Ультразвуковой генератор для сварки

Обновлено: 28.04.2024

Изобретения относятся к ультразвуковой сварке различных материалов, в том числе и пластмасс, в частности к генераторам для ультразвуковой сварки и может найти применение при изготовлении рулонов фольг непрерывным швом, труб и других изделий. Генератор содержит блок питания, преобразователь постоянного напряжения в ультразвуковую частоту, выход которого соединен с магнитострикционным преобразователем, предназначенным для размещения на нем сварочного наконечника, задающий генератор частоты импульсов, датчик тока, блок сравнения, задатчик тока, пропорциональное звено с передаточной функцией А=К(1+1/рТ), где К - коэффициент передачи пропорционального звена, р - оператор, Т - постоянная времени интегрирования, сумматор, задатчик частоты и блок управления преобразователем постоянного напряжения в ультразвуковую частоту. Выход блока питания через датчик тока соединен со входом преобразователя постоянного напряжения в ультразвуковую частоту. Сигнальный выход датчика тока соединен с первым входом блока сравнения, ко второму входу которого подключен задатчик тока. Выход блока сравнения через пропорциональное звено с передаточной функцией связан с первым входом сумматора, ко второму входу которого подключен задатчик частоты. Выход сумматора соединен с соответствующим входом задающего генератора частоты импульсов, выход которого через блок управления преобразователем постоянного напряжения в ультразвуковую частоту связан со входом указанного преобразователя. Такое выполнение генератора обеспечивает стабильность рабочих характеристик при изменении нагрузки со стороны свариваемых материалов или иных параметров сварки. 2 з.п. ф-лы, 11 ил.

Устройство генератора относится к технике ультразвуковой сварки, использующей способ соединения различных материалов в твердом состоянии с помощью ультразвуковых колебаний без их расплавления и может найти применение для сварки таких материалов, как пластмассы, полимерных или иных смол, находящихся в твердом состоянии, листового металлического материала, а также рулонов фольг непрерывным швом для создания труб и т.п.

Известен генератор ультразвуковой обработки материалов, предназначенный для преобразования электрической энергии промышленной частоты в электрическую энергию ультразвуковой частоты и питания магнитострикционного преобразователя, встраиваемого в технологическое оборудование для процессов очистки и обезжиривания различных деталей или сваривания пластмасс (СЮИТ 468.769.010 ОПС, опубл. 1993).

Типовая схема установки с применением известного генератора ультразвуковой сварки приведена на фиг.1 для операции сварки и включает в себя ультразвуковой генератор 1, магнитострикционный преобразователь 2, концентратор продольных колебаний 3, сварочный наконечник 4, контактную зону сварки 5, опору 7, датчик акустической обратной связи 8 (на чертеже не показан).

В известном устройстве датчик акустической обратной связи располагается в зоне расположения концентратора продольных колебаний на магнитострикционном преобразователе.

При применении указанного известного генератора ультразвукового в составе установки по производству металлополимерных труб (магнитостриктор) магнитострикционный преобразователь и соосно сопряженные с ним концентратор 3 продольных колебаний со сварочным наконечником 4 в виде диска, по технологической причине создания непрерывного сварного шва необходимо устанавливать на вращающемся основании, в результате чего электрическое сопряжение обмоток магнитострикционного преобразователя 2 и выводов концентратора 3 продольных колебаний с ультразвуковым генератором 1 необходимо осуществлять через токосъемные кольца, последнее влияет на качество сварки в результате воздействия нестационарного переходного сопротивления токосъемника на сигнал обратной связи.

Пример данного применения приведен на фиг.2, где ультразвуковой генератор 1, магнитострикционный преобразователь 2, концентратор продольных колебаний 3, дисковый сварочный наконечник 4, контактная зона сварки 5, прокладки 6, магнит 7, датчик продольных колебаний 8, трансмиссия 9, привод 10, подшипник 11, токосъемные кольца 12, щеточный узел 13 выводов магнитострикционного преобразователя, щеточный узел 14 токосъемников датчика продольных колебаний, свариваемая фольга 15.

При осуществлении сварки с помощью ультразвукового генератора 1 необходимо создание колебаний сварочного наконечника с частотой от 10 до 100 кГц, направленные по касательной к поверхности свариваемых материалов, одновременно соединяемые поверхности сжимаются с силой, нормальной к поверхностям их соприкосновения.

