Soudage de plastiques par ultrasons, plastiques, métaux, matériaux polymères, profilés en aluminium. Soudage par ultrasons : technologie, facteurs nocifs

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 10:27

Le soudage par ultrasons des métaux est un processus au cours duquel un joint permanent est obtenu en phase solide. La formation de zones juvéniles (dans lesquelles des liens se forment) et le contact entre elles se produisent sous l'influence d'un outil spécial. Il assure l'action conjointe des déplacements tangentiels relatifs à alternance de signes de faible amplitude et d'effort normal de compression sur les flans. Examinons de plus près ce qu'est la technologie de soudage par ultrasons.

Mécanisme de connexion

Des déplacements de faible amplitude se produisent entre les pièces à fréquence ultrasonique. Grâce à eux, les microrugosités à la surface des pièces sont soumises à une déformation plastique. Dans le même temps, les contaminants sont évacués de la zone de connexion. Les vibrations mécaniques ultrasonores sont transmises au site de soudage depuis l'outil à l'extérieur de la pièce. L'ensemble du processus est organisé de manière à exclure le glissement de l'appareil et du support le longsurfaces de détail. Lors du passage des vibrations à travers la pièce, de l'énergie est dissipée. Celle-ci est assurée par un frottement externe entre les surfaces au stade initial du soudage et un frottement interne dans le matériau situé entre le support et l'outil après la formation de la zone de prise. Cela augmente la température dans le joint, ce qui facilite sa déformation.

Comportement spécifique du matériau

Les déplacements tangentiels entre les pièces et les contraintes qu'ils provoquent et agissent conjointement avec la compression de la force de soudage permettent de localiser les déformations plastiques sévères dans de petits volumes dans les couches proches de la surface. L'ensemble du processus s'accompagne d'un broyage et d'une évacuation mécanique des films d'oxyde et autres contaminants. Le soudage par ultrasons réduit la limite d'élasticité, facilitant ainsi la déformation plastique.

Caractéristiques du processus

Le soudage par ultrasons contribue à la formation des conditions nécessaires à la connexion. Ceci est assuré par les vibrations mécaniques du transducteur. L'énergie de vibration crée des contraintes complexes de cisaillement, de compression et de déformation. La déformation plastique se produit lorsque les limites élastiques des matériaux sont dépassées. L'obtention d'une connexion solide est assurée en augmentant la surface de contact direct après l'évacuation des oxydes de surface, des films organiques et adsorbés.

Utiliser KM

L'échographie est largement utilisée dans le domaine scientifique. Avec son aide, les scientifiques étudient un certain nombre de propriétés physiquessubstances et phénomènes. Dans l'industrie, les ultrasons sont utilisés pour dégraisser et nettoyer les produits, en travaillant avec des matériaux difficiles à usiner. De plus, les fluctuations affectent favorablement les masses fondues cristallisantes. Les ultrasons leur assurent un dégazage et un affinage du grain, améliorant les propriétés mécaniques des matériaux coulés. Les vibrations contribuent à l'élimination des contraintes résiduelles. Ils sont également largement utilisés pour augmenter la vitesse des réactions chimiques lentes. Le soudage par ultrasons peut être utilisé à diverses fins. Les vibrations peuvent devenir une source d'énergie pour la formation de coutures et de joints ponctuels. Lorsque le bain de soudure est exposé aux ultrasons pendant la cristallisation, les propriétés mécaniques du joint sont améliorées en raison de l'affinement de la structure de la soudure et de l'élimination intensive des gaz. Du fait que les vibrations éliminent activement la saleté, les films artificiels et naturels, il est possible de connecter des pièces avec une surface oxydée, vernie, etc. Les ultrasons contribuent à la réduction ou à l'élimination des auto-contraintes qui apparaissent lors du soudage. Grâce aux vibrations, il est possible de stabiliser les composants de la structure du composé. Ceci, à son tour, permet d'éviter la possibilité d'une déformation spontanée des structures par la suite. Le soudage par ultrasons est récemment devenu de plus en plus utilisé. Cela est dû aux avantages incontestables de cette méthode de connexion par rapport aux méthodes à froid et à contact. Les vibrations ultrasonores sont particulièrement souvent utilisées en microélectronique.

Direction prometteuseconsidéré comme le soudage par ultrasons de matériaux polymères. Certains d'entre eux ne peuvent être connectés par aucune autre méthode. Dans les entreprises industrielles, le soudage par ultrasons de profilés en aluminium à parois minces, de feuilles et de fils est actuellement effectué. Cette méthode est particulièrement efficace pour assembler des produits à partir de matières premières différentes. Le soudage par ultrasons de l'aluminium est utilisé dans la fabrication d'appareils électroménagers. Cette méthode est efficace lors du raccordement de matières premières en tôle (nickel, cuivre, alliages). Le soudage par ultrasons des plastiques a trouvé une application dans la production de dispositifs d'optique et de mécanique fine. À l'heure actuelle, des machines ont été créées et mises en production pour connecter divers éléments de microcircuits. Les appareils sont équipés d'appareils automatiques, grâce auxquels la productivité est considérablement augmentée.

Puissance américaine

Le soudage par ultrasons du plastique fournit une connexion permanente grâce à l'action combinée de vibrations mécaniques à haute fréquence et d'une force de compression relativement faible. Cette méthode a beaucoup en commun avec la méthode à froid. La puissance ultrasonore qui peut être transmise à travers le milieu dépendra des propriétés physiques de ce dernier. Si les limites de résistance dans les zones de compression sont dépassées, le matériau solide s'effondrera. Dans des situations similaires, la cavitation se produit dans les liquides, accompagnée de l'apparition de petites bulles et de leur effondrement ultérieur. Parallèlement à ce dernier processus, des pressions locales apparaissent. Ce phénomène est utilisé dans le nettoyage et le traitement des produits.

Nœuds de périphérique

Le soudage par ultrasons du plastique est réalisé à l'aideengins spéciaux. Ils contiennent les nœuds suivants:

1. Alimentation.
2. Système mécanique vibratoire.
3. Équipement de contrôle.
4. Entraînement sous pression.

Le système oscillatoire est utilisé pour convertir l'électricité en énergie mécanique pour sa transmission ultérieure à la section de connexion, en la concentrant et en obtenant la valeur requise de la vitesse de l'émetteur. Ce nœud contient:

1. Transducteur électromécanique avec bobinages. Il est enfermé dans un boîtier métallique et refroidi par eau.
2. Transformateur d'oscillation élastique.
3. Pointe de soudage.
4. Support avec mécanisme de pression.

Le système est fixé à l'aide d'un diaphragme. Le rayonnement ultrasonique ne se produit qu'au moment du soudage. Le processus se produit sous l'influence des vibrations, de la pression appliquée perpendiculairement à la surface et de l'effet thermique.

Capacités de la méthode

Le soudage par ultrasons est le plus efficace pour les matières premières plastiques. Les produits en cuivre, nickel, or, argent, etc. peuvent être combinés entre eux et avec d'autres produits à faible teneur en plastique. Lorsque la dureté augmente, la soudabilité aux ultrasons se détériore. Les produits réfractaires en tungstène, niobium, zirconium, tantale, molybdène sont efficacement connectés à l'aide d'ultrasons. Le soudage par ultrasons des polymères est considéré comme une méthode relativement nouvelle. De tels produits peuvent également être connectés à la fois les uns aux autres et à d'autres parties solides. Quant au métal, il peut être combiné avecverre, semi-conducteurs, céramiques. Vous pouvez également lier des flans à travers un intercalaire. Par exemple, les produits en acier sont soudés les uns aux autres à travers du plastique aluminium. En raison du court séjour à température élevée, une connexion de haute qualité de produits différents est obtenue. Les propriétés des matières premières sont sujettes à des modifications mineures. L'absence d'impuretés étrangères est l'un des avantages du soudage par ultrasons. Les facteurs nocifs pour l'homme sont également absents. Une fois connecté, des conditions d'hygiène favorables sont créées. Les liaisons des produits sont chimiquement homogènes.

Fonctionnalités de connexion

Le soudage des métaux est effectué, en règle générale, de manière superposée. Dans le même temps, divers éléments de conception sont ajoutés. Le soudage peut être effectué par points (un ou plusieurs), une couture continue ou en cercle fermé. Dans certains cas, lors de la formation préliminaire de l'extrémité de l'ébauche de fil, une connexion en T est réalisée avec le plan. Il est possible de réaliser le soudage par ultrasons de plusieurs matériaux en même temps (colis).

