Ультразвуковые технологии
Применение ультразвуковых технологий
Ультразвуковая сварка
Преимущества ультразвуковой сварки - образование шва при температуре, значительно меньшей, чем температура плавления полимера. Ультразвуковое воздействие, в отличии от термического, безинерционно, что позволяет точно задавать режимы и время сварки. Соединение, получаемое при ультразвуковой сварке, обладает высокой прочностью, герметичностью, стойкостью к низким температурам. Место соединения сохраняет эластичность, присущую полимеру. (подробнее...>)
Подробное описание реализации различных способов сварки:
Отчет о результатах исследования сварки компасов
Задача: провести экспериментальные исследования сварки компасов двух разных диаметров. Сварной шов должен обеспечивать герметичность, соединенных деталей.
Получив образцы изделий компасов, была разработана и изготовлена специализированная ультразвуковая колебательная система с двумя сменными концентраторами-инструментами (рисунок 1) для обеспечения кольцевых швов двух типоразмеров (использовали один электронный генератор с перестройкой при изменении инструмента). В настоящий момент все технические решения реализованы в аппарате ультразвуковой сварки кольцевым швом серии «Гиминей-К» модель АУС-1/22-ОК-50-30
Рисунок 1 – Ультразвуковая колебательная система (УЗКС) для создания кольцевых швов с разными диаметрами рабочих инструментов
Проведенные исследования в процессе разработки показали, что разработанная форма и конструкция концентраторов является оптимальной и должна обеспечивать равномерное распределение оптимальной амплитуды колебаний 40-50 мкм по всей рабочей поверхности концентратора. Разработанные инструменты имеют отличия по длине, для обеспечения близкой резонансной частоты для всей колебательной системы.
Для обеспечения сварных соединений изделий был собран стенд, состоящий из штатива, с установленной на нем ультразвуковой колебательной системы, станины и специальной подложки (рисунок 2.). Конструкция штатива такова, что при обеспечении прижима с усилием 700-1500 Н происходит перекос и не обеспечивается параллельность рабочей поверхности УЗКС относительно свариваемых поверхностей. Это приводит к отсутствию акустического контакта и неравномерной сварке по всему кольцу. Эта проблема была устранена при использовании подложки, состоящей из резины, и алюминия, непосредственно на который укладывалось изделие.
Для обеспечения сварных соединений изделий был собран стенд, состоящий из штатива, с установленной на нем ультразвуковой колебательной системы, станины и специальной подложки (рисунок 2.). Конструкция штатива такова, что при обеспечении прижима с усилием 700-1500 Н происходит перекос и не обеспечивается параллельность рабочей поверхности УЗКС относительно свариваемых поверхностей. Это приводит к отсутствию акустического контакта и неравномерной сварке по всему кольцу. Эта проблема была устранена при использовании подложки, состоящей из резины, и алюминия, непосредственно на который укладывалось изделие.
Рисунок 2 – Испытательный стенд
Для осуществления операции сварки изделие укладывалось на подложку под штативом. Осуществлялся прижим рабочего инструмента с одновременным выравниванием ультразвуковой колебательной системы по месту получения сварного соединения, с усилием, задающим наилучший акустический контакт, в пределах 700-1500 Н. Затем выбирался уровень мощности, и интервал времени ультразвукового воздействия от 2 до 3 секунд, после чего производился пуск аппарата. По истечении времени сварки, аппарат автоматически отключался, прижим не ослаблялся для стабилизации и охлаждения сварного соединения в течение 1-3 секунд.
После проведения серии сварок была проведена проверка на герметичность изделий. Для проведения проверки на герметичность, изделия полностью заливались водой, отверстия заклеивались, после чего проверка производилась путём сдавливания изделий с незначительным усилием.
После проведения серии сварок была проведена проверка на герметичность изделий. Для проведения проверки на герметичность, изделия полностью заливались водой, отверстия заклеивались, после чего проверка производилась путём сдавливания изделий с незначительным усилием.
Рисунок 3 – Образцы изделий
В результате сварки 15 изделий большего типоразмера при различных режимах сварки 5 составил брак, возникший в результате неоптимальной настройки (Нижний ряд на рисунок 3), 5 изделий имеют визуально качественное и по результатам испытаний герметичное сварное соединение, 5 изделий не полностью герметичны (в результате надавливания происходит образование капли в одном месте).
Необходимо заметить, что под воздействием ультразвуковых колебаний в 50-70 % случаев происходит выпадение из корпуса изделий большего типоразмера втулки под стрелку. Возможно, встанет необходимость вклеивания втулки, либо изменения прессформы. В результате формирования сварного соединения возможно образование незначительных наплывов внутри компаса в месте контакта свариваемых элементов изделий, не выходящих за внешние габариты и практически не влияющих на внешний вид изделия (рисунок 4).
