Ultrasoon lassen

Ultrasoon lassen maakt gebruik van hoogfrequente ultrasone akoestische trillingen die worden toegepast op samengevoegde onderdelen die onder lage druk aan elkaar worden geassembleerd. Deze lasmethode wordt meestal gebruikt om thermoplasten te verbinden en wanneer bouten, solderen of lijmen niet geschikt is.

Hoewel ultrasoon lassen al in de jaren 40 werd ontwikkeld, werd het begin jaren 60 voor het eerst industrieel gebruikt om fijne draden in de elektronica-industrie te lassen. In 1963 werd ultrasoon lassen gebruikt om polyethyleen te verlijmen. Sindsdien wordt ultrasoon lassen gebruikt voor het lassen van aluminium en dun plaatstaal in de auto-industrie (ontstekingsmodules, aansluitdraden, draden).

Het langzame proces van het herkennen van de voordelen van ultrasoon lassen in de industrie is te wijten aan het ontbreken van krachtige ultrasone apparatuur die een consistente laskwaliteit kan garanderen, zelfs voor grote onderdelen.Als gevolg hiervan was het onderzoek in de jaren tachtig en negentig vooral gericht op de ontwikkeling van ultrasone apparatuur.

Hoewel bij ultrasoon lassen gebruik wordt gemaakt van trillingen, is deze methode anders dan "vibratielassen", ook wel bekend als wrijvingslassen. Bij trillingslassen wordt een van de te verbinden delen op zijn plaats gehouden en het andere oscilleert (door een elektromagnetische of hydraulische aandrijving).

Ultrasoon lassen houdt de twee delen op hun plaats en maakt gebruik van hoogfrequente geluidsgolven om wrijving te creëren. De akoestische energie veroorzaakt wrijving en produceert warmte die ertoe leidt dat onderdelen in minder dan een seconde worden gelast, waardoor ultrasoon lassen een van de snelste momenteel in gebruik is.

Het proces van ultrasoon lassen is volledig geautomatiseerd en wordt uitgevoerd op speciale installaties. Het principe van ultrasoon lassen wordt getoond in Fig. 1, en de samenstelling van een typische installatie wordt getoond in Fig. 2.

Rijst. 1. Principe van ultrasoon lassen: a — uitlijning van onderdelen, b — contact van onderdelen met de punt, c — uitoefenen van druk, d — lassen, e — vasthouden, f — optillen van de punt

Rijst. 2. Montageschema voor sonisch lassen

De generator (in een aparte unit) wordt gebruikt om elektrische trillingen van het netwerk om te zetten in hoogfrequente (20 ... 60 kHz), de transducer zet met behulp van piëzo-elektrische elementen elektrische trillingen om in akoestische trillingen. De versterker en sonotrode zijn passieve resonerende elementen van de installatie die dienen om trillingen van de transducer naar de onderdelen over te brengen.

Meestal zijn ultrasone lasmachines uitgerust met een set versterkers met verschillende verplaatsingstransformatieverhoudingen.De vorm van de sonotrode wordt bepaald door de vereiste lasconfiguratie. Longitudinale radiale, rand- en andere golfoscillaties worden gecreëerd afhankelijk van de vorm van de sonotrode. Elke naad heeft zijn eigen sonotrode nodig.

De fysieke essentie van het proces bestaat uit het verschijnen van zeer sterke trillingen van kleine amplitude bij het contact van twee delen. Trillingen in combinatie met druk verwijderen onzuiverheden en oxiden van het oppervlak van de onderdelen. Elektronen beginnen tussen de onderdelen te stromen en vormen een metallurgische naad.

Ultrasoon lassen is ideaal voor het maken van elektrische verbindingen, het lassen van aluminium en koper, het afdichten van de uiteinden van koperen leidingen, het lassen van kunststoffen, het inbedden van metalen onderdelen in kunststoffen.

Rijst. 3. Verbindingen gemaakt door ultrasoon lassen

Ultrasoon lassen van kunststoffen zorgt voor betrouwbaardere verbindingen dan andere methoden. In dit geval is ultrasoon lassen van kunststoffen fundamenteel anders dan het lassen van metalen.

Ten eerste vindt ultrasoon lassen van metalen plaats door middel van dwarstrillingen evenwijdig aan de gelaste oppervlakken. Ultrasoon lassen van kunststoffen maakt gebruik van longitudinale trillingen die normaal (dwz in een rechte hoek) zijn ten opzichte van de te lassen oppervlakken. De vorm van de sonotrodes, die ultrasone trillingen overbrengen op metalen en plastic naden, is ook totaal anders.

Ten tweede wordt bij het lassen van metalen een naad gecreëerd door de wrijvingsinteractie van de oppervlakken, waardoor een stijve verbinding ontstaat zonder het materiaal te smelten.Ultrasoon lassen van kunststof onderdelen is gebaseerd op het smelten van het materiaal op dezelfde manier als veel andere traditionele lasmethoden, zoals booglassen, weerstands- of laserlassen), maar in veel lagere temperatuurbereiken.

Rijst. 4. Ultrasoon lasapparatuur

De voordelen van ultrasoon lassen:

1. Geen speciale oppervlaktereiniging vereist.

2. Geen beschermende atmosfeer vereist.

3. Er zijn geen lastoevoegmaterialen (draad, elektroden, soldeer, enz.) nodig.

4. Laag stroomverbruik.

5. Korte lastijd om een ​​verbinding te vormen (ongeveer een kwart seconde).

6. Volledige automatisering van het lasproces en de mogelijkheid tot eenvoudige integratie met andere productieprocessen.

7. Mogelijkheid om materialen van verschillende aard te lassen, inclusief materialen die gevoelig zijn voor hoge temperaturen, aangezien tijdens het lassen een kleine hoeveelheid warmte wordt gegenereerd.

8. Lassen van allerlei details.

9. De lassen die door dit proces worden gecreëerd, zijn visueel aantrekkelijk en netjes.

10. Ultrasoon lassen gebruikt geen corrosieve chemicaliën en produceert een kleine hoeveelheid dampen, in tegenstelling tot andere methodes.

Beperkingen van ultrasoon lassen:

1. De grootste beperking bij het gebruik van ultrasoon lassen is de grootte van de gelaste onderdelen - niet meer dan 250 mm. Dit komt door de beperkingen in het uitgangsvermogen van de transducer, het onvermogen van de sonotrode om zeer krachtige ultrasone golven uit te zenden en de moeilijkheid om de amplitude te regelen.

2. Ultrasoon lassen vereist ook een lager vochtgehalte in de te verbinden materialen.Anders heeft vibratielassen de voorkeur.

3. Ultrasoon lassen is niet effectief voor het verbinden van dikwandige materialen. Minstens één van de te verbinden delen moet licht zijn, aangezien het een enorme hoeveelheid energie "absorbeert".