초음파 용접
초음파 용접은 낮은 압력에서 함께 조립되는 접합 부품에 적용되는 고주파 초음파 음향 진동을 사용합니다. 이 용접 방법은 열가소성 플라스틱을 접합하는 데 가장 자주 사용되며 볼트 체결, 납땜 또는 접착이 적합하지 않을 때 사용됩니다.
초음파 용접은 1940년대 초에 개발되었지만 1960년대 초 전자 산업에서 미세 와이어를 용접하기 위해 산업적으로 처음 사용되었습니다. 1963년에 폴리에틸렌을 접착하기 위해 초음파 용접이 사용되기 시작했습니다. 그 이후로 초음파 용접은 자동차 산업(점화 모듈, 터미널 와이어, 와이어)에서 알루미늄과 얇은 판금을 용접하는 데 사용되었습니다.
산업계에서 초음파 용접의 장점을 인식하는 과정이 더딘 것은 대형 부품에도 일관된 용접 품질을 보장할 수 있는 강력한 초음파 장비가 부족하기 때문입니다.그 결과 1980년대와 1990년대의 연구는 주로 초음파 장비 개발에 집중되었다.
초음파 용접은 진동을 사용하지만 이 방법은 마찰 용접이라고도 하는 "진동 용접"과 다릅니다. 진동 용접의 경우 결합할 부품 중 하나는 제자리에 고정되고 다른 부품은 진동합니다(전자기 또는 유압 구동에 의해).
초음파 용접은 두 부품을 제자리에 고정하고 고주파 음파를 사용하여 마찰을 일으킵니다. 음향 에너지는 마찰을 일으키고 열을 발생시켜 부품이 1초 이내에 용접되도록 하므로 오늘날 가장 빠른 초음파 용접 중 하나가 됩니다.
초음파 용착 공정은 완전히 자동화되어 있으며 특수 설비에서 수행됩니다. 초음파 용접의 원리는 Fig. 1, 일반적인 설비의 구성은 Fig. 2.
쌀. 1. 초음파 용접의 원리: a — 부품 정렬, b — 부품과 팁의 접촉, c — 압력 적용, d — 용접, e — 유지, f — 팁 리프팅
쌀. 2. 음파용접 조립도
발전기 (별도 장치)는 네트워크의 전기 진동을 고주파 (20 ~ 60kHz)로 변환하는 데 사용되며 변환기는 압전 소자를 사용하여 전기 진동을 음향 진동으로 변환합니다. 증폭기와 소노트로드는 트랜스듀서에서 부품으로 진동을 전달하는 역할을 하는 설비의 수동 공진 요소입니다.
일반적으로 초음파 용접기에는 변위 변환 비율이 다른 증폭기 세트가 장착되어 있습니다.소노트로드의 모양은 필요한 용접 구성에 따라 결정됩니다. 종 방향 방사형, 가장자리 및 기타 파동 진동은 sonotrode의 모양에 따라 생성됩니다. 각 솔기에는 자체 소노트로드가 필요합니다.
프로세스의 물리적 본질은 두 부분의 접촉에서 작은 진폭의 매우 강한 진동이 나타나는 것으로 구성됩니다. 압력과 결합된 진동은 부품 표면에서 불순물과 산화물을 제거합니다. 전자는 부품 사이를 흐르기 시작하여 금속 접합부를 형성합니다.
초음파 용접은 전기 연결, 알루미늄 및 구리 용접, 구리 파이프 끝 밀봉, 플라스틱 용접, 플라스틱에 금속 부품 내장에 이상적입니다.
쌀. 3. 초음파 용착에 의한 조인트
플라스틱의 초음파 용접은 다른 방법보다 더 안정적인 접합을 가능하게 합니다. 이 경우 플라스틱의 초음파 용접은 금속 용접과 근본적으로 다릅니다.
첫째, 금속의 초음파 용접은 용접된 표면에 평행한 횡진동에 의해 발생합니다. 플라스틱의 초음파 용접은 용접되는 표면에 수직(즉, 직각)인 종방향 진동을 사용합니다. 초음파 진동을 금속과 플라스틱 솔기에 전달하는 소노트로드의 형태도 완전히 다릅니다.
둘째, 금속을 용접할 때 표면의 마찰 상호 작용에 의해 이음매가 생성되어 재료를 녹이지 않고 견고한 연결을 만듭니다.플라스틱 부품의 초음파 용접은 아크 용접, 저항 또는 레이저 용접과 같은 다른 많은 전통적인 용접 방법과 동일한 방식으로 재료를 녹이는 것을 기반으로 하지만 온도 범위는 훨씬 낮습니다.
쌀. 4. 초음파 용접 장비
초음파 용접의 이점:
1. 특별한 표면 청소가 필요하지 않습니다.
2. 보호 대기가 필요하지 않습니다.
3. 용접재료(전선, 전극, 땜납 등)가 필요하지 않습니다.
4. 낮은 전력 소비.
5. 조인트를 형성하기 위한 짧은 스플라이싱 시간(약 1/4초).
6. 용접 공정의 완전 자동화 및 다른 생산 공정과의 쉬운 통합 가능성.
7. 용접시 소량의 열이 발생하므로 고온에 민감한 재료를 포함하여 이질적인 재료의 용접이 가능합니다.
8. 온갖 세부사항을 용접하십시오.
9. 이 과정에서 생성된 용접부는 시각적으로 만족스럽고 깔끔합니다.
10. 초음파 용접은 부식성 화학약품을 사용하지 않으며 다른 방법과 달리 소량의 연기가 발생합니다.
초음파 용접의 한계:
1. 초음파 용접 사용의 가장 심각한 제한은 용접 부품의 크기(250mm 이하)입니다. 이는 트랜스듀서의 출력에 한계가 있고, 소노트로드가 초고출력 초음파를 전달하지 못하며, 진폭 조절이 어렵기 때문이다.
2. 초음파 용접은 또한 결합되는 재료의 수분 함량이 낮아야 합니다.그렇지 않으면 진동 용접이 선호됩니다.
3. 초음파 용접은 벽이 두꺼운 재료를 접합하는 데 효과적이지 않습니다. 엄청난 양의 에너지를 «흡수»하므로 연결될 부품 중 적어도 하나는 가벼워야 합니다.