Épaisseur de la pièce

Il est limité par la limite supérieure. Avec une augmentation de l'épaisseur de la pièce métallique, il est nécessaire d'appliquer des oscillations avec une plus grande amplitude. Cela compensera la perte d'énergie. Une augmentation de l'amplitude, à son tour, est possible jusqu'à une certaine limite. Les limites sont associées à la probabilité de fissures de fatigue, de grosses bosses de l'outil. Dans de tels cas, il convient d'évaluer commentune soudure par ultrasons serait appropriée. En pratique, la méthode est utilisée pour des épaisseurs de produit de 3…4 µm à 05…1 mm. Le soudage peut également être utilisé pour des pièces d'un diamètre de 0,01 … 05 mm. L'épaisseur du deuxième produit peut être nettement supérieure à celle du premier.

Problèmes possibles

Lors de l'application de la méthode de soudage par ultrasons, il est nécessaire de prendre en compte la probabilité de rupture par fatigue des joints existants dans les produits. Pendant le processus, les pièces peuvent tourner les unes par rapport aux autres. Comme mentionné ci-dessus, des bosses restent sur la surface du matériau de l'outil. L'appareil lui-même a une durée de vie limitée, du fait de l'érosion de son plan de travail. À certains endroits, le matériau du produit est soudé à l'outil. Cela entraîne une usure de l'appareil. La réparation des équipements s'accompagne d'un certain nombre de difficultés. Ils sont liés au fait que l'outil lui-même agit comme un élément d'une conception monobloc non séparable, dont la configuration et les dimensions sont conçues exactement pour la fréquence de fonctionnement.

Préparation du produit et paramètres de mode

Avant d'effectuer un soudage par ultrasons, il n'est pas nécessaire d'effectuer des mesures complexes avec la surface des pièces. Si vous le souhaitez, vous pouvez augmenter la stabilité de la qualité de la connexion. Pour cela, il est conseillé de dégraisser uniquement le produit avec un solvant. Pour assembler des métaux ductiles, un cycle avec un retard d'impulsion par rapport au début des ultrasons est considéré comme optimal. Avec une dureté relativement élevée du produit, il est conseillé d'attendre un léger échauffement avant d'allumer les ultrasons.

Modèles de soudure

Il y en a plusieurs. Les schémas technologiques de soudage par ultrasons diffèrent par la nature des oscillations de l'outil. Ils peuvent être de torsion, de flexion, longitudinaux. De plus, les schémas sont distingués en fonction de la position spatiale du dispositif par rapport à la surface de la pièce soudée, ainsi que de la méthode de transfert des forces de compression aux produits et des caractéristiques de conception de l'élément de support. Pour les assemblages de contours, de joints et de points, des variantes avec flexion et vibrations longitudinales sont utilisées. L'action des ultrasons peut être combinée avec un chauffage pulsé local des pièces à partir d'une source de chaleur séparée. Dans ce cas, un certain nombre d'avantages peuvent être obtenus. Tout d'abord, vous pouvez réduire l'amplitude des oscillations, ainsi que la force et le temps de leur transmission. Les propriétés énergétiques de l'impulsion thermique et la période de sa superposition aux ultrasons agissent comme des paramètres supplémentaires du processus.

Effet thermique

Le soudage par ultrasons s'accompagne d'une augmentation de la température au niveau du joint. L'apparition de chaleur est provoquée par l'apparition de frottements sur les surfaces des produits en contact, ainsi que par des déformations plastiques. Ils accompagnent en effet la formation d'un joint soudé. La température au niveau de la zone de contact dépendra des paramètres de résistance. Le principal est le degré de dureté du matériau. De plus, ses propriétés thermophysiques sont d'une importance considérable: conductivité thermique et capacité calorifique. Le mode de soudage sélectionné affecte également le niveau de température. Comme le montre la pratique, l'effet thermique émergent n'agit pas comme une condition déterminante. ceest due au fait que la résistance maximale des joints dans les produits est atteinte avant que la température n'atteigne le niveau limite. Il est possible de réduire la durée de transmission des vibrations ultrasonores en préchauffant les pièces. Cela augmentera également la force de la connexion.

Conclusion

Le soudage par ultrasons est actuellement une méthode indispensable pour assembler des pièces dans certaines industries. Cette méthode est particulièrement répandue en microélectronique. L'échographie vous permet de connecter une variété de matériaux plastiques et durs. Aujourd'hui, des travaux scientifiques sont activement menés pour améliorer les outils et les technologies de soudage.