Понимание ультразвуковой сварки

НАЖМИТЕ НА ИЗОБРАЖЕНИЕ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯРисунок 1Хотя способы создания вибраций в системе клин-геркон отличаются от системы бокового привода, результаты одинаковы.

Ультразвуковые колебания используются для сварки металлов и пластмасс с 1950-х годов. Твердотельный характер процесса ультразвуковой сварки металлов, а также другие преимущества привели к широкому применению в электронной, автомобильной, аэрокосмической, бытовой и медицинской промышленности. Различные особенности ультразвуковой сварки металлов, а также последние тенденции в развитии процесса открывают путь к более широкому использованию этого процесса в ряде отраслей промышленности.

При ультразвуковой сварке ультразвуковые колебания создают относительное движение, подобное трению, между двумя поверхностями, которые удерживаются вместе под давлением. Движение деформирует, сдвигает и сглаживает локальные неровности поверхности, рассеивая интерфейсные оксиды и загрязнения, обеспечивая контакт металл-металл и соединение между поверхностями.1, 2 Этот процесс является твердотельным, что означает, что он происходит без плавления или плавления. из недрагоценных металлов.

Рисунок 1 изображены два основных типа систем, используемых для ультразвуковой сварки металлов, а также показаны детали местного поведения в зоне сварки. Система бокового привода состоит из ультразвукового преобразователя, усилителя и рупора/сонотрода. Источник питания подает высокочастотную электрическую мощность на пьезоэлектрический преобразователь, создавая высокочастотную механическую вибрацию на конце преобразователя. Типичная рабочая частота составляет 20 кГц, но возможна частота 30 кГц или выше. Эта вибрация передается через секцию усилителя, которая может быть предназначена для усиления вибрации, а затем передается на рупор/сонотрод, который передает вибрации заготовкам.

НАЖМИТЕ НА ИЗОБРАЖЕНИЕ ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯРисунок 2а Показанная здесь сварочная система с боковым приводом подает высокочастотную электрическую энергию на пьезоэлектрический преобразователь, создавая высокочастотную механическую вибрацию на конце преобразователя. Фото предоставлено EWI.

Заготовки, обычно представляющие собой два тонких листа металла, соединенных внахлест, прочно зажимаются между сонотродом и жесткой наковальней с помощью статической силы. Верхняя заготовка прижимается к движущемуся сонотроду с помощью рифленого рисунка на поверхности сонотрода. Аналогичным образом нижняя заготовка прижимается к наковальне за счет рифленого рисунка на наковальне. Ультразвуковые колебания сонотрода, параллельные поверхностям заготовки, создают относительное трение между границами раздела заготовок, вызывая деформацию, сдвиг и сплющивание ранее отмеченных неровностей.

Компоненты сварочной системы размещены в корпусе, который удерживает сварочный узел в критических местах, чтобы не гасить ультразвуковые колебания, а также обеспечивает возможность приложения силы и перемещения узла для приведения сонотрода в контакт с заготовками и применить статическую силу. Пример сварочного аппарата с боковым приводом показан на рис.Рисунок 2А.

Второй тип системы ультразвуковой сварки металлов известен как клин-геркон. Ключевыми элементами этой системы являются пьезоэлектрический преобразователь, который приводит в действие усилитель, который из-за своей отличительной формы называется клином (но в остальном играет ту же роль, что и ранее описанный усилитель). Затем клин приводит вертикальный стержень (трость) в изгибную вибрацию. Вибрация на конце язычка затем передается через сонотрод на язычке к заготовкам (см.Рисунок 2Б).

Расположение заготовки аналогично системе бокового привода — она зажимается между сонотродом и наковальней статической силой. Наковальня клин-герконовой системы не жесткая (как у бокового привода), а предназначена для незначительного изгиба под действием ультразвуковых колебаний. Хотя способ создания вибраций в клиновом язычке отличается от бокового привода, результаты те же: колебательное движение сонотрода, параллельное поверхностям заготовки и создающее относительное движение, подобное трению, на заготовках. 'интерфейс.