![Page 1: Svařování ultrazvukemust.fme.vutbr.cz/.../img/opory/...ultrazvukem_mrna.pdf · Výhody metody • Tepelné ovlivnění spoje je nižší než u tavných metod svařování –](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050400/5f7e6ce5ab73a11d4409d1b2/html5/thumbnails/1.jpg)
Svařování ultrazvukem
• Princip metody
• Elementární procesy
• Svařovací režimy
• Svařovací zařízení
• Svařovací parametry
• Svařitelnost materiálů
• Typy svarů
• Výhody a nevýhody metody
• Příklady
![Page 2: Svařování ultrazvukemust.fme.vutbr.cz/.../img/opory/...ultrazvukem_mrna.pdf · Výhody metody • Tepelné ovlivnění spoje je nižší než u tavných metod svařování –](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050400/5f7e6ce5ab73a11d4409d1b2/html5/thumbnails/2.jpg)
Princip metody
Jde o modifikaci třecího svařování.
• Využívá se mechanického kmitání o vysoké frekvenci – ultrazvuku.
• Dva materiály jsou přitlačeny k sobě. Jeden z nich je pevně fixován. Druhý je rozkmitán frekvencí ultrazvukového měniče.
• Ultrazvukový měnič je s materiálem propojen vlnovodem na tzv. sonotrodou zajišťující přenos kmitů do materiálu.
• Vlnovod kromě přenosu upravuje amplitudu kmitů – zvětšuje ji.
• Rozkmitáním rozhraní spojovaných materiálů dochází ke tření a tím nárůstu teploty.
• Dochází k plastické deformaci a přítlakem k následnému promísení materiálu a tím vzniku svarového spoje.
• Zóna plastické deformace tvoří jen do 5% celkové tloušťky spoje.
• Frekvence kmitů se pohybuje mezi 10 – 100 kHz.
![Page 3: Svařování ultrazvukemust.fme.vutbr.cz/.../img/opory/...ultrazvukem_mrna.pdf · Výhody metody • Tepelné ovlivnění spoje je nižší než u tavných metod svařování –](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050400/5f7e6ce5ab73a11d4409d1b2/html5/thumbnails/3.jpg)
Schéma zařízení
![Page 4: Svařování ultrazvukemust.fme.vutbr.cz/.../img/opory/...ultrazvukem_mrna.pdf · Výhody metody • Tepelné ovlivnění spoje je nižší než u tavných metod svařování –](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050400/5f7e6ce5ab73a11d4409d1b2/html5/thumbnails/4.jpg)
Mechanismus vzniku spoje –
elementární procesy Podobné procesy jako při svařování třením, jen v mikropodobě. Tři fáze:
• Tvorba kontaktů (působení van der Walsových sil)
• Aktivace dotykových povrchů – tvorba aktivních center (dislokace, vakance)
• Objemové procesy. Nastávají po utvoření aktivních center. Dochází k plošné interakci spojovaných materiálů. Výsledkem je tvorma mikrosvarů s kovovými vazbami, relaxace napětí, difůze prvků atd.
![Page 5: Svařování ultrazvukemust.fme.vutbr.cz/.../img/opory/...ultrazvukem_mrna.pdf · Výhody metody • Tepelné ovlivnění spoje je nižší než u tavných metod svařování –](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050400/5f7e6ce5ab73a11d4409d1b2/html5/thumbnails/5.jpg)
Mechanismus vzniku spoje –
makroskopický pohled Tření narušuje vznik oxidů (pokud
nedojde k jejich odstranění, nevznikne svarový spoj.
Zarovnávání povrchových nerovností (teplota stoupá)
Vznik a zánik vazebních ploch mezi spojovanými materiály (ustálení teploty)
Vazební plocha s rozšíří na celou spojovanou plochu – dojde k vytvoření spoje.
![Page 6: Svařování ultrazvukemust.fme.vutbr.cz/.../img/opory/...ultrazvukem_mrna.pdf · Výhody metody • Tepelné ovlivnění spoje je nižší než u tavných metod svařování –](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050400/5f7e6ce5ab73a11d4409d1b2/html5/thumbnails/6.jpg)
Svařovací režimy
1. Velké amplitudy a malé přítlačné síly. Charakteristické jsou velké plastické deformace kovů, rychlý nárůst teploty v místě svaru.
2. Malá amplituda a velká přítlačná síla. Lepší pevnost spojů.
Ultrazvukové svářečky jsou řízeny mikroprocesorově s možností nastavení parametrů a jejich aktivního řízení. Jsou k dispozici soubory parametrů, paměť na jejich uložení atp.
![Page 7: Svařování ultrazvukemust.fme.vutbr.cz/.../img/opory/...ultrazvukem_mrna.pdf · Výhody metody • Tepelné ovlivnění spoje je nižší než u tavných metod svařování –](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050400/5f7e6ce5ab73a11d4409d1b2/html5/thumbnails/7.jpg)
Ultrazvukové svářečky
![Page 8: Svařování ultrazvukemust.fme.vutbr.cz/.../img/opory/...ultrazvukem_mrna.pdf · Výhody metody • Tepelné ovlivnění spoje je nižší než u tavných metod svařování –](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050400/5f7e6ce5ab73a11d4409d1b2/html5/thumbnails/8.jpg)
Sonotrody
![Page 9: Svařování ultrazvukemust.fme.vutbr.cz/.../img/opory/...ultrazvukem_mrna.pdf · Výhody metody • Tepelné ovlivnění spoje je nižší než u tavných metod svařování –](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050400/5f7e6ce5ab73a11d4409d1b2/html5/thumbnails/9.jpg)
Detail sonotrody ve svářečce
![Page 10: Svařování ultrazvukemust.fme.vutbr.cz/.../img/opory/...ultrazvukem_mrna.pdf · Výhody metody • Tepelné ovlivnění spoje je nižší než u tavných metod svařování –](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050400/5f7e6ce5ab73a11d4409d1b2/html5/thumbnails/10.jpg)
Ultrazvukové generátory
![Page 11: Svařování ultrazvukemust.fme.vutbr.cz/.../img/opory/...ultrazvukem_mrna.pdf · Výhody metody • Tepelné ovlivnění spoje je nižší než u tavných metod svařování –](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050400/5f7e6ce5ab73a11d4409d1b2/html5/thumbnails/11.jpg)
Svařitelnost materiálů
Příklady možností:
• Materiály s velkou tepelnou vodivostí Al, Cu
• Materiály s rozdílným tepelným odporem (Cu+Fe)
• Materiály s ochrannými vrstvami na povrchu
• Barevné kovy i v legované podobě
• Materiály rozdílných tloušťek
• Plastické hmoty, fólie
Nelze svařovat materiály obsahující Pb, St, Zn. Dva rozdílné kovy se svařují lépe než stejné.
![Page 12: Svařování ultrazvukemust.fme.vutbr.cz/.../img/opory/...ultrazvukem_mrna.pdf · Výhody metody • Tepelné ovlivnění spoje je nižší než u tavných metod svařování –](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050400/5f7e6ce5ab73a11d4409d1b2/html5/thumbnails/12.jpg)
Svařitelnost kovů
![Page 13: Svařování ultrazvukemust.fme.vutbr.cz/.../img/opory/...ultrazvukem_mrna.pdf · Výhody metody • Tepelné ovlivnění spoje je nižší než u tavných metod svařování –](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050400/5f7e6ce5ab73a11d4409d1b2/html5/thumbnails/13.jpg)
Svařitelnost plastů
![Page 14: Svařování ultrazvukemust.fme.vutbr.cz/.../img/opory/...ultrazvukem_mrna.pdf · Výhody metody • Tepelné ovlivnění spoje je nižší než u tavných metod svařování –](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050400/5f7e6ce5ab73a11d4409d1b2/html5/thumbnails/14.jpg)
Svařovací parametry
1. Přítlačná síla působící na spoj. Zabezpečuje přenos UZ kmitů ze sonotrody na svařované materiály a také třenína rozrušení oxidových vrstviček.
2. Amplituda kmitů. Se zvyšováním amplitudy výchylky sonotrody roste pevnost spojů lineárně.
3. Frekvence kmitů. Při vyšších frekvencích se zvětšují ztráty energie v přenosových článcích, sonotroda se zahřívá a zmenšuje se amplituda.
4. Svařovací čas. Spolurozhoduje o pevnosti svaru. Doporučuje se užívat co nejkratší svařovací časy (jinak dojde k přehřátí a zmenšení pevnosti).
![Page 15: Svařování ultrazvukemust.fme.vutbr.cz/.../img/opory/...ultrazvukem_mrna.pdf · Výhody metody • Tepelné ovlivnění spoje je nižší než u tavných metod svařování –](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050400/5f7e6ce5ab73a11d4409d1b2/html5/thumbnails/15.jpg)
Typy svarových spojů
Bodové
Švové
Kruhové
tvarové
![Page 16: Svařování ultrazvukemust.fme.vutbr.cz/.../img/opory/...ultrazvukem_mrna.pdf · Výhody metody • Tepelné ovlivnění spoje je nižší než u tavných metod svařování –](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050400/5f7e6ce5ab73a11d4409d1b2/html5/thumbnails/16.jpg)
Výhody metody
• Tepelné ovlivnění spoje je nižší než u tavných metod svařování – nenastává změna vlastností materiálu
• Styčné plochy nevyžadují před svařováním nákladnou a zdlouhavou přípravu
• Lze svařovat vytvrditelné slitiny jako je Al, Ti, Mg
• Nízké svařovací časy – řádově jednotky sec.
• Elektrické vlastnosti svařovaných materiálů nejsou důležité, lze svařit i materiály kovové s nekovovými (Al na sklo, keramiku..)
• U plastů není potřebná čistota svarových ploch
Nevýhody metody
• Lze svařit pouze malé díly (na které stačí konstrukce UZ svářečky).
• Pro každý spoj je nutné vyhotovit příslušnou sonotrodu a přípravky.
![Page 17: Svařování ultrazvukemust.fme.vutbr.cz/.../img/opory/...ultrazvukem_mrna.pdf · Výhody metody • Tepelné ovlivnění spoje je nižší než u tavných metod svařování –](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050400/5f7e6ce5ab73a11d4409d1b2/html5/thumbnails/17.jpg)
Příklady výrobků - kovy
Cu díl na ocelovém pásku
Cu drát na Ms kontaktu
Cu lanko na Cu kontaktu (jistič)
![Page 18: Svařování ultrazvukemust.fme.vutbr.cz/.../img/opory/...ultrazvukem_mrna.pdf · Výhody metody • Tepelné ovlivnění spoje je nižší než u tavných metod svařování –](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050400/5f7e6ce5ab73a11d4409d1b2/html5/thumbnails/18.jpg)
Příklady výrobků - výměník tepla
![Page 19: Svařování ultrazvukemust.fme.vutbr.cz/.../img/opory/...ultrazvukem_mrna.pdf · Výhody metody • Tepelné ovlivnění spoje je nižší než u tavných metod svařování –](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050400/5f7e6ce5ab73a11d4409d1b2/html5/thumbnails/19.jpg)
Příklady výrobků - plasty
![Page 20: Svařování ultrazvukemust.fme.vutbr.cz/.../img/opory/...ultrazvukem_mrna.pdf · Výhody metody • Tepelné ovlivnění spoje je nižší než u tavných metod svařování –](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050400/5f7e6ce5ab73a11d4409d1b2/html5/thumbnails/20.jpg)
Příklady výrobků - mikroelektronika
![Page 21: Svařování ultrazvukemust.fme.vutbr.cz/.../img/opory/...ultrazvukem_mrna.pdf · Výhody metody • Tepelné ovlivnění spoje je nižší než u tavných metod svařování –](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050400/5f7e6ce5ab73a11d4409d1b2/html5/thumbnails/21.jpg)
Svařování kovu s plastem
![Page 22: Svařování ultrazvukemust.fme.vutbr.cz/.../img/opory/...ultrazvukem_mrna.pdf · Výhody metody • Tepelné ovlivnění spoje je nižší než u tavných metod svařování –](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050400/5f7e6ce5ab73a11d4409d1b2/html5/thumbnails/22.jpg)
Svařování plastového dílu
![Page 23: Svařování ultrazvukemust.fme.vutbr.cz/.../img/opory/...ultrazvukem_mrna.pdf · Výhody metody • Tepelné ovlivnění spoje je nižší než u tavných metod svařování –](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050400/5f7e6ce5ab73a11d4409d1b2/html5/thumbnails/23.jpg)
Svařování plastů s využitím robotu
![Page 24: Svařování ultrazvukemust.fme.vutbr.cz/.../img/opory/...ultrazvukem_mrna.pdf · Výhody metody • Tepelné ovlivnění spoje je nižší než u tavných metod svařování –](https://reader034.vdocuments.site/reader034/viewer/2022050400/5f7e6ce5ab73a11d4409d1b2/html5/thumbnails/24.jpg)
Průběžné svařování plastů