استفاده از صوت در جوشکاری به روشی بسیار مدرن و پیشرفته تبدیل شده است که اخیرا مورد توجه قرار گرفته است. جوشکاری اولتراسونیک تکنیکی است که برای ایجاد اتصالات دقیق و قوی با دقت بالا شناخته شده است.
برای درک کامل جوشکاری اولتراسونیک، درک تمام پارامترها و عناصر مورد نیاز آن بسیار مهم است. هدف این مقاله ارائه یک مطلب جامع در مورد جوشکاری اولتراسونیک است که همه چیز ضروری برای درک کامل را پوشش می دهد. ما در مورد کاربردها، انواع و روش های آن بحث خواهیم کرد و اطلاعات ارزشمندی را برای هر علاقه مند به این زمینه ارائه خواهیم داد.
جوش یا برش اولتراسونیک یا فراصوت چیست؟
در سال های اخیر روش های مختلف جوشکاری در بین کاربران محبوبیت پیدا کرده است که از جمله آنها می توان به جوشکاری اولتراسونیک اشاره کرد. جوشکاری اولتراسونیک یک روش جوشکاری جامد است که در آن مواد بدون ذوب به یکدیگر متصل می شوند.
این فرآیند متکی بر انرژی صدا و فشار اعمال شده توسط دستگاه جوش اولتراسونیک است که ساختار اتمی ماده را تغییر می دهد و مولکول ها و اتم های آن را برای رسیدن به پیوند حرکت می دهد.
جوشکاری اولتراسونیک روشی مدرن و پیشرفته است که انرژی الکتریکی با فرکانس بالا را با استفاده از دستگاه مبدل به انرژی مکانیکی تبدیل می کند. این تبدیل سریع انرژی، همراه با فشار، حرکت و اصطکاک، گرما تولید می کند و باعث تغییر حالت و ساختار مولکولی مواد می شود.
دستگاه در طول فرآیند جوشکاری به قطعات فشار وارد می کند. این تکنیک همه کاره است و به مواد مختلف مانند پلاستیک، فلز و سرامیک اجازه می دهد تا به یکدیگر جوش داده شوند.
برای این که جوش اولتراسونیک قابل انجام باشد، باید موادی انتخاب شوند که دارای خاصیت شیمایی یکسان هستند. در اینصورت مولکوله ای مواد با یکدیگر اقدام می شوند.
تاریخچه جوشکاری التراسونیک
جوشکاری اولتراسونیک، روشی برای اتصال ایمن مواد با سرعت و دقت بالا، اولین بار در دهه 1940 برای اتصال مواد ترموپلاستیک توسعه یافت. این روش در سال 1965 توسط رابرت سولف و سیمور لینزلی به دست آمد. تحقیقات آزمایشگاهی سولوف نشان داد که امواج اولتراسونیک به طور موثر از پلاستیک‌هایی با ضخامت‌های مختلف عبور می‌کنند و از مکانیسم‌هایی مانند اصطکاک، ذوب و فشار برای جوش دادن قطعات به یکدیگر استفاده می‌کنند.
کاربرد اولیه جوشکاری اولتراسونیک در صنعت اسباب بازی بود و نقطه عطف قابل توجهی در سال 1969 ایجاد یک ماشین تمام پلاستیکی با استفاده از این تکنیک بود. با گذشت زمان، جوشکاری اولتراسونیک به طور قابل توجهی پیشرفت کرده است و در حال حاضر به طور گسترده در صنایع مختلف برای اهداف مختلف ساختمانی استفاده می شود.
کاربرد جوش یا برش اولتراسونیک
صنایع زیادی وجود دارند که برای اتصال قطعات به جوشکاری با کیفیت بالا نیاز دارند که هم از استحکام و هم ظرافت اطمینان حاصل می کند. جوشکاری اولتراسونیک یک تکنیک جوشکاری پیشرفته است که در بخش های مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. بیایید چند نمونه از کاربردهای آن را بررسی کنیم:
صنعت الکترونیک
جوش یا برش اولتراسونیک مدارهای کوچک، دیسک های کامپیوتری، درایوهای فن، خازن ها و سیم های کوچک را در زمینه الکترونیک به هم متصل می کند.
صنعت خودرو
در خودروسازی، جوش اولتراسونیک دقیق است و برای اتصال قطعات پلاستیکی، اجزای موتور، درها و موارد مشابه استفاده می شود.
صنعت هوافضا
این روش ورق های آلومینیومی را در کاربردهای هوافضا جوش می دهد و جوش هایی تولید می کند که به دلیل استحکام بالا شناخته می شوند.
صنعت اسباب بازی
جوشکاری اولتراسونیک، به ویژه در پلاستیک ها و ترموپلاستیک ها موثر است، برای ایجاد اسباب بازی های بادوام استفاده می شود.