Совместное действие в зоне сварки нормальных и тангенциальных напряжений, обусловленных силами N и амплитудой ультразвуковых колебаний сварочного наконечника, создает в этой зоне состояние предельной пластичности или текучести и за некоторое время происходит их соединение. Требуемая сила N и амплитуда определяются характеристиками свариваемого материала (в частности, пределом текучести при сдвиге и модулем сдвига).

Резонансная характеристика магнитострикционного преобразователя известной сварочной установки приведена на фиг.3, при этом по оси ординат приведены значения величины тока, подаваемого на магнитострикционный преобразователь, а по оси абсцисс показано изменение частоты задатчика преобразования (о котором будет указано ниже). Данная зависимость несимметрична относительно центральной частоты.

При применении известного генератора ультразвукового и установке магнитострикционного преобразователя на вращающемся основании ведение режима АПЧ (автоподстройки частоты) и существующей методики регулировки амплитуды колебаний, основанной на широтно-импульсной модуляции, выявило существенные недостатки, в частности, изменение нагрузок со стороны свариваемых материалов приводит к неустойчивой работе контура АПЧ, в результате происходит срыв колебаний инвертора (инвентора) (на чертеже не показан), предназначенного для преобразования постоянного напряжения на его входе в переменное напряжение ультразвуковой частоты, поступающее на магнитострикционный преобразователь. Наличие подшипников и конструктивных зазоров вращающегося основания приводит к появлению в составе сигнала датчика продольных колебаний дополнительных (не детерминированных) колебаний, что затрудняет работу контура АПЧ и практически делает невозможным требуемый устойчивый стационарный режим сварки.

Наличие элементов регулировки симметрии сигнала в составе известного задающего генератора в результате параметрического ухода или от температурного воздействия среды и старения электрорадиоэлементов также приводит к неустойчивой работе ультразвукового генератора установки.

Техническим результатом заявленного генератора ультразвуковой сварки является создание сварочной установки с высокой стабильностью рабочих характеристик при изменении нагрузок со стороны свариваемых материалов, повышение качества сварочного шва, например, повышение однородности шва, без разрывов и т.п., обеспечение стабилизации режима процесса сварки в условиях переменных нагрузок.

Технический результат достигается тем, что генератор для ультразвуковой сварки содержит блок питания, преобразователь постоянного напряжения в ультразвуковую частоту, выход которого соединен с магнитострикционным преобразователем, задающий генератор на основе генератора управляемого напряжением, а также он включает датчик тока, блок сравнения, пропорциональное звено с передаточной функцией А=К(1+1/рТ), где К - коэффициент передачи пропорционального звена, р - оператор, Т - постоянная времени интегрирования, сумматор, задатчик частоты и блок управления преобразователем постоянного напряжения в ультразвуковую частоту, при этом выход блока питания через датчик тока соединен со входом преобразователя постоянного напряжения в ультразвуковую частоту, сигнальный выход датчика тока соединен с первым входом блока сравнения, ко второму входу которого подключен задатчик тока, выход блока сравнения через пропорциональное звено с передаточной функцией связан с первым входом сумматора, ко второму входу которого подключен задатчик частоты, выход сумматора соединен с соответствующим входом задающего генератора частоты импульсов, выход которого через блок управления преобразователем постоянного напряжения в ультразвуковую частоту связан со входом указанного преобразователя.

При этом генератор может содержать блок запуска, состоящий из таймера, вход которого является управляющим входом генератора, выход соединен с одним из входов элемента И, другой вход которого связан с одним из выходов триггера, вход которого подключен к выходу генератора управляемого напряжением, выход элемента И через ключ запуска связан с управляющим входом пускового тиристора блока питания.

Блок управления преобразователем постоянного напряжения в ультразвуковую частоту может содержать триггер, один выход которого является первым выходом указанного блока и одновременно соединен с первым управляющим входом преобразователя постоянного напряжения в ультразвуковую частоту, другой соединен со вторым управляющим входом преобразователя постоянного напряжения в ультразвуковую частоту.

