Schweißen von Ultraschallkunststoffen, Kunststoffen, Metallen, Polymermaterialien, Aluminiumprofilen. Ultraschallschweißen: Technologie, schädliche Faktoren

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-17 10:23

Das Ultraschallschweißen von Metallen ist ein Verfahren, bei dem eine dauerhafte Verbindung in der festen Phase erzielt wird. Die Bildung von jugendlichen Bereichen (in denen Bindungen gebildet werden) und der Kontakt zwischen ihnen erfolgen unter dem Einfluss eines speziellen Werkzeugs. Es sorgt für eine gemeinsame Wirkung relativer vorzeichenwechselnder tangentialer Verschiebungen kleiner Amplitude und einer Drucknormalkraft auf die Rohlinge. Lassen Sie uns einen genaueren Blick darauf werfen, was Ultraschallschweißtechnologie ist.

Verbindungsmechanismus

Low-Amplitude-Verschiebungen treten zwischen Teilen mit Ultraschallfrequenz auf. Dadurch werden Mikrorauhigkeiten auf der Oberfläche von Teilen plastischer Verformung ausgesetzt. Gleichzeitig werden Verunreinigungen aus der Verbindungszone evakuiert. Mechanische Ultraschallschwingungen werden vom Werkzeug an der Außenseite des Werkstücks auf die Schweißstelle übertragen. Der gesamte Vorgang ist so organisiert, dass ein Verrutschen der Vorrichtung und der Abstützung ausgeschlossen istDetailoberflächen. Beim Durchgang von Schwingungen durch das Werkstück wird Energie dissipiert. Dies wird durch äußere Reibung zwischen den Oberflächen im Anfangsstadium des Schweißens und innere Reibung in dem zwischen dem Träger und dem Werkzeug angeordneten Material nach der Bildung des Einstellbereichs bereitgestellt. Dadurch erhöht sich die Temperatur im Gelenk und es lässt sich leichter verformen.

Spezifisches Materialverh alten

Tangentialverschiebungen zwischen den Teilen und die dadurch verursachten und wirkenden Spannungen zusammen mit der Kompression durch die Schweißkraft sorgen für die Lokalisierung starker plastischer Verformungen in kleinen Volumina in den oberflächennahen Schichten. Der gesamte Prozess wird durch Schleifen und mechanisches Entfernen von Oxidschichten und anderen Verunreinigungen begleitet. Das Ultraschallschweißen reduziert die Streckgrenze und erleichtert dadurch die plastische Verformung.

Prozessmerkmale

Ultraschallschweißen trägt zur Bildung der notwendigen Bedingungen für die Verbindung bei. Dafür sorgen die mechanischen Schwingungen des Wandlers. Vibrationsenergie erzeugt komplexe Scher-, Druck- und Dehnungsspannungen. Plastische Verformungen treten auf, wenn die Elastizitätsgrenzen von Materialien überschritten werden. Das Erzielen einer starken Verbindung wird durch die Vergrößerung der direkten Kontaktfläche nach der Evakuierung von Oberflächenoxiden, organischen und adsorbierten Filmen gewährleistet.