صنعت بسته بندی
در بسته بندی مواد غذایی، جوش اولتراسونیک از مهر و موم هوا برای ظروف نوشیدنی و مواد غذایی منجمد اطمینان حاصل می کند و به ماندگاری طولانی تر کمک می کند.
این مثال ها کاربردهای همختلف جوشکاری اولتراسونیک را در صنایع مختلف نشان می دهد و بر نقش آن در تولید اتصالات قوی و قابل اعتماد تاکید می کند.
تجهیزات و اجرای اصلی جوش التراسونیک
برای انجام جوشکاری اولتراسونیک، یک دستگاه جوش اختصاصی ضروری است که شامل بخش ها و قطعات مختلفی می باشد که به طور یکپارچه با هم کار می کنند. هر جزء از دستگاه جوش اولتراسونیک نقش خاصی در فرآیند جوشکاری دارد و از تشکیل اتصال موثر اطمینان می دهد. در اینجا به تفکیک این اجزا و عملکرد آنها می پردازیم:
منبع تغذیه
منبع برق، الکتریسیته استاندارد را به انرژی الکتریکی با فرکانس بالا تبدیل می کند. این تبدیل انرژی بسیار مهم است زیرا تبدیل به انرژی صوتی مکانیکی را که برای فرآیند جوشکاری ضروری است، ممکن می سازد.
مبدل
مبدل که مسئول تبدیل انرژی است، امواج الکتریکی با فرکانس بالا را به امواج صوتی مکانیکی تبدیل می کند. این انرژی مکانیکی چیزی است که فلزات و پلاستیک ها را به هم جوش می دهد. ظریف است و برای جلوگیری از آسیب باید با دقت مورد استفاده قرار گیرد.
تقویت کننده
تقویت کننده ارتعاشات ایجاد شده توسط مبدل را تقویت می کند. این تقویت ارتعاشات را برای انتقال به بوق یا ترومپت دستگاه آماده می کند. بوسترها در شکل ها و اندازه های مختلفی وجود دارند که ارتعاشات مکانیکی مورد نیاز برای جوشکاری را افزایش می دهند.
شاخ
هنگامی که ارتعاشات تقویت می شوند، در داخل شیپور یا شیپور متمرکز می شوند. این جزء تضمین می کند که ارتعاشات به طور موثر به قطعه کار هدایت و منتقل می شوند.
پرس
بخش مهمی از دستگاه اولتراسونیک، پرس فشار لازم را در حین جوشکاری اعمال می کند. پس از اینکه ارتعاشات اولتراسونیک مواد را برای اتصال آماده کرد، پرس با اعمال فشار کنترل شده بر روی قطعه کار، اتصال نهایی را تضمین می کند.
فیکسچر (یا سندان)
فیکسچر قطعات را برای عملیات جوشکاری محکم در جای خود نگه می دارد. این به عنوان یک پلت فرم پایدار عمل می کند که برای جوشکاری دقیق و ثابت فلزات یا پلاستیک ها ضروری است.
درک هر جز دستگاه جوش اولتراسونیک کمک می کند تا از این صنعت نوین، برای اتصال مواد مختلف استفاده نمایید. درواقع تا چندین برابر آشنایی شما را با آن بیشتر و کار را برای شما آسانتر می کند.
انواع جوشکاری التراسونیک
روش های جوشکاری اولتراسونیک بر اساس نوع تجهیزات مورد استفاده متفاوت است که هر کدام برای کاربردهای خاص مناسب هستند. در اینجا دو نمونه وجود دارد:
- جوش خطی: این روش جوشکاری اولتراسونیک امکان فرآیندهای جوشکاری مداوم و خطی را فراهم می کند، که برای کاربردهایی که نیاز به اتصالات ثابت و بدون وقفه دارند ایده آل است.
- جوش نقطه ای : با استفاده از تجهیزات تخصصی، جوشکاری اولتراسونیک دوار فرآیندهای جوشکاری دایره ای یا چرخشی را امکان پذیر می کند.
روش جوش یا برش اولتراسونیک
اصل اصلی جوش یا برش اولتراسونیک شامل تولید گرما از طریق ارتعاشات صوتی است. نحوه کار این کار به این صورت است که، فرآیند با قرار دادن قطعه کار در دستگاه جوش شروع می شود که توسط یک فیکسچر محکم می شود. ارتعاشات با فرکانس بالا که به موازات قطعه کار منتقل می شوند، اصطکاک شدید ایجاد می کنند و فلز را گرم می کنند. این اصطکاک حرارتی معادل حدود یک سوم دمای ذوب فلز ایجاد می کند. سپس برای تکمیل اتصال به قطعات فشار وارد می شود.
فرکانس نقش مهمی در جوشکاری اولتراسونیک دارد. باید به دقت کنترل شود تا با نوع ماده جوش داده شده مطابقت داشته باشد. بیشتر شدن فرکانس از ماده، سبب ذوب شدن آن می شود، در حالی که فرکانس ناکافی ممکن است از اتصال مناسب جلوگیری کند.