Генератор ультразвуковой сварки содержит (фиг.4) блок 16 питания, выход которого через датчик 17 тока соединен со входом питания преобразователя 18 постоянного напряжения в ультразвуковую частоту, выход которого соединен с магнитострикционным преобразователем 2, сигнальный выход датчика 17 тока соединен с первым входом блока 20 сравнения, выход блока 20 через пропорциональное звено 21 с передаточной функцией А=К(1+1/рТ), где К - коэффициент передачи пропорционального звена, р - оператор, Т - постоянная времени интегрирования, соединен с первым входом сумматора 22, ко второму блока 20 сравнения подключен задатчик 32 тока.

Второй вход сумматора 22 подключен к задатчику 23 частоты, выход сумматора 22 соединен с управляющим входом задающего генератора 24, выход которого через блок 25 управления частотой преобразователя 18 постоянного напряжения в ультразвуковую частоту связан с задающим входом указанного преобразователя 18. В состав преобразователя постоянного напряжения 18 может входить согласующий трансформатор 19, одна первичная обмотка которого подключена к выходу преобразователя 18, вторая первичная обмотка согласующего трансформатора 19 связана с соответствующим входом блока 16 питания, предназначенным для подачи сигналов синхронизации, ко вторичной обмотке подключен магнитострикционный преобразователь 2. Установка включает также блок 26 запуска, о котором будет указано ниже.

В одном из вариантов реализации преобразователь 18 постоянного напряжения в ультразвуковую частоту может быть выполнен на тиристорном инверторе, управляемом ключами управления 51 и 52 блока 25.

При поступлении питающего напряжения по сети на низковольтный блок 27 питания, который связан с задающим генератором 24, генератор 24 запускается. Импульсы с задающего генератора 24 поступают на триггер 28, являющийся блоком управления 25, на одном из выходов триггера 28 образуются сигналы-импульсы в виде меандра для управления запуском блока питания 16, выходы триггера через ключи управления 17₁ и 17₂ соединены с управляющими входами преобразователя 18. При этом триггер предназначен для симметричного управления преобразователем 18 как по переднему, так и по заднему фронтам, формируемым этим преобразователем импульсов.

При подаче команды “ПУСК” на вход элемента запуска 24 блока 26 запуска, который может представлять собой таймер с регулируемой длительностью выходного сигнала (фиг.5), на период длительности этого сигнала через элемент И 31 на ключ 30 управления запуском подаются импульсы с одного из выходов триггера 28 блока 25 в виде “пачки” импульсов, которые поступают (фиг.6) на управляющий вход блока 16 питания. В простейшем виде блок 16 питания представляет собой однополупериодный выпрямитель с ограниченным током. В результате чего на выходе блока 16 питания формируется выпрямленное напряжение (фиг.7). При этом происходит запуск преобразователя 18, преобразующего постоянное напряжение блока 16 питания в переменное напряжение ультразвуковой частоты, появление выходного напряжения преобразователя 18 через трансформатор 19 в магнитострикционный преобразователь 2, на выходе которого установлен сварочный наконечник, размещенный в зоне сварки (на чертеже не показан).

Система регулировки величины амплитуды колебаний магнитострикционного преобразователя 2 может осуществляться с помощью изменения частоты задающего генератора 24 ручным способом, изменяя частоту напряжения на его управляющем входе (на чертеже не показан), перемещаясь по резонансной характеристике тока питающего магнитострикционный преобразователь 2, а также автоматически с помощью контура автоматического регулирования выходного тока, о котором будет указано ниже.

Процесс регулирования изображен на диаграмме работы контура автоматической регулировки тока фиг.8. По оси ординат приведены значения тока J, подаваемого на магнитострикционный преобразователь 2, по оси абсцисс приведены значения частоты задающего генератора 24.

Режим автоматического регулирования тока магнитострикционного преобразователя 2 происходит следующим образом.

Сигнал в виде напряжения от бесконтактного линейного датчика тока 17, включенного в цепь силового выпрямителя (блок 16 питания), поступает на один из входов блока 20 сравнения, на второй вход которого поступает пропорциональное напряжение с задатчика тока 32, с выхода блока 20 сравнения разностный сигнал поступает на вход пропорционального звена 21 с передаточной функцией А=К(1+1/рТ). Пропорциональное звено 21 с передаточной функцией А=К(1+1/рТ), введенное в состав схемы генератора, является регулятором, осуществляющим установку и поддерживающим на заданном уровне определенную физическую величину, в частности установленное значение выходного тока сварки, для этого регулятор должен определенным образом противодействовать возмущающим факторам.

