Что такое ультразвуковая сварка?

Применение ультразвука расширяет свои границы. Примером тому может служить ультразвуковая сварка. Принцип ее работы основывается на ряде физических законов, без знания которых приступать к сварным работам не рекомендуется.

Применение ультразвука в сварке.

Суть процесса воздействия ультразвука

Прежде всего, необходимо понять, что все твердые вещества состоят из атомов, выстроенных в определенном порядке (кристаллическая решетка). И все частицы вещества совершают возвратно-поступательные движения относительно своего положения. Чем выше внутренняя энергия вещества – тем больше амплитуда совершаемых колебаний.

В таком возбужденном состоянии молекулы вещества могут терять ряд связей с соседними молекулами, так как расстояние между ними увеличивается. В этом состоянии, но с понижением амплитуды колебаний и начинает происходить рекомбинация связей внутри вещества. А это и есть главная задача любой сварки – обеспечить надежное соединение материалов. Вопрос только в том, как заставить молекулы получить дополнительное возмущение, чтобы увеличить их амплитуду колебания. Вот здесь на помощь и приходит ультразвук.Ультразвуковая волна направляется в место предполагаемого соединения, где под ее воздействием происходит описанный ранее процесс возмущения частиц в зоне контакта. Достаточно небольшого усилия, направленного на сближение свариваемых деталей, чтобы процесс образования новых соединений был неизбежным.

Ультразвуковое оборудование

Ультразвуковой дефектоскоп.

Оборудование для ультразвуковой сварки не делится на определенные части. Единое устройство состоит из нескольких узлов:

• генератор электрических колебаний;
• узел акустический (включает в себя волновод);
• механизм создания давления;
• аппаратура для контроля за качеством выполнения работы.

Стоит ли делать такую машину самому? В этом нет необходимости, к тому же при ее изготовлении потребуется масса математических и физических расчетов. Малейшее отклонение от заданных параметров приведет к тому, что вы не сможете добиться резонансного явления в месте контакта, соответственно, частицы вещества не получат дополнительное возмущение и сварное соединение получится некачественным или не получится вовсе.

Принцип работы оборудования

Установка ультразвуковой сварки просчитана до мелочей, поэтому и работает она четко. Генератор создает электрические колебания, которые преобразуются в звуковые волны высокой частоты. Звуковые волны являются упругими, поэтому они передаются через волноводы, выполненные в виде полых трубок или стержней, к месту контакта деталей.

Молекулы имеют определенную частоту колебаний, поэтому дополнительные звуковые волны, которые совпадают по частоте, вызывают в месте сварки резонанс – резкое увеличение амплитуды. А это и необходимо для соединения материалов. Достаточно небольшого их смещения в направлении друг друга, чтобы молекулы поверхностей начали образовывать контакт. Для разных материалов, как уже отмечалось, необходимая различная частота колебаний, соответственно, для установки ультразвуковой сварки необходима точная аппаратура, создающая определенную частоту.

Сделать самостоятельно такое устройство практически невозможно.

Где используется данный метод?

Области применения ультразвука.

Сварка ультразвуком не является универсальным методом скрепления материалов. Она идеально подходит для соединения практически всех материалов, но скрепляемые детали не должны иметь больших линейных размеров или должны отличаться высоким уровнем пластичности.

Ультразвуковая сварка металлов, имеющих большую толщину нерентабельна и непрактична. Звуковые волны гасятся плотностью материала и не достигают удаленных точек в месте контакта. При этом дисперсионные явления вызывают появление вторичных звуковых волн, которые только мешают резонансным явлениям в плотной среде. Амплитуда колебания молекул увеличивается практически по всему объему материала, что приводит к увеличению его внутренней энергии (тело нагревается).

Значительно эффективнее производить сварку более мягких материалов: пластмассы, пластика и иных полимеров. Вторичные волны в них практически не распространяются, частицы в месте контакта быстро приводятся в активное состояние, контакт их получается быстрым и надежным.

По этой причине на настоящий момент более востребована ультразвуковая сварка пластмасс. Используется она как при промышленном производстве, так и в специализированных мастерских. Особенно актуальна сварка с помощью ультразвука при ремонте изделий, где невозможно применить сварку, сопровождающуюся применением открытого источника тепла или приводящую к ощутимому изменению температуры детали, которую подвергают ремонту.

Еще один недостаток сварки ультразвуком заключается в том, что свариваемые поверхности должны находиться непосредственно на устройстве. А это влечет дополнительные работы по демонтажу поврежденных деталей и их повторному монтажу на определенный агрегат.