Ультразвуковая сварка металлов: основные моменты и преимущества

Первая в истории ультразвуковая сварка металлов была проведена в середине прошлого века. С тех пор этот способ сварочных работ успел широко распространиться во многих сферах, в большей степени найдя своё применение в промышленном производстве.

Ультразвуковая сварка двух металлических конструкцийПроцесс сварки металлических поверхностей ультразвуком предполагает под собой соединение нескольких конструкций при помощи вибраций с высоким уровнем частотности. Свариваемые при этом детали крепятся друг к другу с умеренно высоким давлением. Соединяемые детали в процессе УЗ-сварки не подвергаются чрезмерному плавлению. Благодаря этому материал, из которого произведены свариваемые конструкции, не меняет форму и не деформируется под действием высоких температур.

к содержанию ↑

Как проходит сварка ультразвуком?

Сварка металла ультразвуком проводится за счет влияния высокочастотных колебаний поперечного направления, происходящих по краям нескольких металлических поверхностей. Параллельно с этим свариваемые конструкции монтируются друг с другом под умеренно высоким давлением. В итоге нарастающее внутри деталей напряжение приводит к появлению упругопластических деформаций по контуру поверхности. Конкретно локализованное стыковое скольжение между фазами постепенно начинает разрушать оксиды металла и расположенные на поверхности плёнки, что позволяет конструкциям контактировать друг с другом сразу в десятках точек соприкосновения. Колебания длительной периодичности за короткий промежуток времени полностью разрушают все границы стыковки между деталями, увеличивая площадь их контакта и обеспечивая соединение, структурно напоминающее сварку посредством диффузии.

Ультразвуковые сварочные работы вызывают повышение температуры отдельных участков металлических деталей. Этого удаётся достичь при помощи комбинации пластического гистерезиса, скольжения между фазами и пластичных деформаций. Если правильно настроить мощность используемых приборов, то процесс ультразвуковой сварки проходит без переплавки металла на границе соединяемых конструкций.

Фото: Процесс УЗ-сварки вблизи

СОВЕТ: такой тип сварочных работ больше всего подходит для металлов с низким уровнем проводимости тепла (к примеру, для стали). Причиной этого является высокое сопротивление таких материалов – на их сварку при помощи ультразвука уходит гораздо меньше энергии, чем на обычную сварку. Поэтому для соединения конструкций, изготовленных из материалов с низкой теплопроводностью, рекомендуется использовать ультразвуковое оборудование. 

к содержанию ↑

Сферы применения УЗ-сварки

Сварка металла ультразвуком нашла своё применение в промышленном производстве и при монтаже технического оборудования. Данный способ сваривания нескольких конструкций оказался незаменим при работе с материалами, обладающими высокой проводимостью тепла. Наибольшее распространение сварка металла ультразвуком получила в следующих ситуациях:

  • изготовление электропроводящих систем (проводится на промышленных предприятиях, которые специализируются на производстве бытовой техники, электроники и комплектующих элементов для электроприборов);
  • изготовление жгутов электропроводов и кабельных систем (широко распространено для нужд автомобильной промышленности, медицинских исследований, производства авиационной и космической техники, информационных систем);
  • сваривание шинопроводов, предохранительных элементов, соединительных контактов и устройств включения/выключения (осуществляется при изготовлении элементов питания, а также осветительных систем);
  • сварка пластин и фольги для элементов питания (проводится для производства аккумуляторов с разным уровнем ёмкости. Чаще всего сваривают детали из меди и алюминия – металлов, которые имеют низкую теплопроводность. Это приводит к тому, что для сварки пластин и фольги приходится затрачивать больше времени и энергии);

Фото: Пример сварки пластины

  • изготовление конденсаторов, теплоизоляционных покрытий и уплотнённых проводов (покрытия, изготовленные при помощи УЗ-сварки, особенно востребованы среди производителей продуктов, нуждающихся в защите от высоких температур. В частности, такие комплектующие элементы нашли своё применение в производстве взрывных устройств. Уплотнённые провода и конденсаторы получили высокий спрос среди компаний из микроэлектронной сферы);
  • сваривание труб (используется при изготовлении систем отопления или кондиционирования воздуха. С помощью УЗ-сварки их составные элементы удаётся более надёжно соединить друг с другом).
к содержанию ↑