Как известно, коэффициент усиления пропорционального регулятора по соображениям его устойчивости не может быть сделан произвольно большим с целью минимизации ошибки рассогласования. Улучшить точность регулирования можно, увеличив коэффициент усиления цепи обратной связи на низких частотах.

Таким регулятором является звено, состоящее из пропорционального усилителя 40 ошибки рассогласования и интегратора 41, включенного параллельно (фиг.9).

Комплексный коэффициент передачи в частотной области описывается выражением

где R₂/R₁ - коэффициент передачи пропорционального звена;

C₁R₂ - постоянная времени интегрирования (см. фиг.10 и 11).

Указанное выражение, как известно, можно записать в виде с использованием оператора р (присущего для теории систем автоматического регулирования) без изменения сути.

Тогда функция выглядит так:

где К - коэффициент передачи пропорционального звена;

Т - постоянная времени интегрирования.

Выбор коэффициентов К, Т осуществляется, исходя из требований затухания отработки возмущающего воздействия и обеспечения запаса устойчивости системы регулирования.

С выхода пропорционального звена 21 напряжение положительной или отрицательной полярности (+/-U), в зависимости от рассогласования текущего значения и требуемого значения тока, поступает на один из входов сумматора 22, на второй вход которого подается напряжение, пропорциональное формированию 1/2 максимального значения выходного тока J магнитострикционного преобразователя 2.

Указанное значение может быть выставлено в режиме ручного управления либо с помощью задатчика частоты 33.

В результате при работе с переменной нагрузкой возникающее изменение тока магнитострикционного преобразователя 2 поддерживается в требуемом значении путем подстройки частоты задающего генератора 24 по токовой (АЧХ) амплитудно-частотной характеристике (фиг.8) магнитострикционного преобразователя 2.

В результате на входе магнитострикционного преобразователя 2 вне зависимости от изменений параметров в зоне сварки или изменений иных параметров работы установки (температурных или изменений тока или напряжения в электрических цепях установки) будет поддерживаться постоянный стабильный режим работы путем подстройки частоты задающего генератора 24 по токовой АЧХ магнитострикционного преобразователя 2.

1. Генератор для ультразвуковой сварки, содержащий блок питания, преобразователь постоянного напряжения в ультразвуковую частоту, выход которого соединен с магнитострикционным преобразователем, предназначенным для размещения на нем сварочного наконечника, и задающий генератор частоты импульсов, отличающийся тем, что он включает датчик тока, блок сравнения, задатчик тока, пропорциональное звено с передаточной функцией А=К(1+1/рТ), где К - коэффициент передачи пропорционального звена, р - оператор, Т - постоянная времени интегрирования, сумматор, задатчик частоты и блок управления преобразователем постоянного напряжения в ультразвуковую частоту, при этом выход блока питания через датчик тока соединен со входом преобразователя постоянного напряжения в ультразвуковую частоту, сигнальный выход датчика тока соединен с первым входом блока сравнения, ко второму входу которого подключен задатчик тока, выход блока сравнения через пропорциональное звено с передаточной функцией связан с первым входом сумматора, ко второму входу которого подключен задатчик частоты, выход сумматора соединен с соответствующим входом задающего генератора частоты импульсов, выход которого через блок управления преобразователем постоянного напряжения в ультразвуковую частоту связан со входом указанного преобразователя.

2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что он содержит блок запуска с элементом И и ключом, при этом вход блока запуска является управляющим входом генератора, выход соединен с одним из входов элемента И, другой вход которого связан с первым выходом блока управления преобразователем постоянного напряжения в ультразвуковую частоту, выход элемента И через ключ связан с управляющим входом блока питания.

3. Генератор по п.2, отличающийся тем, что блок управления преобразователем постоянного напряжения в ультразвуковую частоту содержит триггер, один выход которого является первым выходом упомянутого блока и соединен с первым управляющим входом преобразователя постоянного напряжения в ультразвуковую частоту, а другой выход соединен со вторым управляющим входом упомянутого преобразователя.

