การเชื่อมพลาสติกล้ำเสียง พลาสติก โลหะ วัสดุโพลีเมอร์ โปรไฟล์อลูมิเนียม การเชื่อมด้วยอัลตราโซนิก: เทคโนโลยีปัจจัยที่เป็นอันตราย

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

การเชื่อมโลหะด้วยอัลตราโซนิกเป็นกระบวนการที่เกิดรอยต่อถาวรในเฟสของแข็ง การก่อตัวของพื้นที่เด็กและเยาวชน (ที่เกิดพันธะ) และการสัมผัสระหว่างพวกเขาเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของเครื่องมือพิเศษ มันให้การกระทำร่วมกันของการกระจัดแทนเจนต์แทนเจนต์สลับสัญญาณสัมพัทธ์ของแอมพลิจูดขนาดเล็กและแรงอัดปกติบนช่องว่าง มาดูกันดีกว่าว่าเทคโนโลยีการเชื่อมแบบอัลตราโซนิกคืออะไร

กลไกการเชื่อมต่อ

การกระจัดของแอมพลิจูดต่ำเกิดขึ้นระหว่างชิ้นส่วนที่มีความถี่อัลตราโซนิก ด้วยเหตุนี้ความหยาบกร้านบนพื้นผิวของชิ้นส่วนจึงอาจเกิดการเสียรูปของพลาสติกได้ ในเวลาเดียวกัน สารปนเปื้อนจะถูกอพยพออกจากโซนเชื่อมต่อ การสั่นสะเทือนทางกลด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงจะถูกส่งไปยังจุดเชื่อมจากเครื่องมือที่อยู่ด้านนอกของชิ้นงาน กระบวนการทั้งหมดได้รับการจัดระเบียบในลักษณะที่ไม่รวมการเลื่อนหลุดของฟิกซ์เจอร์และรองรับด้วยรายละเอียดพื้นผิว ในระหว่างการเคลื่อนตัวของการสั่นสะเทือนผ่านชิ้นงาน พลังงานจะกระจายไป สิ่งนี้มาจากแรงเสียดทานภายนอกระหว่างพื้นผิวในขั้นตอนเริ่มต้นของการเชื่อมและแรงเสียดทานภายในในวัสดุที่อยู่ระหว่างส่วนรองรับและเครื่องมือหลังจากการก่อตัวของพื้นที่การตั้งค่า ทำให้อุณหภูมิในข้อต่อสูงขึ้นทำให้เสียรูปได้ง่ายขึ้น

พฤติกรรมเฉพาะของวัสดุ

การเคลื่อนตัวในแนวสัมผัสระหว่างชิ้นส่วนและความเค้นที่เกิดขึ้นและกระทำร่วมกับแรงอัดจากแรงเชื่อมทำให้เกิดการเสียรูปพลาสติกอย่างรุนแรงในปริมาณน้อยในชั้นผิวใกล้ผิวน้ำ กระบวนการทั้งหมดมาพร้อมกับการบดและการเคลื่อนย้ายฟิล์มออกไซด์และสิ่งปนเปื้อนอื่นๆ การเชื่อมด้วยอัลตราโซนิกช่วยลดความแข็งแรงของผลผลิต ซึ่งช่วยให้เกิดการเสียรูปของพลาสติก

คุณสมบัติกระบวนการ

การเชื่อมด้วยอัลตราโซนิกก่อให้เกิดเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการเชื่อมต่อ มั่นใจได้ด้วยการสั่นสะเทือนทางกลของทรานสดิวเซอร์ พลังงานจากการสั่นสะเทือนทำให้เกิดแรงเฉือน แรงอัด และความเค้นที่เกิดจากความเครียดที่ซับซ้อน การเสียรูปของพลาสติกเกิดขึ้นเมื่อเกินขีดจำกัดความยืดหยุ่นของวัสดุ การเชื่อมต่อที่แน่นหนาทำให้มั่นใจได้โดยการเพิ่มพื้นที่สัมผัสโดยตรงหลังจากการอพยพของออกไซด์ของพื้นผิว ฟิล์มอินทรีย์ และฟิล์มดูดซับ

ใช้ KM

อัลตราซาวนด์ใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านวิทยาศาสตร์ ด้วยความช่วยเหลือ นักวิทยาศาสตร์ได้ตรวจสอบคุณสมบัติทางกายภาพหลายประการสารและปรากฏการณ์ ในอุตสาหกรรม อัลตราซาวนด์ใช้สำหรับล้างไขมันและทำความสะอาดผลิตภัณฑ์ โดยทำงานกับวัสดุที่ตัดเฉือนได้ยาก นอกจากนี้ ความผันผวนยังส่งผลดีต่อการหลอมที่ตกผลึก อัลตราซาวนด์ให้การขจัดแก๊สและการปรับแต่งเกรน ปรับปรุงคุณสมบัติทางกลของวัสดุหล่อ แรงสั่นสะเทือนช่วยขจัดความเครียดตกค้าง พวกเขายังใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีช้า การเชื่อมด้วยอัลตราโซนิกสามารถใช้เพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ การสั่นสะเทือนสามารถเป็นแหล่งพลังงานสำหรับการก่อตัวของรอยต่อและจุดต่อ เมื่อบ่อเชื่อมสัมผัสกับอัลตราซาวนด์ในระหว่างการตกผลึก คุณสมบัติทางกลของข้อต่อจะดีขึ้นเนื่องจากการปรับโครงสร้างการเชื่อมและการกำจัดก๊าซอย่างเข้มข้น เนื่องจากแรงสั่นสะเทือนช่วยขจัดสิ่งสกปรก ฟิล์มเทียมและฟิล์มธรรมชาติ จึงสามารถเชื่อมต่อชิ้นส่วนต่างๆ กับพื้นผิวที่ออกซิไดซ์ เคลือบเงา ฯลฯ อัลตราซาวนด์ช่วยลดหรือขจัดความเครียดที่เกิดขึ้นระหว่างการเชื่อม เนื่องจากการสั่นสะเทือน จึงสามารถรักษาเสถียรภาพของส่วนประกอบของโครงสร้างของสารประกอบได้ ในทางกลับกัน ทำให้สามารถป้องกันความเป็นไปได้ของการเปลี่ยนรูปที่เกิดขึ้นเองของโครงสร้างได้ในภายหลัง การเชื่อมด้วยอัลตราโซนิกเพิ่งถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้น นี่เป็นเพราะข้อดีที่ไม่ต้องสงสัยของวิธีการเชื่อมต่อนี้เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีเย็นและสัมผัส โดยเฉพาะอย่างยิ่งมักใช้การสั่นสะเทือนแบบอัลตราโซนิกในไมโครอิเล็กทรอนิกส์

ทิศทางที่สดใสถือว่าเป็นการเชื่อมด้วยอัลตราโซนิกของวัสดุพอลิเมอร์ บางส่วนไม่สามารถเชื่อมต่อด้วยวิธีอื่นได้ ที่สถานประกอบการอุตสาหกรรมกำลังดำเนินการเชื่อมอัลตราโซนิกของโปรไฟล์อลูมิเนียมผนังบาง, ฟอยล์, ลวด วิธีนี้ใช้ได้ผลดีเป็นพิเศษในการต่อผลิตภัณฑ์จากวัตถุดิบที่ไม่เหมือนกัน การเชื่อมอัลตราโซนิกของอลูมิเนียมใช้ในการผลิตเครื่องใช้ในครัวเรือน วิธีนี้มีประสิทธิภาพในการประกบวัตถุดิบแผ่น (นิกเกิล ทองแดง โลหะผสม) การเชื่อมด้วยอัลตราโซนิกของพลาสติกพบการประยุกต์ใช้ในการผลิตอุปกรณ์เกี่ยวกับสายตาและกลไกชั้นดี ปัจจุบันได้มีการสร้างเครื่องจักรและนำเข้าสู่การผลิตเพื่อเชื่อมต่อองค์ประกอบต่างๆ ของไมโครเซอร์กิต อุปกรณ์มีการติดตั้งอุปกรณ์อัตโนมัติ เนื่องจากประสิทธิภาพการทำงานเพิ่มขึ้นอย่างมาก

พลังสหรัฐ

การเชื่อมด้วยอุลตร้าโซนิกของพลาสติกทำให้เกิดการเชื่อมต่อที่ถาวรเนื่องจากการทำงานร่วมกันของการสั่นสะเทือนทางกลความถี่สูงและกำลังอัดที่ค่อนข้างเล็ก วิธีนี้มีความเหมือนกันมากกับวิธีเย็น พลังอัลตราโซนิกที่สามารถส่งผ่านตัวกลางจะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติทางกายภาพของตัวกลาง หากเกินขีดจำกัดความแข็งแรงในเขตการอัด วัสดุที่เป็นของแข็งจะยุบตัว ในสถานการณ์ที่คล้ายคลึงกัน คาวิเทชันเกิดขึ้นในของเหลว พร้อมกับลักษณะของฟองอากาศขนาดเล็กและการยุบตัวที่ตามมา เมื่อรวมกับกระบวนการหลัง แรงกดดันในท้องถิ่นก็เกิดขึ้น ปรากฏการณ์นี้ใช้ในการทำความสะอาดและแปรรูปผลิตภัณฑ์

โหนดอุปกรณ์

ใช้อัลตราโซนิกเชื่อมพลาสติกเครื่องพิเศษ. ประกอบด้วยโหนดต่อไปนี้:

1. พาวเวอร์ซัพพลาย
2. ระบบกลไกสั่น
3. อุปกรณ์ควบคุม
4. ดัน.

ระบบออสซิลเลเตอร์ใช้เพื่อแปลงไฟฟ้าเป็นพลังงานกลเพื่อส่งต่อไปในส่วนการเชื่อมต่อ โดยมุ่งความสนใจและรับค่าความเร็วของอิมิตเตอร์ที่ต้องการ โหนดนี้ประกอบด้วย:

1. ทรานสดิวเซอร์ไฟฟ้าแบบมีขดลวด มันอยู่ในกล่องโลหะและระบายความร้อนด้วยน้ำ
2. หม้อแปลงไฟฟ้ากระแสสลับ
3. หัวเชื่อม
4. รองรับด้วยกลไกการกด

ระบบได้รับการแก้ไขโดยใช้ไดอะแฟรม รังสีอัลตราโซนิกเกิดขึ้นเฉพาะในขณะที่เชื่อม กระบวนการนี้เกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของการสั่นสะเทือน แรงกดที่ทำมุมฉากกับพื้นผิว และผลกระทบจากความร้อน

ความสามารถของวิธีการ

การเชื่อมด้วยอัลตราโซนิกมีประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับวัตถุดิบพลาสติก ผลิตภัณฑ์ที่ทำจากทองแดง นิกเกิล ทอง เงิน ฯลฯ สามารถนำมาผสมผสานกับผลิตภัณฑ์อื่นๆ ที่เป็นพลาสติกต่ำได้ เมื่อความแข็งเพิ่มขึ้นความสามารถในการเชื่อมด้วยอัลตราโซนิคจะลดลง ผลิตภัณฑ์ทนไฟที่ทำจากทังสเตน, ไนโอเบียม, เซอร์โคเนียม, แทนทาลัม, โมลิบดีนัมมีการเชื่อมต่ออย่างมีประสิทธิภาพด้วยความช่วยเหลือของอัลตราซาวนด์ การเชื่อมด้วยอัลตราโซนิกของพอลิเมอร์ถือเป็นวิธีการที่ค่อนข้างใหม่ ผลิตภัณฑ์ดังกล่าวสามารถเชื่อมต่อระหว่างกันและกับชิ้นส่วนที่เป็นของแข็งอื่นๆ ได้ ส่วนโลหะนั้นก็รวมเข้ากับ.ได้แก้ว เซมิคอนดักเตอร์ เซรามิก คุณยังสามารถผูกช่องว่างผ่าน interlayer ตัวอย่างเช่น ผลิตภัณฑ์เหล็กเชื่อมติดกันด้วยพลาสติกอะลูมิเนียม เนื่องจากอยู่ได้ไม่นานภายใต้อุณหภูมิสูง จึงได้รับการเชื่อมต่อคุณภาพสูงของผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างกัน คุณสมบัติของวัตถุดิบอาจมีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย การไม่มีสิ่งเจือปนจากต่างประเทศเป็นข้อดีอย่างหนึ่งของการเชื่อมด้วยอัลตราโซนิก ปัจจัยที่เป็นอันตรายสำหรับมนุษย์ก็ขาดหายไปเช่นกัน เมื่อเชื่อมต่อแล้ว สภาวะสุขอนามัยที่ดีจะถูกสร้างขึ้น พันธะของผลิตภัณฑ์มีความเป็นเนื้อเดียวกันทางเคมี

คุณสมบัติการเชื่อมต่อ

การเชื่อมโลหะจะดำเนินการในลักษณะที่ทับซ้อนกัน ในขณะเดียวกันก็มีการเพิ่มองค์ประกอบการออกแบบต่างๆ การเชื่อมสามารถทำได้โดยจุด (หนึ่งจุดหรือมากกว่า) ตะเข็บต่อเนื่องหรือในวงกลมปิด ในบางกรณี ในระหว่างการสร้างเบื้องต้นของการสิ้นสุดของลวดว่าง การเชื่อมต่อทีกับระนาบ เป็นไปได้ที่จะทำการเชื่อมด้วยอัลตราโซนิกของวัสดุหลายชนิดพร้อมกัน (แพ็คเกจ)

ความหนาของชิ้นงาน

จำกัดบนสุด เมื่อความหนาของชิ้นงานโลหะเพิ่มขึ้น จำเป็นต้องใช้การสั่นด้วยแอมพลิจูดที่ใหญ่ขึ้น ซึ่งจะชดเชยการสูญเสียพลังงาน ในทางกลับกัน การเพิ่มขึ้นของแอมพลิจูดนั้นสามารถทำได้จนถึงขีดจำกัดที่แน่นอน ข้อจำกัดเกี่ยวข้องกับความเป็นไปได้ที่จะเกิดรอยแตกเมื่อยล้า รอยบุบขนาดใหญ่จากเครื่องมือ ในกรณีเช่นนี้ ควรประเมินว่าการเชื่อมด้วยอัลตราโซนิกจะเหมาะสม ในทางปฏิบัติ วิธีนี้ใช้สำหรับความหนาของผลิตภัณฑ์ตั้งแต่ 3…4 µm ถึง 05…1 มม. การเชื่อมสามารถใช้กับชิ้นส่วนที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.01 … 05 มม. ความหนาของผลิตภัณฑ์ที่สองอาจมากกว่าครั้งแรกอย่างมีนัยสำคัญ

ปัญหาที่เป็นไปได้

เมื่อใช้วิธีการเชื่อมด้วยคลื่นเสียงความถี่สูง จำเป็นต้องคำนึงถึงความน่าจะเป็นของความล้มเหลวในการเมื่อยล้าของข้อต่อที่มีอยู่ในผลิตภัณฑ์ ในระหว่างกระบวนการ ชิ้นงานสามารถหมุนสัมพันธ์กัน ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น รอยบุบยังคงอยู่บนพื้นผิวของวัสดุจากเครื่องมือ ตัวอุปกรณ์มีอายุการใช้งานที่จำกัดเนื่องจากการกัดเซาะของระนาบการทำงาน ในบางจุด วัสดุของผลิตภัณฑ์จะเชื่อมเข้ากับเครื่องมือ สิ่งนี้นำไปสู่การสวมใส่บนอุปกรณ์ การซ่อมแซมอุปกรณ์มาพร้อมกับปัญหาหลายประการ เกี่ยวข้องกับความจริงที่ว่าเครื่องมือทำหน้าที่เป็นองค์ประกอบของการออกแบบหน่วยเดียวที่ไม่สามารถแยกออกได้ การกำหนดค่าและขนาดได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับความถี่ในการทำงาน