Оборудование для ультразвуковой сварки

 

Оборудование для сварочного процессаУстройства для ультразвуковой сварки металлических поверхностей состоят из стандартного набора компонентов. Базовыми элементами таких аппаратов указанного типа являются:

  • источник энергии (соединяет устройство для УЗ-сварки с системами подачи электрического тока. Основная задача этого элемента – преобразование электроэнергии в высокочастотные импульсы и повышенное напряжение, которое необходимо для стабильной работы сварочного преобразователя);
  • преобразователь (эта деталь трансформирует поступающие от источника питания напряжение и импульсы с высокой частотой. С их помощью компонент создаёт высокочастотные колебания, необходимые для сварки. Преобразователь является одним из составляющих элементов сварочной головки);
  • сварочная головка (нужна для обеспечения нужного способа сжатия свариваемых деталей. Всего существует три варианта работы сварочной головки. Она может сжимать поверхности механическим, гидравлическим или пневматическим способами. После сжатия начинается сам процесс сварки, в котором одну из главных ролей играют волноводы);
  • волноводы (создают колебания в точках соприкосновения между соединяемыми деталями. Благодаря этому, они постепенно разрушаются и конструкции монтируются друг с другом более плотно. Также волноводы ответственны за деформацию поверхностей свариваемых деталей посредством, которая даёт возможность скрепить их с помощью процесса диффузии).

СОВЕТ: стабильная работа всех компонентов аппарата для ультразвуковой сварки металла гарантируется только при наличии постоянной подачи электроэнергии. Поэтому рекомендуется дополнительно укомплектовать сварочное устройство источником бесперебойного питания. Этот прибор сможет гарантировать постоянную работу оборудования для сварки независимо от наличия систем подачи электрического тока.

к содержанию ↑

Плюсы и минусы сварки ультразвуком

 

Ультразвуковой сварочный аппаратПроцесс ультразвуковой сварки металлов отмечается рядом преимуществ. К их числу можно отнести такие аспекты:

  • УЗ-сварка помогает соединять тонкие детали вместе с конструкциями, изготовленными из более плотного материала;
  • возможно проведение сварочных работ по присоединению элементов, изготовленных из разных материалов;
  • сварка ультразвуком помогает в производстве изделий, обладающих высоким уровнем тепловой и электрической проводимости;
  • при проведении сварочных работ при помощи ультразвука не используется тепло – свариваемые детали соединяются друг с другом без плавления поверхности;
  • энергия, расходуемая в процессе сварки, используется более экономно;
  • сварка ведётся без использования присадочных материалов и не требует создания особой атмосферы в месте, где будут идти работы;
  • перед ультразвуковой сваркой металлические конструкции не нужно предварительно очищать.

Впрочем, у сварки металлических деталей с помощью ультразвука, есть и свои недостатки. Самый главный из них – возникающие сложности при работе с конструкциями, изготовленными из материалов, которые обладают высокой проводимостью тепла. Также к минусам УЗ-сварки стоит отнести немалую стоимость необходимого для неё оборудования, которое к тому же нуждается в особо тщательном уходе.

В итоге, становится очевидно, что ультразвуковая сварка способна обеспечивать столь же высокопрочное и надёжное соединение металлических деталей, которое достигается при обычном способе сваривания. Преимущества сварки металлов ультразвуком очевидны. Она не только помогает грамотно расходовать энергию, затрачиваемую на сварочный процесс, но и позволяет работать с конструкциями, обладающими разной толщиной и изготовленными из различных материалов. Несмотря на то, что процесс УЗ-сварки сопровождают некоторые недостатки, к нему рекомендуется прибегнуть для получения прочно сваренных металлических деталей.

 

 

 

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *