مجله لوریس تولز

جوشکاری فراصوتی

جوشکاری فراصوتی

جوشکاری فراصوتی چیست؟

معمولاً برای اتصال قطعات مختلف یک محصول از لوازمی چون میخ و پیچ و مهره یا نخ استفاده می ‌شود. این لوازم برای مونتاژ محصولات فلزی و چوبی و پارچه ‌ای و پلاستیکی بسیار مناسب هستند. با این ‌حال، یکی دیگر از روش ‌های ساخت محصولات فلزی استفاده از فلزات دیگر به ‌عنوان نوعی عامل پیوند هست. در این صورت، گرم شدن عامل پیوند موجب ذوب عامل و ایجاد پیوند میان دو قطعه مورد نظر می ‌شود. متعاقباً، فلزات را میتوان با ذوب مستقیم فلز به یکدیگر متصل کرد. پس از خنک شدن سطح ذوب‌ شده، پیوند مستحکمی میان دو فلز شکل می ‌گیرد. معمولاً جوشکاری نیازمند نوعی شعله مخصوص است تا دمای مورد نیاز برای ذوب سطوح فلزی و اتصال آن‌ ها به یکدیگر را فراهم کند. از این ‌رو، فرآیند جوشکاری برای برخی تولید کنندگان بسیار هزینه ‌بر خواهد بود.

در سال 1940، جوشکاری فراصوتی به ‌عنوان روشی جایگزین و مقرون‌ به ‌صرفه برای جوشکاری سنتی معرفی شد. این تکنیک میتواند با استفاده از امواج فراصوت، فشار و انرژی کمتر، قطعات فلزی را به یکدیگر متصل کند. پیچیدگی قطعات الکتریکی موجود در دستگاه ‌های مختلف و استفاده از کامپیوتر برای کنترل فرآیند تولید باعث شدند جوشکاری فراصوتی از دهه 1950 تا 1990 میلادی پیشرفت چشمگیری داشته باشد. در حال حاضر، از این تکنیک پیشرفته و فراگیر برای ساخت لوازم پلاستیکی نیز استفاده می‌ شود.

سرپیک برشکاری

فرایند جوشکاری فراصوتی

دستان خود را چندین بار به یکدیگر بمالید. آیا تغییری احساس کردید؟ دستان شما گرم‌ تر شدند، درست است؟ اگر یک چکش را به صورت مستمر به فلز بکوبید، خواهید دید که مکان برخورد چکش با فلز نیز گرم می‌ شود. این دو مثال ‌هایی از گرمای تولید شده به ‌واسطه اصطکاک هستند. اکنون تصور کنید این حرکت دستان و یا چکش هزاران بار در ثانیه تکرار شود. گرمای اصطکاک تولید شده موجب افزایش قابل ‌توجه دما در کمترین زمان می ‌شود. به ‌طور اساسی، صوت‌ های با فرکانس بالا (فراصوتی) نیز لرزش در زمان جوشکاری نوعی لرزش مستمر در مواد ایجاد می ‌کنند. این لرزش‌ ها باعث ساییده شدن مواد به یکدیگر شده و اصطکاک میان این دو ماده باعث افزایش دمای سطح تماس آن‌ ها می‌ شود. استمرار گرمای اصطکاک همان عاملی است که شرایط را برای اتصال و پیوند دو ماده مهیا می ‌کند.

معمولاً دستگاه جوشکاری فراصوتی از چهار بخش تشکیل‌ شده است. منبع تغذیه دستگاه قادر است برق فرکانس پایین (50-60 هرتز) را به برق فرکانس بالا (20-40 کیلوهرتز؛ 1 کیلوهرتز = 1000 هرتز) تبدیل کند. سپس یک ترانسفورماتور یا مبدل، برق فرکانس بالا را به صوت فرکانس بالا (فراصوت) تبدیل می ‌کند. دستگاه تقویت ‌کننده نیز وظیفه بزرگتر کردن لرزش‌ های فراصوت را بر عهده دارد. در آخر، یک شیپور یا سونودرود با تمرکز بر لرزش ‌های فراصوت، این لرزش‌ ها را به مواد مورد نظر برای جوش منتقل می ‌کند. علاوه بر این قطعات اصلی، دستگاه مجهز به پایه ‌ای است که برای انباشتن و نگهداشتن مواد مورد استفاده قرار می ‌گیرد. علاوه بر این، روش دیگری نیز برای نگهداری مواد وجود دارد که در طول فرآیند جوشکاری، مواد را با اعمال نیرو (معمولاً فشار هوای تولید شده توسط پیستون پنوماتیک) در جای خود نگه میدارد.

 

حال این سؤال پیش می ‌آید که چه صنایعی بهترین بهره ‌وری را از این روش دارند؟ جوشکاری فراصوتی مواد پلاستیکی به‌ طور گسترده در ساخت محصولات الکتریکی، دستگاه‌ های پزشکی یا قطعات خودرو کاربرد دارد. برای مثال، از جوشکاری فراصوتی برای مونتاژ اجزای الکتریکی (مانند مبدل‌ ها، موتورهای الکتریکی و خازن ‌ها) و بردهای کامپیوتری استفاده می ‌شود. دستگاه‌ های پزشکی، از جمله کاتتر، ولو، فیلتر و ماسک ‌های صورت نیز با استفاده از جوشکاری فراصوتی تهیه می‌ شوند. صنعت بسته ‌بندی نیز از این تکنیک برای ساخت بسته ‌بندی ‌های پلاستیکی، لوله ‌های مونتاژ و بسته ‌بندی ‌های حبابی استفاده می ‌کند. حتی شرکت فورد موتور نیز کاربرد جوشکاری فراصوتی را در تولید شاسی آلومینیومی خودروها مورد بررسی و استفاده قرار داده است.