Генератор для ультразвуковой сварки

Ультразвуковая сварка

Метод ультразвуковой сварки был разработан в XX веке. Он предназначен для создания неразъемных соединений различных материалов. Для сваривания детали сдавливают друг с другом и подвергают воздействию интенсивных ультразвуковых колебаний.

Таким способом можно сваривать термопластик и большинство металлов. По сравнению с другими способами сварки, ультразвуковые установки отличаются простотой конструкции, а сам процесс — низкой себестоимостью и трудоемкостью.

Принцип действия ультразвуковой сварки и классификация

С физической точки зрения, ультразвуковая сварка проходит в три стадии:

нагрев изделий, активизация диффузии в зоне соприкосновения;
образование молекулярных связей между вязкотекучими поверхностными слоями
затвердевание (кристаллизация) и образование прочного шва.

Существует несколько классификаций ультразвуковой сварки ультразвуковой сварки.

По степени автоматизации различают:

Ручная. Оператор контролирует параметры установки и ведет сварочный пистолет по линии шва.
Механизированная. Параметры задаются оператором и поддерживаются установкой, детали подаются под излучатель.
Автоматизированная. Применяется на массовом производстве. Участие человека исключается.

Схемы колебательных систем для сварки ультразвуком

По методу подведения энергии к рабочей зоне выделяют:

По методу движения волновода классифицируют:

Импульсная. Работа короткими импульсами за одно перемещение волновода.
Непрерывная. Постоянное воздействие излучателя, волновод двигается с постоянной скоростью относительно материала.

По споосбу определения количества энергии, затрачиваемой на соединение, существуют:

по времени воздействия;
по величине осадки;
по величине зазора;
по кинетической сотавляющей.

В последнем случае количество энергии определяется предельной амплитудой смещания опоры.

По способу подачи энергии в рабочую зону различают следующие режимы ультразвуковой сварки:

Контактная. Энергия распределяется равномерно по всему сечению детали. Позволяет сваривать детали до 1,5 толщиной. Применяется для сваривания внахлест мягких пластиков и пленок.
Передаточная. В случае высоких значений модуля упругости колебания возбуждаются в нескольких точках. Волна распространяется внутри изделия и высвобождает свою энергию в зоне соединения. Используется для тавровых швов и соединений встык жестких пластиков.

Схема точечной ультразвуковой сварки Схема установки для роликовой сварки ультразвуком

Способ подачи энергии колебаний в зону контакта заготовок определяется модулем упругости материала и коэффициентом затухания механических колебаний на ультразвуковых частотах.

Суть получения швов ультразвуком

Процесс сварки ультразвуком для пластиков и металлов имеет общие физические основы, но существенно различается по параметрам.

Для ультразвуковой сварки металлов требуется нагрев до высоких температур и приложение больших усилий сжатия. Для пластиков можно обойтись намного меньшими значениями этих параметров. Схема установки ультразвуковой сварки пластика также существенно проще.

Последовательность действий следующая

Подключают генератор ультразвука.
Ультразвук, проходя через конвертер, преобразуется в продольные механические колебания волновода.
Волновод подсоединяется перпендикулярно плоскости шва и передает заготовкам колебательную энергию.
Механическая энергия преобразуется в волновую, что обуславливает интенсивный нагрев области соприкосновения волновода и заготовки.
В нагретом поверхностном слое возрастает текучесть.
Динамическое усилие, прикладываемое со стороны излучателя, способствует нагреву зоны крнтакта.
Статическое усилие, приложенное в том же направлении — перпендикулярно поверхности контакта, понуждает к образованию прочные связи.

Сварной шов после ультразвуковой сварки

Таким методом удается соединять ультразвуком даже разные по своему строению материалы, такие как металлические сплавы и пластики.

При этом разница в температурах плавления может быть многократной.

Преимущества

Анализируя особенности ультразвукового сварочного производства, нельзя не отметить следующие его достоинства:

не требуется защитная газовая среда;
нет нужды в тщательной механической зачистке зоны сварки;
нет ограничений по форме деталей;
экологичность и ничтожный объем выделяющихся вредных веществ;
небольшие температуры нагрева по сравнению с другими способами;
не требуются сварочные материалы;
высокая производительность, сравнимая только с контактной сваркой — доли секунды.
низкие затраты энергии.

Полученный шов имеет эстетичный внешний вид и редко нуждается в дополнительной обработке.

Недостатки

Существуют у способа и минусы:

Размер заготовки ограничен 25-30 см. На больших расстояниях волны рассеиваются и поглощаются материалом.
Невозможность сварки деталей большой толщины.
Чувствительность к влажности.

Сочетание достоинств и недостатков метода позволяет применять его в самых различных производствах.

Воздействие ультразвука на материал деталей

Атомы твердых тел, как кристаллических, так и аморфных, расположены в определенном порядке, между ними установлены более или менее прочные связи, позволяющие телам сохранять свою форму. Атомы и молекулы способны колебаться относительно своего начального положения. Чем выше амплитуда этих колебаний, тем выше внутренняя энергия тела. Если амплитуда превышает определенный предел, установившиеся связи могут разорваться. Если к телу приложено усилие, не дающее ему потерять целостность, вместо разорванных связей возникают новые, этот процесс называют рекомбинацией.

Ультразвуковые волны высокой интенсивности, сообщая атомам тела большое количество энергии за короткое время, увеличивают амплитуду колебаний атомов и молекул в зоне воздействия. Связи между ними рвутся, и под приложенным давлением возникают новые, с частицами из поверхностных слоев второй заготовки. Так возникает чрезвычайно прочное соединение, превращающее детали в единое целое.

Работа с металлическими деталями

Высокой эффективностью отличается применение ультразвуковой сварки к деталям небольших размеров. Особенно удачно применяют метод в микроэлектронике и приборостроении.

Соединение металлов проходит при существенно более низких температурах, чем при использовании «горячих» сварочных технологий, таких, так электродуговая или газовая сварка. Это открывает широкие возможности для быстрого и надежного соединения компонентов, чувствительных к перегреву.

Кроме того, метод способен сварить пары металлов, с трудом соединяемые другими способами: Cu+Al, Al+ Ni и т.д.

Прочностные характеристики шва достигают 70% от значений для исходного сплава.

Метод также позволяет сваривать металл, пластик, керамику, композиты, стекло в любых комбинациях. Применим он и к тугоплавким сплавам.

Преимущества и недостатки при работе с пластиками

При работе с пластмассами существуют следующие достоинства метода:

высокая производительность;
низкая себестоимость операции;
герметичность швов на толстостенных заготовках;
отсутствие необходимости в подготовке поверхности;
отсутствие перегрева;
отсутствие электрических наводок и электромагнитного излучения;
совместимость операции с другими операциями технологического процесса, напыления, разреза в других плоскостях и т.п.;
универсальность по типам пластиков;
отсутствие расходных материалов и химикатов.
эстетичность и малозаметность шва.

Ультразвуковая сварка пластмасс

Выделяют и недостатки:

Малая мощность излучателя заставляет подводить энергию с двух сторон.
Сложность контроля качества шва.

Качество соединения стильно зависит от точности подбора и стабильности параметров установки во время работы.

Особенности сваривания полимеров с использованием ультразвука

Для соединения пластмасс ультразвуком используется специализированное оборудование. Его основные компоненты следующие:

Рама, на которой закреплены все основные узлы и детали.
Блок питания.
Система управления.
Генератор ультразвука
Привод давления.
Преобразователь колебаний.
Сварочная головка.

В промышленных моделях существует также рабочий стол с механизмом подачи деталей.

Используемое оборудование

Учитывая высокую стоимость аппарата УЗ-сварки, многие домашние мастера подумывают о самостоятельном изготовлении установки. К сожалению, это не сварочный трансформатор и даже не выпрямитель, и для проектирования и создания аппарата потребуются серьезные знания и навыки в области акустики и электроники. Кроме того, для изготовления деталей излучателя и волновода нужны станки высокого класса точности, недоступные в домашних условиях.

Пресс для ультразвуковой сварки

Оборудование для ультразвуковой сварки разделяют на три категории:

точеное;
шовное;
шовно–шаговое.

Диапазон мощности — 50 ватт до 2 киловатт, рабочая частота в районе 20-22 килогерц

Основной узел установки ультразвуковой сварки — генератор колебаний и преобразователь электрических колебаний в механические той же частоты.

Механические колебания ультразвукового генератора преобразуются магнитострикционным преобразователем. Для отведения излишнего тепла используется водяная система охлаждения

Волновой трансформатор согласует параметры взаимодействия преобразователя и волновода. Он повышает частоту колебаний на выходе волновода.

