Pengelasan ultrasonik

Pengelasan ultrasonik menggunakan getaran akustik ultrasonik frekuensi tinggi yang diterapkan pada bagian-bagian yang disatukan yang dirakit bersama di bawah tekanan rendah. Metode pengelasan ini paling sering digunakan untuk menyambung termoplastik dan tidak cocok untuk baut, penyolderan atau perekatan.

Meskipun pengelasan ultrasonik dikembangkan sejak tahun 1940-an, ini pertama kali digunakan secara industri pada awal 1960-an untuk mengelas kabel halus di industri elektronik. Pada tahun 1963, pengelasan ultrasonik mulai digunakan untuk mengikat polietilen. Sejak itu, pengelasan ultrasonik telah digunakan untuk mengelas aluminium dan logam lembaran tipis di industri otomotif (modul pengapian, kabel terminal, kabel).

Lambatnya proses pengenalan keunggulan pengelasan ultrasonik di industri disebabkan oleh kurangnya peralatan ultrasonik yang kuat yang dapat menjamin kualitas pengelasan yang konsisten bahkan untuk sebagian besar.Akibatnya, penelitian pada 1980-an dan 1990-an terutama difokuskan pada pengembangan peralatan ultrasound.

Meskipun pengelasan ultrasonik menggunakan getaran, metode ini berbeda dengan "pengelasan getaran", juga dikenal sebagai pengelasan gesekan. Dalam kasus pengelasan getar, salah satu bagian yang akan disambung ditahan di tempatnya dan bagian lainnya berosilasi (oleh penggerak elektromagnetik atau hidrolik).

Pengelasan ultrasonik menahan kedua bagian di tempatnya dan menggunakan gelombang suara frekuensi tinggi untuk menciptakan gesekan. Energi akustik menciptakan gesekan dan menghasilkan panas yang menghasilkan bagian yang dilas dalam waktu kurang dari satu detik, menjadikan pengelasan ultrasonik salah satu yang tercepat digunakan saat ini.

Proses pengelasan ultrasonik sepenuhnya otomatis dan dilakukan pada instalasi khusus. Prinsip pengelasan ultrasonik ditunjukkan pada gambar. 1, dan komposisi instalasi tipikal ditunjukkan pada gambar. 2.

Beras. 1. Prinsip pengelasan ultrasonik: a — penyejajaran bagian, b — kontak bagian dengan ujung, c — penerapan tekanan, d — pengelasan, e — penahan, f — pengangkatan ujung

Beras. 2. Diagram perakitan untuk pengelasan sonik

Generator (dalam unit terpisah) digunakan untuk mengubah getaran listrik dari jaringan menjadi frekuensi tinggi (20 ... 60 kHz), transduser, menggunakan elemen piezoelektrik, mengubah getaran listrik menjadi getaran akustik. Amplifier dan sonotrode adalah elemen resonansi pasif dari instalasi yang berfungsi untuk mentransfer getaran dari transduser ke bagian-bagiannya.

Biasanya, mesin las ultrasonik dilengkapi dengan satu set amplifier dengan rasio transformasi perpindahan yang berbeda.Bentuk sonotrode ditentukan oleh konfigurasi las yang dibutuhkan. Radial longitudinal, edge, dan osilasi gelombang lainnya dibuat tergantung pada bentuk sonotrode. Setiap jahitan membutuhkan sonotrode sendiri.

Esensi fisik dari proses tersebut terdiri dari munculnya getaran yang sangat kuat dengan amplitudo kecil pada kontak dua bagian. Getaran dikombinasikan dengan tekanan menghilangkan kotoran dan oksida dari permukaan bagian. Elektron mulai mengalir di antara bagian-bagian tersebut, membentuk lapisan metalurgi.

Pengelasan ultrasonik sangat ideal untuk membuat sambungan listrik, mengelas aluminium dan tembaga, menyegel ujung pipa tembaga, mengelas plastik, menyematkan bagian logam dalam plastik.

Beras. 3. Sambungan dibuat dengan pengelasan ultrasonik

Pengelasan ultrasonik plastik memungkinkan sambungan yang lebih andal daripada metode lain. Dalam hal ini, pengelasan plastik ultrasonik pada dasarnya berbeda dari pengelasan logam.

Pertama, pengelasan logam ultrasonik terjadi melalui getaran melintang yang sejajar dengan permukaan yang dilas. Pengelasan ultrasonik plastik menggunakan getaran longitudinal yang normal (yaitu pada sudut kanan) ke permukaan yang dilas. Bentuk sonotrodes, yang mengirimkan getaran ultrasonik ke lapisan logam dan plastik, juga sangat berbeda.

Kedua, saat mengelas logam, lapisan dibuat oleh interaksi gesekan permukaan, yang menciptakan sambungan kaku tanpa melelehkan material.Pengelasan ultrasonik bagian plastik didasarkan pada peleburan bahan dengan cara yang sama seperti banyak metode pengelasan tradisional lainnya, seperti pengelasan busur, resistansi atau pengelasan laser), tetapi dalam rentang suhu yang jauh lebih rendah.

Beras. 4. Peralatan las ultrasonik

Keuntungan dari pengelasan ultrasonik:

1. Tidak diperlukan pembersihan permukaan khusus.

2. Tidak diperlukan atmosfir pelindung.

3. Tidak diperlukan bahan habis pakai las (kawat, elektroda, solder, dll.).

4. Konsumsi daya rendah.

5. Waktu penyambungan yang singkat untuk membentuk sambungan (sekitar seperempat detik).

6. Otomatisasi penuh proses pengelasan dan kemungkinan integrasi yang mudah dengan proses produksi lainnya.

7. Kemungkinan bahan las dengan sifat berbeda, termasuk yang sensitif terhadap suhu tinggi, karena sejumlah kecil panas dihasilkan selama pengelasan.

8. Pengelasan semua jenis detail.

9. Lasan yang dibuat oleh proses ini secara visual menyenangkan, rapi.

10. Pengelasan ultrasonik tidak menggunakan bahan kimia korosif dan menghasilkan sedikit asap, tidak seperti metode lainnya.

Keterbatasan pengelasan ultrasonik:

1. Batasan paling serius dalam penggunaan pengelasan ultrasonik adalah ukuran bagian yang dilas — tidak lebih dari 250 mm. Hal ini disebabkan oleh keterbatasan daya keluaran transduser, ketidakmampuan sonotrode untuk mengirimkan gelombang ultrasound berdaya sangat tinggi, dan kesulitan dalam mengontrol amplitudo.

2. Pengelasan ultrasonik juga membutuhkan kadar air yang lebih rendah pada bahan yang disambung.Jika tidak, pengelasan getaran lebih disukai.

3. Pengelasan ultrasonik tidak efektif untuk menyambung material berdinding tebal. Setidaknya salah satu bagian yang akan dihubungkan harus ringan, karena "menyerap" sejumlah besar energi.