جوشکاری فراصوتی

جوشکاری فراصوتی

مراحل جوشکاری فراصوتی

مراحل اصلی و اساسی جوشکاری فراصوتی را میتوان به ‌صورت زیر خلاصه کرد:

  1. قطعات بر روی سندان یا پایه نگهدارنده قرار می ‌گیرند.
  2. شیپور به قطعات مورد نظر برای جوش متصل می ‌شود.
  3. جهت حفظ ارتباط شیپور با مواد مورد نظر برای جوش و نگهداشتن آن‌ ها در موقعیت مورد نظر، فشار مناسب به اجزا وارد می ‌شود.
  4. شیپور با انتقال لرزش ‌های فراصوت به مواد موجب افزایش دما می ‌شود. بازه حرکتی این لرزش ‌ها به دو طرفین و از بالا به پایین، کمتر از یک میلیمتر است.
  5. مواد مورد نظر به یکدیگر جوش می ‌خورند.
  6. شیپور به عقب کشیده می‌ شود و مواد جوش ‌خورده از پایه نگهدارنده جدا می ‌شوند.

برای کنترل زمان، فشار و دمای فرآیند جوش از کامپیوتر یا میکرو پردازشگر موجود در دستگاه جوشکاری استفاده می ‌شود. هر آنچه در طی فرآیند جوشکاری رخ دهد مربوط به نوع و ویژگی ‌های مواد مورد نظر است. برای جوشکاری قطعات فلزی، لرزش‌ های فراصوت به‌ صورت موازی به سطح مواد منتقل می‌ گردند. گرمای اصطکاک قادر است بدون ذوب کردن قطعات مورد نظر، دمای سطح فلز را به یک ‌سوم دمای ذوب آن برساند. در این صورت، گرما موجب از بین رفتن اکسیدهای سطحی از فلز می ‌شود و موقعیت مناسبی برای حرکت اتم‌ های فلز از یک سطح به سطح دیگر و تشکیل پیوند نگهدارنده میان دو جزء فراهم می ‌شود.

در فرآیند جوشکاری فراصوتی مواد پلاستیکی، لرزش ‌ها به ‌صورت عمود به سطح مواد منتقل ‌شده و گرمای اصطکاک موجب، دما را تا حدی افزایش می ‌دهد که قطعات پلاستیکی ذوب شوند. مولکول ‌های پلاستیک با یکدیگر ترکیب ‌شده و پیوند تشکیل می‌ دهند. پس از خنک شدن، سطوح پلاستیکی به یکدیگر جوش می ‌خورند. زمان جوشکاری متفاوت است، لیکن این زمان را می‌ توان تا حداقل 0.255 ثانیه کاهش داد. عوامل متغیر در جوشکاری فراصوتی عبارتند از: فرکانس امواج صوتی (معمولاً 20، 30 یا 40 کیلوهرتز)، فشار وارده برای حفظ پوزیشن مواد و زمان مورد نیاز برای اعمال لرزش‌ های فراصوت (اصطکاک یک ثانیه تا بیش از یک ثانیه).

مزایا و معایب جوشکاری فراصوتی

آیا جوشکاری فراصوتی همان تکنیکی است که به دنبال آن بودید؟ برای پاسخ به این سؤال باید اطلاعات بیشتری در خصوص مزایا و معایب این روش کسب کنید. جدول زیر به برخی از این موارد اشاره می ‌کند.

همان‌ طور که می ‌بینید، جوشکاری فراصوتی در مقایسه با روش ‌های سنتی از مزایای بیشتری برخوردار است. برای مثال، جوشکاری فراصوتی در دمای کمتری انجام می‌ شود؛ از این ‌رو، دیگر نیازی به مصرف مقادیر قابل ‌توجه سوخت یا انرژی برای رسیدن به دماهای بسیار بالا نیست. این امر باعث کاهش هزینه ‌های فرآیند و افزایش سرعت و امنیت آن می ‌شود.

از سوی دیگر، جوشکاری فراصوتی در کسری از ثانیه تمام می ‌شود؛ پس زمان کمتری برای جوش مواد نیاز خواهید داشت. میتوان گفت جوش ‌های تشکیل ‌شده با جوشکاری فراصوتی نسبت به چسب بسیار سریع‌تر و مقاوم‌تر هستند. برای مثال، کلیدهای هوشمند خودروها دارای نوعی تراشه ترانسپوندر هستند که برای استارت خوردن ماشین ضروری است. برای ساخت این کلیدها، انتهای یک کلید پایه و تراشه در نیمی از قسمت پلاستیکی کلید هوشمند قرار می ‌گیرند؛ نیم دیگر بر روی آنها قرار گفته و به نیمه اول متصل می ‌شود. معمولاً از چسب برای اتصال دو نیمه کلید مورد استفاده قرار می گیرد، لیکن زمان زیادی برای تکمیل فرآیند پیوند نیاز است. ساخت همین کلید را میتوان با استفاده از جوشکاری فراصوتی در کمتر از یک ثانیه به اتمام رساند.

نوشته قبلی

جوشکاری اصطکاکی

نوشته بعدی

جوش با پرتو لیزر 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

سبد خرید
ورود

هنوز حساب کاربری ندارید؟

ایجاد حساب کاربری

تماس تلفنی