Использование ультразвука сегодня охватило даже промышленную сферу. Классический пример тому — сварка ультразвуковая. Она основана на ряде физических закономерностей, о которых стоит знать перед началом работ. В чем особенности процесса? Какое оборудование применяется? Каковы достоинства ультразвука при сварке? Об этом вы узнаете из данного материала.

Общие сведения

Ультразвуковая сварка — это метод создания неразъемных соединений, при котором электрические колебания определенной частоты при помощи генератора меняются на механические колебания аппарата. Электрические колебания ультразвука составляют в среднем 30 кГц. Специфика операции — в направлении теплового воздействия. УЗС отличается от классических методов сварки тем, что нагреваются лишь контактирующие участки деталей, а не все целиком. Она применима при обработке разнородных материалов, а для ряда полимерных выступает единственно верным способом соединения.

Время сваривания определяется характеристиками материалов и варьируется от десятых долей до нескольких секунд. При помощи ультразвука идеально свариваются поликарбонат, ПВХ, полипропилен, кожи и ткани с синтетическими волокнами.

Специфика процесса

Задача любой сварки — надежное соединение материалов. При нагревании участков молекулы заготовок переходят в возбужденное состояние, сопровождающееся увеличением расстояния между ними. Здесь может происходить рекомбинация связей составных элементов. Как выполнить это с наименьшими потерями материала, быстро и качественно? Тут без ультразвуковой сварки обойтись сложно.

У/З волна направленного действия попадает в предполагаемое место стыка деталей. Под ее воздействием происходит ранее описанный процесс — возбуждение молекул. Достаточно сблизить заготовки, чтобы процесс их слияния стал неизбежным.

Достоинства ультразвуковой сварки

К преимуществам способа относятся: отменная прочность соединенных деталей; отсутствие необходимости предварительной подготовки поверхностей (шлифовка, очищение грязи и т.п.), а также зачистки шва после кристаллизации; внутренние напряжения шва отсутствуют на всех стадиях работы; внешне шов не различим; процесс может протекать без участия оператора; повышение эффективности производства за счет экономии времени сварщиков на работу; возможность совмещения ряда операций (с резкой металла, либо нанесением рисунка); при сварке ультразвуковой дополнительные расходные или соединительные элементы не требуются (клей, нитки, растворители); при действии волны ультразвука на человека не оказывают негативное влияние какие-либо ее составляющие; не требуется защитная среда (газовая); экономичность использования электроэнергии.

Одинаково хороши оба известных способа ультразвуковой сварки — шовный и прессовый. Первый используется для получения швов длиной менее 250 мм, второй — при точечном или контурном соединении.

Коротко об установках

Оборудование для ультразвуковой сварки состоит из следующих узлов: генератор электрических колебаний; акустический узел с волноводом; прессовый механизм; контролирующая процесс аппаратура.

В самостоятельном изготовлении устройства нет необходимости, и на то есть ряд причин. Первая и основная — создание машины потребует множества математических и физических расчетов. Минимальное отклонение приведет к появлению резонанса в месте контакта деталей, что снизит качество сварного соединения.

Разновидности УЗС

Сварка ультразвуком классифицируется по ряду критериев. Первый — способ передачи энергии. Так выделяют: контактную; передаточную сварку.

Первая обычно используется для соединения мягких пластмасс, пленок, синтетики толщиной до 5 мм. Наиболее распространенный метод сварки — внахлест. Вторая применима при обработке жестких пластмасс (полистирол, капрон и т.п.). Соединение — стыковое.

Другими критериями классификации УЗС являются: способ перемещения волновода (прессовая — за одно короткое движение элемента; непрерывная — за продолжительное воздействие на участок сварки); способ дозировки вводимой механической энергии (с фиксацией времени воздействия у/з импульса, осадкой либо зазором).

Особенности сварочного оборудования

В отличие от ручной или полуавтоматической работы, где можно использовать разные типы электродов или проволок, а также изменять другие параметры процесса, в оборудовании для ультразвуковой сварки все рассчитано до мелочей. Процесс протекает следующим образом: генератор создает электрический импульс; колебания преобразуются в высокочастотную звуковую волну; волна передается через волновод к месту соединения деталей; здесь она создает резонанс; смещение материалов друг к другу приводит к их мгновенному соединению.

В зависимости от физических характеристик соединяемых материалов подбирается частота колебаний. Далее — некоторые примеры установок.

Оборудование для ультразвуковой сварки

Условно все аппараты можно поделить на три группы: стационарные (станки); настольные; ручные.

Примером первой группы является машина ультразвуковой сварки SportTex EU 1300. Визуально она напоминает обычную швейную машинку.

Технические характеристики: напряжение — 220 В; частота — 50 Гц; мощность — 1,5 кВт; рабочая поверхность — 50 мм; производительность — до 10 м/мин; давление рабочее — до 7 бар; рабочая частота — до 20 кГц; габариты — 1200х1200х550 мм; вес — 110 кг.

Стоимость установки составляет не менее 200 тысяч рублей, поэтому используется она обычно на производстве.

К более компактным устройствам относится ультразвуковой модуль настольного типа для соединения тубов (небольших продолговатых емкостей, например, для зубных паст, кремов и т.д.). Скорость работы настольных установок варьируется от 0,3 до 1,5 с и зависит от ширины шва (до 70 мм).

Другие параметры: рабочая частота — до 35 кГц; мощность — до 1,5 кВт; пневматический привод; габариты — 533х261х219 мм; вес — 30 кг.

Стоимость подобных установок на порядок ниже, чем стационарных.

Самые компактные устройства для ультразвуковой сварки применяются для клепки пластмасс, прихватки небольших деталей, фиксации элементов на несущие конструкции. Пример — ручная машинка Handy Star. Ее мощность, частота и скорость работы похожи на настольные устройства, однако габариты и масса существенно ниже, что отражается на стоимости. Рассматриваемый инструмент в сумме трех измерений дает 720 мм, а масса составляет лишь 4,5 кг. Используется такое оборудование для ультразвуковой сварки в автомобильной промышленности, ремонте брезентовых изделий, производстве ленточных транспортеров.

Важно помнить ряд моментов. Первый — длина свариваемых деталей не должна превышать четверть метра. Это обусловлено конструкцией установок. Второй — соединяемые детали должны быть сухими. Третий — как минимум одна из деталей должна быть тонкостенной.