Волновод транспортирует энергетический поток к месту сваривания. На его рабочем окончании смонтирована сменная сварочная головка. Ее геометрические параметры выбирают, исходя из материала заготовки, его толщины и вида шва. Так, для приваривания выводов микросхем берут головку, заканчивающуюся тонким жалом.

Опорная рама служит для размещения всех узлов и деталей. На ней также монтируется механизм перемещения заготовки или головки волновода.

Параметры сварочного оборудования

Чтобы получить прочный и долговечный шов, необходимо точно рассчитать и тщательно соблюдать параметры работы аппарата. Они зависят от типа материала заготовок, его толщины, требований к прочности шва. Точная настройка параметров для каждого нового изделия проводится в лабораторных условиях, с многократными испытаниями на разрушение соединения. Наилучшее сочетание параметров фиксируется и используется в производственном процессе.

К основным параметрам относят:

Амплитуда колебаний. Определяет поток энергии и время операции.
Усилие прижима. От него зависит прочность шва.
Частота работы генератора.
Статическое давление. Определяется амплитудой механических колебаний.
Продолжительность и скважность импульсов. Также определяет продолжительность операции.

К вспомогательным параметрам относят температуру начального прогрева для заготовок большой толщины, возвышение сварной головки над заготовкой и некоторые другие.

Установка для точечной сварки ультразвуком

Выделение тепла при сварке ультразвуком

Тепло, выделяющееся при проведении сварочных работ, образуется вследствие пластических деформаций, а также механического трения свариваемых поверхностей. Температура нагрева не является неизменной, она определяется физико-механическими характеристиками: твердостью, теплоемкостью и теплопроводностью. Влияет также и пространственная конфигурация заготовок. Влияние этого тепла на протекание технологического процесса незначительно.

Возможности ультразвука

Использование ультразвука дает возможность прочно и долговечно соединять различные, даже сильно отличающиеся друг от друга материалы толщиной от нескольких микрон до нескольких миллиметров. При использовании ультразвука к минимуму сводятся искажения формы свариваемых заготовок.

Использование точечных швов дает возможность с высокой скоростью выполнить соединение на больших площадях. Шаг точек подбирается исходя из толщины заготовок и требований к прочности шва. В областях изделия, подвергающихся высоким напряжениям, шаг уменьшают. Применение роликовых насадок на излучатель позволяет выполнять сплошные герметичные швы любой конфигурации. Такие соединения применяются в упаковочных изделиях и надувных конструкциях.

Листовые и пленочные заготовки соединяют внахлест. Для заготовок в форме стрежней применяют тавровые швы.

Ограничены возможности метода по работе со сверхтонкими материалами. Вследствие высокой скорости работы, экологической безопасности и обеспечения нормальных условий труду персонала, популярность ультразвука продолжает расти.

Сферы использования ультразвуковой сварки

Области применения ультразвука для создания сварных соединений определяются исходя из характерных особенностей технологии:

соединяемые материалы должны быть пластичными;
их размеры ограничены, прежде всего — толщина;
температура нагрева намного ниже, чем при использовании «горячих» сварочных технологий.

Применение ультразвуковой сварки в производстве стройматериалов Использование ультразвуковой швейной машины

Технология проучила широкое распространение в следующих областях:

приборостроение;
электроника;
производство пластиковых оболочек;
выпуск пластмассовых изделий.

Применяется метод и в других отраслях для присоединения малогабаритных деталей к крупным.

Ограничения

Основное ограничение, накладываемое на применимость технологии – это размер свариваемых заготовок. Он ограничен 25-30 см. Это обуславливается малой мощностью генератора и высоким затуханием и рассеянием ультразвуковых колебаний в твердой среде. При прямом увеличении мощности и амплитуды колебаний потребуется непропорциональное увеличение размеров установки и потребляемой мощности. Это сведет на нет все экономические преимущества метода.

Кроме того, материалы, свариваемые ультразвуком, должны иметь минимальную влажность, причем ка на поверхности, таки по всему объему. Если этого невозможно добиться, то следует использовать другие технологии.

Процесс ультразвуковой сварки металла

Использование сваривания ультразвуком не имеет экономического смысла и для толстостенных изделий.

Читайте также: