اجزای دستگاه جوشکاری التراسونیک

آشنایی با فرایند جوشکاری التراسونیک پلاستیک ها

جوشکاری التراسونیک، برای قطعاتی که با تزریق پلاستیک تولید شده اند، فرآیندی است که از ارتعاشات مکانیکی بالاتر از محدوده شنوایی انسان ها برای جوش استفاده می‌کند. ارتعاشات تولید شده توسط سونوترود یا هورن، برای ذوب کردن مواد ترموپلاستیک استفاده می شود. در این فرایند ابتدا قطعاتی که باید به هم متصل شوند تحت فشار قرار می گیرند و سپس در معرض ارتعاشات معمولاً در فرکانس 20 یا 40 کیلوهرتز قرار می گیرند.

جوشکاری موفقیت آمیز یک قطعه به عواملی مانند طراحی تجهیزات، خواص مکانیکی ماده جوش داده شده و طراحی قطعات و اتصالات آن ها بستگی دارد. زمان جوشکاری التراسونیک کوتاه است (معمولا کمتر از یک ثانیه)، که این فرآیند را برای تولید انبوه ایده آل می کند. این فرآیند به طور گسترده در بسیاری از کاربردها، از چراغ های خودرو گرفته تا محصولات الکترونیکی مصرفی، مانند قاب های تلفن همراه، مورد استفاده قرار می گیرد. در این مقاله از سایت کافه مکانیک اجزای دستگاه جوش التراسونیک را بررسی خواهیم کرد.

اجزای دستگاه جوش التراسونیک

تجهیزات جوشکاری التراسونیک از دستگاه پرس ماشین (ٌWelding Press)، منبع تغذیه (Power Supply)، مبدل یا ترنسدیوسر (Transducer/Converter)، تقویت کننده (Booster)، سونوترود یا هورن (Horn) و شاسی تشکیل شده است.

منبع تغذیه

منبع تغذیه توان الکتریکی را از شبکه تک فاز به فرکانس و ولتاژ صحیح تبدیل می کند تا ترنسدیوسر آن را به ارتعاشات مکانیکی تبدیل کند. ریزپردازنده یا میکروپروسسور چرخه جوشکاری را کنترل می‌کند و اطلاعات کلید جوشکاری را از طریق رابط کاربری به کاربر باز می‌گرداند. رابط کاربری همچنین به اپراتور اجازه می دهد تا پارامترهای جوشکاری مورد نیاز را وارد کند.

پرس

پایه ی دستگاه برای نگه داشتن سیستم ارتعاشی و اعمال نیروی لازم برای جوشکاری طراحی شده است. این بخش شامل نگه دارنده ی ابزار و یک سیلندر پنوماتیک برای اعمال نیرو است.

دستگاه دارای فشارسنج و یک تنظیم کننده ویژه ی تنظیم نیروی جوش است. نیروی جوش باید با استفاده از لودسل کالیبره شود تا بتوان نیروهای جوشکاری را از ماشینی به ماشین دیگر مقایسه کرد.

در سیلندرهای پنوماتیکی یک شیر کنترل جریان وجود دارد که امکان تنظیم سرعت نزدیک شدن سر جوش به قطعه جوش داده شده را فراهم می کند. برخی از سازندگان تجهیزات از سیستم اعمال نیروی الکترومغناطیسی به جای سیلندر پنوماتیک استفاده می کنند. با این کار سرعت نزدیک شدن ابزار با دقت بیشتری کنترل می شود و می‌تواند هنگام جوشکاری اجزای کوچک یا ظریف کارآمدتر باشد.

مبدل یا ترنسدیوسر

مبدل که به عنوان ترنسدیوسر نیز شناخته می شود، انرژی الکتریکی را به ارتعاشات مکانیکی مورد استفاده در فرآیند جوشکاری تبدیل می کند. این مبدل شامل تعدادی دیسک سرامیکی پیزوالکتریک است که بین دو بلوک فلزی، معمولاً تیتانیومی، قرار گرفته است.

بین هر یک از دیسک ها یک صفحه فلزی نازک وجود دارد که الکترود را تشکیل می دهد. همانطور که سیگنال الکتریکی سینوسی از طریق الکترودها به مبدل تغذیه می شود، دیسک ها منبسط و منقبض می شوند و یک حرکت محوری در محدوده ی بین 15 تا 20 میکرومتر ایجاد می کنند.

مبدل ها دستگاه های ظریفی هستند و باید با احتیاط رفتار کرد. هنگامی که بخشی از این سرامیک ها شکسته شوند، مبدل دیگر کار نخواهد کرد.

تقویت کننده

بخش تقویت کننده دو هدف را انجام می دهد، در درجه اول تقویت ارتعاشات مکانیکی تولید شده در نوک مبدل و انتقال آنها به هورن جوش. هدف ثانویه آن نیز فراهم کردن مکانی برای نصب اجزای تولیدکننده ارتعاشات بر روی پرس جوش است. هنگامی که مبدل انرژی اولتراسونیک را اعمال می کند، تقویت کننده منبسط و منقبض می شود.

تقویت کننده باید در یک فرکانس خاص ارتعاش کند تا انرژی مافوق صوت را از مبدل به هورن منتقل کند. به منظور عملکرد موفقیت آمیز، تقویت کننده باید یا نصف طول موج اولتراسوند در ماده ای که از آن ساخته می شود، یا چند برابر این طول باشد. به طور معمول، تقویت کننده به اندازه نصف طول موج است.

هورن جوشکاری التراسونیک

هورن عنصری است که انرژی را برای قطعه جوش تامین می کند. یک هورن معمولی در شکل زیر نشان داده شده است. طراحی هورن برای جوشکاری موفق بسیار مهم است. هورن جوشکاری باید فقط توسط شرکت های متخصص در جوشکاری اولتراسونیک انجام شود.

هورن جوش مانند عنصر تقویت کننده، یک دستگاه تنظیم شده است که معمولاً از جنس آلومینیوم یا تیتانیوم ساخته می شود. هورن جوشکاری آلومینیوم معمولاً برای کاربردهای با حجم کم استفاده می شوند زیرا سایش جز معایب این ماده است. برخی از هورن های جوشکاری دارای نوک های سخت شده مخصوصی هستند تا سایش در حین جوشکاری کاهش یابد.

مانند عنصر تقویت کننده، طول هورن باید یا نصف طول موج اولتراسوند در ماده ای باشد که از آن ساخته شده است، یا چند برابر این طول. این کار تضمین می کند که دامنه کافی در انتهای هورن وجود دارد تا جوشکاری انجام شود.

این دامنه معمولاً بین 30 تا 120 میکرومتر است. شکل هورن جوشکاری مهم است زیرا تنش ناشی از انبساط و انقباض محوری شاخ می تواند منجر به ترک در کاربردهایی با دامنه بالا شود. در برخی کاربردها، هورن جوشکاری با شکاف هایی در جهت محوری تولید می شود. این برای اطمینان از این است که حداکثر دامنه ارتعاش در جهت طولی باشد.

نوک هورن انرژی اولتراسونیک را به قطعه جوش می‌دهد. نوک هورن باید مطابق با قطعه ای که قرار است جوش داده شود، طراحی گردد. این کار تضمین می کند که بین هورن و قطعه حداکثر انتقال انرژی حاصل می شود. معمولاً نوک هورن به صورت پروفیل است تا با خطوط قطعه مطابقت داشته باشد.

شاسی

در نهایت، شاسی و پایه دستگاه شامل فیکسچری است که قطعات را در طول عملیات جوشکاری ثابت نگه می دارد. این فیکسچر برای جلوگیری از حرکت قطعه پایینی در حین جوشکاری التراسونیک طراحی شده است. اغلب برای تطبیق دقیق قطعه با فیکسچر، روی فیکسچر عملیات ماشین کاری انجام می شود تا به شکل خطوط سطح قطعه درآید.

کاربردهای جوشکاری التراسونیک

• خودرو: فرایندی سریع و قابل اعتماد برای جوشکاری ضربه گیرها، مجموعه چراغ های عقب، داشبورد و بسیاری از کاربردهای دیگر.
• صنعت الکترونیک: جوش های کامل و تقریبا نامرئی را برای هر قطعه پلاستیکی بدون استفاده از حلال یا چسب ایجاد می کند.
• راه حل های مونتاژ وسایل و تجهیزات پزشکی: سیستم های آب بندی هرمتیک که دقت و سرعت را برای کاهش هزینه های مونتاژ ارائه می دهند.
• بسته بندی: اتصالات تقریباً بدون درز برای هر محصول مصرفی یا بسته بندی
• منسوجات: راه حلی انعطاف پذیر که بدون نیاز به چسب، گیره و نخ در محصول، مهر و موم های بادوام ایجاد می کنند.
• لوازم خانگی: اجزای جوش برای لوازم خانگی بزرگ و کوچک، از واشر گرفته تا لوازم آشپزخانه و حمام.