Ultrasonik kaynak

Ultrasonik kaynak, düşük basınç altında bir araya getirilen birleştirilmiş parçalara uygulanan yüksek frekanslı ultrasonik akustik titreşimler kullanır. Bu kaynak yöntemi çoğunlukla termoplastikleri birleştirmek için kullanılır ve cıvatalama, lehimleme veya yapıştırma uygun olmadığında kullanılır.

Ultrasonik kaynak 1940'ların başlarında geliştirilmiş olmasına rağmen, endüstriyel olarak ilk olarak 1960'ların başında elektronik endüstrisindeki ince telleri kaynaklamak için kullanıldı. 1963 yılında polietilenin yapıştırılmasında ultrasonik kaynak kullanılmaya başlandı. O zamandan beri, otomotiv endüstrisinde (ateşleme modülleri, terminal telleri, teller) alüminyum ve ince sacları kaynaklamak için ultrasonik kaynak kullanılmıştır.

Endüstride ultrasonik kaynağın avantajlarını tanımanın yavaş süreci, büyük parçalar için bile tutarlı kaynak kalitesini garanti edebilen güçlü ultrasonik ekipmanın bulunmamasından kaynaklanmaktadır.Sonuç olarak, 1980'ler ve 1990'lardaki araştırmalar esas olarak ultrason ekipmanının geliştirilmesine odaklandı.

Ultrasonik kaynak titreşim kullansa da bu yöntem sürtünme kaynağı olarak da bilinen "titreşim kaynağından" farklıdır. Titreşim kaynağı durumunda, birleştirilecek parçalardan biri yerinde tutulurken diğeri salınmaktadır (elektromanyetik veya hidrolik tahrik ile).

Ultrasonik kaynak, iki parçayı yerinde tutar ve sürtünme oluşturmak için yüksek frekanslı ses dalgaları kullanır. Akustik enerji sürtünme yaratır ve parçaların bir saniyeden daha kısa sürede kaynaklanmasına neden olan ısı üretir, bu da ultrasonik kaynağı günümüzde kullanılan en hızlı yöntemlerden biri yapar.

Ultrasonik kaynak işlemi tamamen otomatiktir ve özel kurulumlarda gerçekleştirilir. Ultrasonik kaynak prensibi Şek. 1 ve tipik bir kurulumun bileşimi, Şek. 2.

Pirinç. 1. Ultrasonik kaynak prensibi: a — parçaların hizalanması, b — parçaların uçla teması, c — basınç uygulaması, d — kaynak, e — tutma, f — ucun kaldırılması

Pirinç. 2. Sonik kaynak için montaj şeması

Jeneratör (ayrı bir ünitede), şebekeden gelen elektrik titreşimlerini yüksek frekansa (20 ... 60 kHz) dönüştürmek için kullanılır, piezoelektrik elemanlar kullanan dönüştürücü, elektrik titreşimlerini akustik olanlara dönüştürür. Amplifikatör ve sonotrode, titreşimleri transdüserden parçalara aktarmaya yarayan tesisatın pasif rezonans elemanlarıdır.

Tipik olarak, ultrasonik kaynak makineleri, farklı yer değiştirme dönüşüm oranlarına sahip bir dizi yükseltici ile donatılmıştır.Sonotrode'un şekli gerekli kaynak konfigürasyonu ile belirlenir. Sonotrotun şekline bağlı olarak boyuna radyal, kenar ve diğer dalga salınımları oluşturulur. Her dikiş kendi sonotrotunu gerektirir.

Sürecin fiziksel özü, iki parçanın temasında küçük genlikli çok güçlü titreşimlerin ortaya çıkmasından oluşur. Basınçla birlikte titreşim, parçaların yüzeyindeki safsızlıkları ve oksitleri giderir. Elektronlar parçalar arasında akmaya başlayarak metalurjik bir dikiş oluşturur.

Ultrasonik kaynak, elektrik bağlantılarının yapılması, alüminyum ve bakırın kaynaklanması, bakır boruların uçlarının kapatılması, plastiklerin kaynaklanması, metal parçaların plastiklere gömülmesi için idealdir.

Pirinç. 3. Ultrasonik kaynakla yapılan bağlantılar

Plastiklerin ultrasonik kaynağı, diğer yöntemlere göre daha güvenilir bağlantılara izin verir. Bu durumda, plastiklerin ultrasonik kaynağı, metallerin kaynaklanmasından temel olarak farklıdır.

İlk olarak, metallerin ultrasonik kaynağı, kaynaklı yüzeylere paralel enine titreşimler vasıtasıyla gerçekleşir. Plastiklerin ultrasonik kaynağı, kaynak yapılan yüzeylere normal olan (yani dik açılarda) uzunlamasına titreşimler kullanır. Ultrasonik titreşimleri metal ve plastik dikişlere ileten sonotrodların şekli de tamamen farklıdır.

İkincisi, metalleri kaynak yaparken, yüzeylerin sürtünme etkileşimi ile malzemeyi eritmeden rijit bir bağlantı oluşturan bir dikiş oluşturulur.Plastik parçaların ultrasonik kaynağı, malzemenin ark kaynağı, direnç veya lazer kaynağı gibi diğer birçok geleneksel kaynak yöntemiyle aynı şekilde, ancak çok daha düşük sıcaklık aralıklarında eritilmesine dayanır.

Pirinç. 4. Ultrasonik kaynak ekipmanı

Ultrasonik kaynağın avantajları:

1. Özel yüzey temizliği gerekmez.

2. Koruyucu atmosfer gerekmez.

3. Kaynak sarf malzemelerine (tel, elektrot, lehim vb.) gerek yoktur.

4. Düşük güç tüketimi.

5. Bir bağlantı oluşturmak için kısa ekleme süresi (yaklaşık saniyenin dörtte biri).

6. Kaynak işleminin tam otomasyonu ve diğer üretim süreçleriyle kolay entegrasyon imkanı.

7. Kaynak sırasında az miktarda ısı oluştuğundan, yüksek sıcaklıklara duyarlı olanlar da dahil olmak üzere farklı yapıdaki malzemelerin kaynak yapma olasılığı.

8. Her türlü detayın kaynağı.

9. Bu işlemle oluşturulan kaynaklar görsel olarak hoş, düzgün.

10. Ultrasonik kaynak, diğer yöntemlerden farklı olarak aşındırıcı kimyasallar kullanmaz ve az miktarda duman üretir.

Ultrasonik kaynağın sınırlamaları:

1. Ultrasonik kaynak kullanımındaki en ciddi sınırlama, kaynaklı parçaların boyutudur - en fazla 250 mm. Bunun nedeni, dönüştürücünün çıkış gücündeki sınırlamalar, sonotrodun çok yüksek güçlü ultrason dalgalarını iletememesi ve genliği kontrol etmedeki zorluktur.

2. Ultrasonik kaynak ayrıca birleştirilen malzemelerde daha düşük bir nem içeriği gerektirir.Aksi takdirde vibrasyon kaynağı tercih edilir.

3. Kalın cidarlı malzemelerin birleştirilmesinde ultrasonik kaynak etkili değildir. Bağlanacak parçalardan en az biri hafif olmalıdır, çünkü büyük miktarda enerji "emer".