การจัดเตรียมผลิตภัณฑ์และพารามิเตอร์โหมด

ก่อนทำการเชื่อมด้วยอัลตราโซนิก ไม่จำเป็นต้องทำการวัดที่ซับซ้อนใดๆ กับพื้นผิวของชิ้นส่วน หากต้องการ คุณสามารถเพิ่มความเสถียรของคุณภาพของการเชื่อมต่อได้ ในการทำเช่นนี้ขอแนะนำให้ล้างผลิตภัณฑ์ด้วยตัวทำละลายเท่านั้น สำหรับการเชื่อมโลหะเหนียว วงจรที่มีการหน่วงเวลาของพัลส์สัมพันธ์กับการเริ่มต้นของอัลตราซาวนด์ถือว่าเหมาะสมที่สุด ด้วยความแข็งของผลิตภัณฑ์ที่ค่อนข้างสูง ขอแนะนำให้รอให้ความร้อนเล็กน้อยก่อนที่จะเปิดอัลตราซาวนด์

รูปแบบการเชื่อม

มีหลายตัวครับ รูปแบบทางเทคโนโลยีของการเชื่อมด้วยอัลตราโซนิกแตกต่างกันไปตามลักษณะของการสั่นของเครื่องมือ พวกเขาสามารถบิดงอตามยาว นอกจากนี้ โครงร่างจะแตกต่างกันไปตามตำแหน่งเชิงพื้นที่ของอุปกรณ์ที่สัมพันธ์กับพื้นผิวของส่วนที่เชื่อม เช่นเดียวกับวิธีการถ่ายโอนแรงอัดไปยังผลิตภัณฑ์และคุณสมบัติการออกแบบของส่วนประกอบรองรับ สำหรับรูปร่าง รอยต่อ และจุดต่อ จะใช้รุ่นที่มีการดัดโค้งและการสั่นตามยาว การกระทำด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงสามารถใช้ร่วมกับการให้ความร้อนแบบพัลซิ่งในพื้นที่ของชิ้นส่วนจากแหล่งความร้อนที่แยกจากกัน ในกรณีนี้ สามารถบรรลุข้อดีหลายประการ ก่อนอื่น คุณสามารถลดแอมพลิจูดของการแกว่งได้ เช่นเดียวกับความแรงและเวลาในการส่งสัญญาณ คุณสมบัติด้านพลังงานของพัลส์ความร้อนและระยะเวลาของการซ้อนทับบนอัลตราซาวนด์ทำหน้าที่เป็นพารามิเตอร์เพิ่มเติมของกระบวนการ

ผลทางความร้อน

การเชื่อมด้วยอัลตราโซนิกมาพร้อมกับการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิที่ข้อต่อ ลักษณะของความร้อนเกิดจากการเสียดสีบนพื้นผิวของผลิตภัณฑ์ที่สัมผัส รวมทั้งจากการเสียรูปของพลาสติก อันที่จริงพวกเขามาพร้อมกับการก่อตัวของรอยเชื่อม อุณหภูมิที่บริเวณสัมผัสจะขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ความแข็งแรง สิ่งสำคัญคือระดับความแข็งของวัสดุ นอกจากนี้ คุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์มีความสำคัญมาก: การนำความร้อนและความจุความร้อน โหมดการเชื่อมที่เลือกยังส่งผลต่อระดับอุณหภูมิด้วย ตามแนวทางปฏิบัติ ผลกระทบจากความร้อนที่เกิดขึ้นไม่ได้ทำหน้าที่เป็นเงื่อนไขที่กำหนด มันเกิดจากการที่ข้อต่อในผลิตภัณฑ์มีความแข็งแรงสูงสุดก่อนที่อุณหภูมิจะสูงขึ้นถึงระดับที่จำกัด สามารถลดระยะเวลาของการส่งการสั่นสะเทือนของอัลตราโซนิกได้โดยการอุ่นชิ้นส่วน สิ่งนี้จะเพิ่มความแข็งแกร่งของการเชื่อมต่อ

สรุป

การเชื่อมด้วยอัลตราโซนิกเป็นวิธีที่ขาดไม่ได้ในการเชื่อมชิ้นส่วนในบางอุตสาหกรรม วิธีนี้แพร่หลายมากในไมโครอิเล็กทรอนิกส์ อัลตราซาวนด์ช่วยให้คุณสามารถเชื่อมต่อพลาสติกและวัสดุแข็งได้หลากหลาย ปัจจุบัน งานทางวิทยาศาสตร์กำลังดำเนินการปรับปรุงเครื่องมือและเทคโนโลยีการเชื่อม