Ultraheli keevitamine

Ultraheli keevitamisel kasutatakse kõrgsageduslikku ultraheli akustilist vibratsiooni, mida rakendatakse ühendatud osadele, mis on kokku pandud madala rõhu all. Seda keevitusmeetodit kasutatakse kõige sagedamini termoplastide ühendamiseks ja kui poltidega kinnitamine, jootmine või liimimine ei sobi.

Kuigi ultrahelikeevitus töötati välja juba 1940. aastatel, hakati seda tööstuslikult kasutama 1960. aastate alguses peentraatide keevitamiseks elektroonikatööstuses. 1963. aastal hakati polüetüleeni sidumiseks kasutama ultrahelikeevitust. Sellest ajast peale on ultrahelikeevitust kasutatud alumiiniumi ja õhukese lehtmetalli keevitamiseks autotööstuses (süütemoodulid, klemmijuhtmed, juhtmed).

Ultraheli keevitamise eeliste äratundmise aeglane protsess tööstuses on tingitud võimsate ultraheliseadmete puudumisest, mis suudaksid tagada ühtlase keevituskvaliteedi isegi suurte osade puhul.Seetõttu keskenduti 1980. ja 1990. aastatel peamiselt ultraheliseadmete arendamisele.

Kuigi ultrahelikeevitus kasutab vibratsiooni, erineb see meetod "vibratsioonkeevitusest", mida nimetatakse ka hõõrdekeevituseks. Vibratsioonkeevituse korral hoitakse ühte ühendatavatest osadest paigal ja teine ​​on võnkuv (elektromagnetilise või hüdraulilise ajamiga).

Ultraheli keevitamine hoiab kahte osa paigal ja kasutab hõõrdumise tekitamiseks kõrgsageduslikke helilaineid. Akustiline energia tekitab hõõrdumist ja toodab soojust, mille tulemusel keevitatakse osad vähem kui sekundiga, muutes ultrahelikeevituse tänapäeval üheks kiiremini kasutatavaks.

Ultraheli keevitusprotsess on täielikult automatiseeritud ja viiakse läbi spetsiaalsetel seadmetel. Ultraheli keevitamise põhimõte on näidatud joonisel fig. 1 ja tüüpilise paigalduse koostis on näidatud joonisel fig. 2.

Riis. 1. Ultraheli keevitamise põhimõte: a — osade joondamine, b — osade kokkupuude otsaga, c — surve rakendamine, d — keevitamine, e — hoidmine, f — otsaku tõstmine

Riis. 2. Helikeevituse montaažiskeem

Generaatorit (eraldi seadmes) kasutatakse võrgust tuleva elektrivibratsiooni muundamiseks kõrgsageduslikuks (20 ... 60 kHz), muundur, kasutades piesoelektrilisi elemente, muudab elektrilised vibratsioonid akustilisteks. Võimendi ja sonotrood on paigalduse passiivsed resonantselemendid, mis edastavad andurilt osadele vibratsiooni.

Tavaliselt on ultrahelikeevitusmasinad varustatud erineva nihke teisendussuhtega võimendite komplektiga.Sonotroodi kuju määrab nõutav keevisõmbluse konfiguratsioon. Sõltuvalt sonotroodi kujust tekivad pikisuunalised radiaalsed, serva- ja muud lainevõnked. Iga õmblus nõuab oma sonotroodi.

Protsessi füüsiline olemus seisneb väga tugevate väikese amplituudiga vibratsioonide ilmnemises kahe osa kokkupuutel. Vibratsioon koos rõhuga eemaldab osade pinnalt lisandid ja oksiidid. Elektronid hakkavad osade vahel voolama, moodustades metallurgilise õmbluse.

Ultraheli keevitamine sobib ideaalselt elektriühenduste tegemiseks, alumiiniumi ja vase keevitamiseks, vasktorude otste tihendamiseks, plastide keevitamiseks, metallosade kinnistamiseks plastikutesse.

Riis. 3. Ultraheli keevitamise teel valmistatud liitekohad

Plastide ultrahelikeevitus võimaldab usaldusväärsemaid liitekohti kui muud meetodid. Sellisel juhul erineb plastide ultraheli keevitamine metallide keevitamisest põhimõtteliselt.

Esiteks toimub metallide ultrahelikeevitus keevitatud pindadega paralleelsete põikvibratsioonide abil. Plastide ultrahelikeevitamisel kasutatakse pikisuunalist vibratsiooni, mis on keevitatavate pindade suhtes normaalne (st täisnurga all). Täiesti erinev on ka sonotroodide kuju, mis edastavad ultraheli vibratsiooni metalli- ja plastõmblustele.

Teiseks, metallide keevitamisel tekib pindade hõõrdemõjul õmblus, mis loob jäiga ühenduse ilma materjali sulamata.Plastdetailide ultrahelikeevitus põhineb materjali sulatamisel samamoodi nagu paljud teised traditsioonilised keevitusmeetodid, nagu kaarkeevitus, takistus- või laserkeevitus), kuid palju madalamates temperatuurivahemikes.

Riis. 4. Ultraheli keevitusseadmed

Ultraheli keevitamise eelised:

1. Erilist pinnapuhastust pole vaja.

2. Kaitsekeskkonda pole vaja.

3. Keevitustarvikuid (traat, elektroodid, joodis jne) pole vaja.

4. Madal energiatarve.

5. Lühike splaissimise aeg vuugi moodustamiseks (umbes veerand sekundit).

6. Keevitusprotsessi täielik automatiseerimine ja hõlpsa integreerimise võimalus teiste tootmisprotsessidega.

7. Erineva iseloomuga keevitusmaterjalide, sh kõrgete temperatuuride suhtes tundlike materjalide võimalus, kuna keevitamisel tekib väike kogus soojust.

8. Kõikvõimalike detailide keevitamine.

9. Selle protsessi käigus loodud keevisõmblused on visuaalselt meeldivad, korralikud.

10. Ultraheli keevitamisel ei kasutata söövitavaid kemikaale ja erinevalt teistest meetoditest tekib väike kogus suitsu.

Ultraheli keevitamise piirangud:

1. Ultraheli keevitamise kasutamise kõige tõsisem piirang on keevitatud osade suurus — mitte üle 250 mm. Selle põhjuseks on anduri väljundvõimsuse piirangud, sonotroodi võimetus edastada väga suure võimsusega ultrahelilaineid ja raskusi amplituudi kontrollimisel.

2. Ultraheli keevitamine nõuab ka madalamat niiskusesisaldust ühendatavates materjalides.Vastasel juhul eelistatakse vibratsiooniga keevitamist.

3. Ultraheli keevitamine ei ole efektiivne paksuseinaliste materjalide ühendamisel. Vähemalt üks ühendatavatest osadest peab olema kerge, kuna see «neelab» tohutul hulgal energiat.