ריתוך אולטראסוני

ריתוך אולטראסוני משתמש בתנודות אקוסטיות אולטרסאוניות בתדירות גבוהה המופעלות על חלקים מחוברים המורכבים יחד בלחץ נמוך. שיטת ריתוך זו משמשת לרוב לחיבור תרמופלסטיים וכאשר הברגה, הלחמה או הדבקה אינה מתאימה.

למרות שריתוך קולי פותח כבר בשנות ה-40, נעשה בו שימוש תעשייתי לראשונה בתחילת שנות ה-60 לריתוך חוטים עדינים בתעשיית האלקטרוניקה. בשנת 1963 החלו להשתמש בריתוך קולי לחיבור פוליאתילן. מאז, ריתוך קולי משמש לריתוך אלומיניום ופח דק בתעשיית הרכב (מודולי הצתה, חוטי קצה, חוטים).

התהליך האיטי של זיהוי היתרונות של ריתוך קולי בתעשייה נובע מהיעדר ציוד קולי חזק שיכול להבטיח איכות ריתוך עקבית גם לחלקים גדולים.כתוצאה מכך, המחקר בשנות ה-80 וה-90 התמקד בעיקר בפיתוח ציוד אולטרסאונד.

למרות שריתוך קולי משתמש ברטט, שיטה זו שונה מ"ריתוך רטט", המכונה גם ריתוך חיכוך. במקרה של ריתוך רטט, אחד מהחלקים לחיבור מוחזק במקום והשני מתנודד (על ידי הנעה אלקטרומגנטית או הידראולית).

ריתוך אולטראסוני מחזיק את שני החלקים במקום ומשתמש בגלי קול בתדר גבוה כדי ליצור חיכוך. האנרגיה האקוסטית יוצרת חיכוך ומייצרת חום שמביא לריתוך חלקים תוך פחות משנייה, מה שהופך את הריתוך האולטראסוני לאחד המהירים ביותר בשימוש כיום.

תהליך הריתוך האולטראסוני הוא אוטומטי לחלוטין ומתבצע במתקנים מיוחדים. העיקרון של ריתוך קולי מוצג באיור. 1, וההרכב של מתקן טיפוסי מוצג באיור. 2.

אורז. 1. עקרון ריתוך קולי: א - יישור חלקים, ב - מגע של חלקים עם הקצה, ג - הפעלת לחץ, ד - ריתוך, ה - אחיזה, ו - הרמת הקצה

אורז. 2. תרשים הרכבה לריתוך קולי

הגנרטור (ביחידה נפרדת) משמש להמרת רעידות חשמליות מהרשת לתדר גבוה (20 ... 60 קילו-הרץ), המתמר, באמצעות אלמנטים פיזואלקטריים, ממיר רעידות חשמליות לאקוסטיות. המגבר והסונוטרודה הם אלמנטים תהודה פסיביים של המתקן המשמשים להעברת רעידות מהמתמר לחלקים.

בדרך כלל, מכונות ריתוך קולי מצוידות בסט של מגברים עם יחסי שינוי תזוזה שונים.צורת הסונוטרודה נקבעת על ידי תצורת הריתוך הנדרשת. תנודות גל אורכיות אורכיות נוצרות בהתאם לצורת הסונוטרודה. כל תפר דורש sonotrode משלו.

המהות הפיזית של התהליך מורכבת מהופעת תנודות חזקות מאוד של משרעת קטנה במגע של שני חלקים. רטט בשילוב עם לחץ מסירים זיהומים ותחמוצות מפני השטח של החלקים. אלקטרונים מתחילים לזרום בין החלקים ויוצרים תפר מתכתי.

ריתוך אולטראסוני אידיאלי ליצירת חיבורים חשמליים, ריתוך אלומיניום ונחושת, איטום קצוות צינורות נחושת, ריתוך פלסטיק, הטבעת חלקי מתכת בפלסטיק.

אורז. 3. חיבורים העשויים בריתוך קולי

ריתוך קולי של פלסטיק מאפשר חיבורים אמינים יותר משיטות אחרות. במקרה זה, ריתוך קולי של פלסטיק שונה מהותית מריתוך מתכות.

ראשית, ריתוך קולי של מתכות מתרחש באמצעות רעידות רוחביות במקביל למשטחים המרותכים. ריתוך קולי של פלסטיק משתמש בתנודות אורכיות שהן נורמליות (כלומר בזווית ישרה) למשטחים המרותכים. גם הצורה של הסונוטרודים, המעבירים רעידות אולטרסאוניות לתפרי מתכת ופלסטיק, שונות לחלוטין.

שנית, בעת ריתוך מתכות, נוצר תפר מאינטראקציית חיכוך של המשטחים, היוצר חיבור קשיח מבלי להמיס את החומר.ריתוך אולטרסאונד של חלקי פלסטיק מבוסס על המסת החומר באותו אופן כמו שיטות ריתוך מסורתיות רבות אחרות, כגון ריתוך קשת, התנגדות או ריתוך לייזר), אך בטווחי טמפרטורות נמוכים בהרבה.

אורז. 4. ציוד ריתוך אולטראסוני

היתרונות של ריתוך קולי:

1. אין צורך בניקוי משטח מיוחד.

2. אין צורך באווירה מגינה.

3. אין צורך בחומרי ריתוך (חוטים, אלקטרודות, הלחמה וכו').

4. צריכת חשמל נמוכה.

5. זמן שחבור קצר ליצירת מפרק (כרבע שנייה).

6. אוטומציה מלאה של תהליך הריתוך ואפשרות לשילוב קל עם תהליכי ייצור אחרים.

7. אפשרות לריתוך חומרי ריתוך בעלי אופי שונה, לרבות כאלה הרגישים לטמפרטורות גבוהות, מאחר וכמות קטנה של חום נוצרת במהלך הריתוך.

8. ריתוך כל מיני פרטים.

9. הריתוכים שנוצרו בתהליך זה נעימים ויזואלית, מסודרים.

10. ריתוך אולטראסוני אינו משתמש בכימיקלים קורוזיביים ומייצר כמות קטנה של אדים, בניגוד לשיטות אחרות.

מגבלות של ריתוך קולי:

1. המגבלה החמורה ביותר בשימוש בריתוך קולי היא גודל החלקים המרותכים - לא יותר מ-250 מ"מ. זה נובע מהמגבלות בהספק המוצא של המתמר, חוסר היכולת של הסונוטרוד לשדר גלי אולטרסאונד בהספק גבוה מאוד, והקושי בשליטה על המשרעת.

2. ריתוך אולטראסוני מצריך גם תכולת לחות נמוכה יותר בחומרים המחוברים.אחרת, ריתוך רטט עדיף.

3. ריתוך אולטראסוני אינו יעיל לחיבור חומרים בעלי דופן עבה. לפחות אחד מהחלקים שיש לחבר חייב להיות קל, מכיוון שהוא "סופג" כמות עצומה של אנרגיה.