جوشکاری اولتراسونیک معمولاً شامل مراحل زیر می شود؛
- آماده سازی سطح: تمیز کردن و حذف ناخالصی ها از سطوح، کیفیت جوش قوی را تضمین می کند.
- گرمایش: امواج صوتی با فرکانس بالا انرژی گرمایی تولید می کند تا قطعه کار را نرم کند.
- پیوند مولکولی: مواد نرم شده هنگام اعمال فشار به یکدیگر متصل می شوند و آنها را در یک قطعه یکپارچه ادغام می کنند.
- اعمال فشار: فشار اطمینان می دهد که مواد به طور ایمن به هم متصل شده اند.
- خنک سازی: پس از جوش، قطعات به هم متصل شده به تدریج سرد می شوند تا پیوند تثبیت شود.
این مراحل ، روش مورد استفاده در جوش یا برش اولتراسونیک است که اتصالات قابل اعتماد و بادوامی را در اختیار شما قرار می دهد.
مزایای جوشکاری فراصوتی
جوش یا برش اولتراسونیک مزیت های فراوانی به همراه دارد اما دو تا از مهم ترین این مزیت ها، تمیز بودن جوش و استحکام بالایی است که آن ها ایجاد می کنند. جوش های اولتراسونیک مانند روش های جوشکاری ویژگی های خاصی دارد که در ادامه بیشتر درباره آن ها صحبت می کنیم؛
- عدم تغیرساختار مواد
- سرعت جوشکاری بالا
- طول عمر بالای قطعه جوشکاری شده
- ضریب ایمنی بالا
- عدم نیاز به ذوب و انجماد
- عدم تغییر رنگ در منطقه جوش
- کیفیت جوش عالی
- راحتی کار با دستگاه جوش التراسونیک
معایب جوش یا برش التراسونیک
هنگامی که مزایای جوشکاری اولتراسونیک درک شد، مهم است که محدودیت های آن را نیز در نظر بگیرید. این معایب محدودیت‌هایی را تحمیل می‌کنند که می‌تواند شما را با چالش‌هایی روبه رو کند یا به زمان بیشتری در طول کار نیاز داشته باشد. در زیر این محدودیت ها را بیان می کنیم:
- عمق جوش کم
- مناسب برای فلزات نازکتر
- ظرفیت منطقه جوش محدود
- برای جوشکاری نیاز به فشار ثابت دارد
جوشکاری التراسونیک فلزات
جوشکاری فلزات اولتراسونیک یک تکنیک پیشرفته است که از فناوری پیشرفته برای اتصال دقیق استفاده می کند. فلزات ذوب شده با استفاده از جوش اولتراسونیک به همجوشی کامل بدون تشکیل اکسیدهای فلزی در اطراف ناحیه جوش می‌رسند. این ویژگی باعث شده است که جوشکاری اولتراسونیک در بین کاربران بسیار محبوب باشد، زیرا امکان اتصالات جامد فلزات مشابه و غیر مشابه را فراهم می کند.
استفاده از دستگاه جوش اولتراسونیک و تجهیزات آن جوشکاری سریع فلزات، صرفه جویی در زمان و تسهیل فرآیندهای کارآمد اتصال فلز را ممکن می سازد.
یکی دیگر از مزایای قابل توجه جوشکاری اولتراسونیک فلزات، عملکرد بدون جرقه آن است که ایمنی کاربر را افزایش می دهد. این روش امکان جوشکاری انواع فلزات را بدون هیچ جرقه ای فراهم می کند. علاوه بر این، جوشکاری اولتراسونیک به دلیل حداقل نیازهای آن شناخته شده است و اتصالات با دقت بالا را برای انواع مختلف فلزات تضمین می کند.
جوشکاری التراسونیک پلاستیک
جوشکاری اولتراسونیک که در ابتدا برای جوشکاری پلاستیک های ضخیم و نازک و مواد ترموپلاستیک توسعه یافت، انقلابی در اتصال مواد پلاستیکی ایجاد کرد. این روش بدون نیاز به گرمای بیش از حد به اتصالات بدون درز دست می یابد. در عوض، از امواج اولتراسونیک و حرکت مکانیکی طولی آنها برای جوشکاری و اتصال مواد دقیقاً در محل اتصال مورد نظر استفاده می کند.
دستگاه های تخصصی جوش پلاستیک امکان اتصال سریع و باکیفیت انواع مواد پلاستیکی ضخیم و نازک را فراهم می کنند. این ماشین‌ها اتصالات قوی را با نهایت دقت تضمین می‌کنند و ضخامت‌ها و طول‌های مختلف پلاستیک را در کاربردهای جوش پلاستیک اولتراسونیک تامین می‌کنند.