Mit KM

Ultraschall ist im wissenschaftlichen Bereich weit verbreitet. Mit seiner Hilfe untersuchen Wissenschaftler eine Reihe physikalischer EigenschaftenSubstanzen und Phänomene. In der Industrie wird Ultraschall zum Entfetten und Reinigen von Produkten eingesetzt, die mit schwer zerspanbaren Materialien arbeiten. Außerdem wirken sich Schwankungen günstig auf kristallisierende Schmelzen aus. Ultraschall sorgt für Entgasung und Kornfeinung und verbessert so die mechanischen Eigenschaften von Gusswerkstoffen. Schwingungen tragen zum Abbau von Eigenspannungen bei. Sie werden auch häufig verwendet, um die Geschwindigkeit langsamer chemischer Reaktionen zu erhöhen. Ultraschallschweißen kann für verschiedene Zwecke eingesetzt werden. Vibrationen können zu einer Energiequelle für die Bildung von Naht- und Punktverbindungen werden. Wird das Schweißbad während der Kristallisation mit Ultraschall beaufschlagt, werden die mechanischen Eigenschaften der Verbindung durch die Verfeinerung des Schweißgefüges und die intensive Entfernung von Gasen verbessert. Aufgrund der Tatsache, dass Vibrationen aktiv Schmutz, künstliche und natürliche Beläge entfernen, ist es möglich, Teile mit einer oxidierten, lackierten usw. Oberfläche zu verbinden. Ultraschall trägt zur Reduzierung oder Beseitigung von Eigenspannungen bei, die beim Schweißen auftreten. Aufgrund von Vibrationen ist es möglich, die Komponenten der Struktur der Verbindung zu stabilisieren. Dies wiederum ermöglicht es, die Möglichkeit einer nachträglichen spontanen Verformung von Strukturen zu verhindern. Ultraschallschweißen hat in letzter Zeit immer mehr Verbreitung gefunden. Dies liegt an den unbestrittenen Vorteilen dieser Verbindungsmethode im Vergleich zu K alt- und Kontaktmethoden. Besonders häufig werden Ultraschallschwingungen in der Mikroelektronik eingesetzt.

Vielversprechende Richtungals Ultraschallschweißen von Polymermaterialien betrachtet. Einige von ihnen können nicht auf andere Weise verbunden werden. In Industrieunternehmen wird derzeit das Ultraschallschweißen von dünnwandigen Aluminiumprofilen, Folien und Drähten durchgeführt. Dieses Verfahren ist besonders effektiv zum Verbinden von Produkten aus unterschiedlichen Rohstoffen. Das Ultraschallschweißen von Aluminium wird bei der Herstellung von Haush altsgeräten verwendet. Diese Methode ist effektiv beim Spleißen von Blechrohmaterialien (Nickel, Kupfer, Legierungen). Das Ultraschallschweißen von Kunststoffen hat Anwendung in der Herstellung von optischen und feinmechanischen Geräten gefunden. Gegenwärtig wurden Maschinen entwickelt und in die Produktion eingeführt, um verschiedene Elemente von Mikrosch altungen zu verbinden. Geräte sind mit automatischen Geräten ausgestattet, wodurch die Produktivität erheblich gesteigert wird.

US-Macht

Das Ultraschallschweißen von Kunststoff sorgt für eine dauerhafte Verbindung aufgrund der kombinierten Wirkung von hochfrequenten mechanischen Vibrationen und einer relativ geringen Druckkraft. Diese Methode hat viel mit der K altmethode gemeinsam. Die durch das Medium übertragbare Ultraschallleistung hängt von dessen physikalischen Eigenschaften ab. Werden die Festigkeitsgrenzen in den Druckzonen überschritten, kollabiert das Vollmaterial. In ähnlichen Situationen tritt in Flüssigkeiten Kavitation auf, begleitet vom Auftreten kleiner Blasen und deren anschließendem Zusammenbruch. Zusammen mit dem letzteren Prozess entstehen lokale Drücke. Dieses Phänomen wird bei der Reinigung und Verarbeitung von Produkten genutzt.

Geräteknoten

Ultraschallschweißen von Kunststoff wird mit durchgeführtspezielle Maschinen. Sie enth alten die folgenden Knoten:

1. Netzteil.
2. Vibrationsmechanisches System.
3. Steuergeräte.
4. Druckantrieb.

Das Schwingsystem wird verwendet, um elektrische Energie in mechanische Energie umzuwandeln, um sie anschließend zum Verbindungsabschnitt zu übertragen, sie zu konzentrieren und den erforderlichen Wert der Emittergeschwindigkeit zu erh alten. Dieser Knoten enthält:

1. Elektromechanischer Wandler mit Wicklungen. Es ist in einem Metallgehäuse eingeschlossen und wird mit Wasser gekühlt.
2. Transformator für elastische Schwingungen.
3. Schweißspitze.
4. Stütze mit Druckmechanismus.

Das System wird mit einer Blende fixiert. Ultraschallstrahlung tritt nur im Moment des Schweißens auf. Der Prozess erfolgt unter Einfluss von Vibrationen, Druck senkrecht zur Oberfläche und thermischer Einwirkung.

Methodenfähigkeiten

Ultraschallschweißen ist am effektivsten für Kunststoffrohstoffe. Produkte aus Kupfer, Nickel, Gold, Silber etc. können untereinander und mit anderen plastikarmen Produkten kombiniert werden. Mit zunehmender Härte verschlechtert sich die Ultraschallschweißbarkeit. Feuerfeste Produkte aus Wolfram, Niob, Zirkonium, Tantal, Molybdän werden mit Hilfe von Ultraschall effektiv verbunden. Das Ultraschallschweißen von Polymeren gilt als relativ neues Verfahren. Solche Produkte können auch sowohl untereinander als auch mit anderen Massivteilen verbunden werden. Was das Metall betrifft, kann es mit kombiniert werdenGlas, Halbleiter, Keramik. Sie können Zuschnitte auch durch eine Zwischenlage binden. Beispielsweise werden Stahlprodukte durch Aluminiumkunststoff miteinander verschweißt. Durch den kurzen Aufenth alt unter erhöhter Temperatur wird eine hochwertige Verbindung unterschiedlicher Produkte erzielt. Die Eigenschaften der Rohstoffe unterliegen geringfügigen Änderungen. Das Fehlen von Fremdstoffen ist einer der Vorteile des Ultraschallschweißens. Schädliche Faktoren für den Menschen fehlen ebenfalls. Im angeschlossenen Zustand werden günstige hygienische Bedingungen geschaffen. Die Bindungen der Produkte sind chemisch homogen.

Verbindungsfunktionen

Metallschweißungen werden in der Regel überlappend ausgeführt. Gleichzeitig werden verschiedene Gest altungselemente hinzugefügt. Das Schweißen kann durch Punkte (einen oder mehrere), eine durchgehende Naht oder in einem geschlossenen Kreis erfolgen. In einigen Fällen wird während der vorläufigen Bildung des Endes des Drahtrohlings eine T-Verbindung mit der Ebene hergestellt. Es ist möglich mehrere Materialien gleichzeitig mit Ultraschall zu verschweißen (Paket).

Bauteildicke

Es wird durch die Obergrenze begrenzt. Mit zunehmender Dicke des Metallwerkstücks müssen Schwingungen mit größerer Amplitude aufgebracht werden. Dadurch wird der Energieverlust ausgeglichen. Eine Amplitudenerhöhung wiederum ist bis zu einer gewissen Grenze möglich. Einschränkungen sind mit der Wahrscheinlichkeit von Ermüdungsrissen und großen Dellen vom Werkzeug verbunden. In solchen Fällen sollte man evaluieren, wieUltraschallschweißen wäre angebracht. In der Praxis wird das Verfahren für Produktdicken von 3…4 µm bis 05…1 mm eingesetzt. Das Schweißen kann auch für Teile mit einem Durchmesser von 0,01 … 05 mm verwendet werden. Die Dicke des zweiten Produkts kann erheblich größer sein als die des ersten.

Mögliche Probleme

Bei der Anwendung des Ultraschallschweißverfahrens muss die Wahrscheinlichkeit eines Ermüdungsbruchs bestehender Verbindungen in Produkten berücksichtigt werden. Dabei können sich die Werkstücke gegeneinander verdrehen. Wie oben erwähnt, bleiben Dellen auf der Materialoberfläche des Werkzeugs zurück. Das Gerät selbst hat aufgrund der Erosion seiner Arbeitsebene eine begrenzte Lebensdauer. An einigen Stellen wird das Material des Produkts mit dem Werkzeug verschweißt. Dies führt zu Verschleiß am Gerät. Die Reparatur von Geräten ist mit einer Reihe von Schwierigkeiten verbunden. Sie hängen damit zusammen, dass das Werkzeug selbst als Element einer nicht trennbaren Einheitskonstruktion fungiert, deren Aufbau und Abmessungen exakt auf die Betriebsfrequenz ausgelegt sind.

Produktvorbereitung und Modusparameter

Vor dem Ultraschallschweißen müssen keine aufwendigen Maßnahmen an der Oberfläche der Teile durchgeführt werden. Auf Wunsch können Sie die Stabilität der Verbindungsqualität erhöhen. Dazu ist es ratsam, das Produkt nur mit einem Lösungsmittel zu entfetten. Für das Fügen duktiler Metalle gilt ein Zyklus mit Pulsverzögerung gegenüber dem Ultraschallstart als optimal. Bei einer relativ hohen Härte des Produktes empfiehlt es sich, vor dem Einsch alten des Ultraschalls eine leichte Erwärmung abzuwarten.

Schweißmuster

Davon gibt es mehrere. Technologische Schemata des Ultraschallschweißens unterscheiden sich in der Art der Werkzeugschwingungen. Sie können torsions-, biege- und längsgerichtet sein. Außerdem werden Schemata in Abhängigkeit von der räumlichen Position der Vorrichtung relativ zur Oberfläche des geschweißten Teils sowie von der Art der Übertragung von Druckkräften auf die Produkte und den Konstruktionsmerkmalen des Stützelements unterschieden. Für Kontur-, Naht- und Punktverbindungen kommen Varianten mit Biege- und Längsschwingungen zum Einsatz. Die Ultraschallwirkung kann mit einer lokalen gepulsten Erwärmung von Teilen aus einer separaten Wärmequelle kombiniert werden. Dabei können eine Reihe von Vorteilen erzielt werden. Zunächst können Sie die Amplitude der Schwingungen sowie die Stärke und Zeit ihrer Übertragung reduzieren. Die Energieeigenschaften des thermischen Pulses und die Dauer seiner Überlagerung mit dem Ultraschall wirken als zusätzliche Parameter des Prozesses.

Thermischer Effekt

Das Ultraschallschweißen geht mit einem Temperaturanstieg an der Verbindungsstelle einher. Das Auftreten von Wärme wird durch das Auftreten von Reibung an den Oberflächen der sich berührenden Produkte sowie durch plastische Verformungen verursacht. Sie begleiten nämlich die Bildung einer Schweißverbindung. Die Temperatur an der Kontaktfläche hängt von den Festigkeitsparametern ab. Der wichtigste ist der Härtegrad des Materials. Darüber hinaus sind seine thermophysikalischen Eigenschaften von erheblicher Bedeutung: Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität. Auch der gewählte Schweißmodus wirkt sich auf das Temperaturniveau aus. Wie die Praxis zeigt, wirkt der entstehende thermische Effekt nicht als bestimmende Bedingung. Dasist darauf zurückzuführen, dass die maximale Festigkeit der Verbindungen in den Produkten erreicht wird, bevor die Temperatur auf das Grenzniveau ansteigt. Es ist möglich, die Übertragungsdauer von Ultraschallschwingungen durch Vorwärmen der Teile zu verkürzen. Dadurch wird auch die Stärke der Verbindung erhöht.

Schlussfolgerung

Ultraschallschweißen ist derzeit in einigen Branchen ein unverzichtbares Verfahren zum Fügen von Teilen. Dieses Verfahren ist besonders in der Mikroelektronik weit verbreitet. Mit Ultraschall können Sie eine Vielzahl von Kunststoffen und harten Materialien verbinden. Heute wird aktiv wissenschaftlich gearbeitet, um Schweißwerkzeuge und -technologien zu verbessern.