điều này cũng sẽ làm tăng sức mạnh của kết nối.

Kết

Hàn siêu âm hiện đang là phương pháp nối các bộ phận không thể thiếu trong một số ngành công nghiệp. Phương pháp này đặc biệt phổ biến trong vi điện tử. Sóng siêu âm cho phép bạn kết nối nhiều loại vật liệu nhựa và cứng. Ngày nay, công việc khoa học đang được tiến hành tích cực để cải tiến các công cụ và công nghệ hàn.