Необходимо заметить, что под воздействием ультразвуковых колебаний в 50-70 % случаев происходит выпадение из корпуса изделий большего типоразмера втулки под стрелку. Возможно, встанет необходимость вклеивания втулки, либо изменения прессформы. В результате формирования сварного соединения возможно образование незначительных наплывов внутри компаса в месте контакта свариваемых элементов изделий, не выходящих за внешние габариты и практически не влияющих на внешний вид изделия (рисунок 4).
Рисунок 4 – Образец сваренного изделия
Однако, как показали исследования, образование наплывов говорит о расплавлении материала изделия и формировании более герметичного шва. Скорее всего, это связано с тем, что необходимо производить дополнительный подбор параметров процесса сварки, таких как время и мощность ультразвукового воздействия и обеспечивать стабилизацию величины статического усилия прижима к свариваемым поверхностям (мы производили сварку на штативе вручную).
Мы провели исследования процесса сварки и установили, что для обеспечения хорошего акустического контакта, необходимо обеспечить параллельность свариваемых поверхностей, рабочей поверхности колебательной системы и станины с учетом величины статического усилия прижима, которая составляет 700-1500 Н. Для обеспечения кольцевого шва изделий большего типоразмера на передней панели аппарата устанавливался уровень мощности 55-60%, время ультразвукового воздействия составило 2 секунды (при сварке изделий меньшего типоразмера уровень мощности 100%, время сварки 3 секунды).
Получение большего количества качественных изделий обуславливает необходимость дальнейшей отработки технологии при обеспечении стабильных параметров давления прижима, влияющего на качество соединения.
Для этого мы рекомендуем использовать имеющуюся в наличии систему прижима, обеспечивающую стабильное давление. Предварительно проведенные исследования герметичности показали, что использование разработанного нами специализированного оборудования позволяет обеспечить качественное и герметичное сварное соединение.
Мы провели исследования процесса сварки и установили, что для обеспечения хорошего акустического контакта, необходимо обеспечить параллельность свариваемых поверхностей, рабочей поверхности колебательной системы и станины с учетом величины статического усилия прижима, которая составляет 700-1500 Н. Для обеспечения кольцевого шва изделий большего типоразмера на передней панели аппарата устанавливался уровень мощности 55-60%, время ультразвукового воздействия составило 2 секунды (при сварке изделий меньшего типоразмера уровень мощности 100%, время сварки 3 секунды).
Получение большего количества качественных изделий обуславливает необходимость дальнейшей отработки технологии при обеспечении стабильных параметров давления прижима, влияющего на качество соединения.
Для этого мы рекомендуем использовать имеющуюся в наличии систему прижима, обеспечивающую стабильное давление. Предварительно проведенные исследования герметичности показали, что использование разработанного нами специализированного оборудования позволяет обеспечить качественное и герметичное сварное соединение.
Рекомендации по выбору технологических режимов и параметров для сварки изделия из полимерных термопластических материалов
Задача: Исследование и выбор оптимальных параметров для сварки двух полукруглых деталей встык.
1. Рекомендуются использовать два варианта реализации технологического процесса ультразвуковой сварки изделия из полимерных термопластических материалов, представленные на рисунке 1 и рисунке 2.
На рисунке 1 представлен способ реализации процесса сварки, в кото-ром обеспечивается жесткая фиксация свариваемых друг с другом элементов изделия. Затем осуществляется перемещение сварочного узла, параллельно, по месту стыка элементов изделия с постоянной скоростью и постоянным усилием прижима, обеспечивая тем самым формирование сварного шва.
Рисунок 1 – Ультразвуковая сварка с вращением ультразвуковой колебательной системы
Для практической реализации первого способа ультразвуковой сварки необходимо разработать и изготовить устройство подачи и прижима ультразвукового сварочного узла, обеспечивающее стабильный прижим сварочного рабочего инструмента с усилием в диапазоне 5-10 кг к месту получения сварного шва и его перемещение вдоль поверхности с постоянной скоростью. Кроме того, рекомендуется разработать и изготовить устройство прижима друг к другу элементов изделия, обеспечивающее жесткую фиксацию. (рисунок 4.). Вся конструкция должна обеспечивать возможность перемещения сварочного узла вдоль стыка свариваемых элементов. При этом производится ввод ультразвуковых колебаний в свариваемые поверхности и формирование сварного шва.
2. На рисунке 2 представлен способ реализации процесса сварки, в котором обеспечивается жесткая фиксация ультразвукового сварочного узла с постоянным усилием прижима. При этом обеспечивается жесткая фиксация свариваемых друг с другом элементов изделия. Для реализации сварки обеспечивается перемещение свариваемых элементов из полимерных термопластических материалов по рабочей поверхности инструмента ультразвукового сварочного узла, как показано на рисунке 3, обеспечивая формирование сварного шва.
2. На рисунке 2 представлен способ реализации процесса сварки, в котором обеспечивается жесткая фиксация ультразвукового сварочного узла с постоянным усилием прижима. При этом обеспечивается жесткая фиксация свариваемых друг с другом элементов изделия. Для реализации сварки обеспечивается перемещение свариваемых элементов из полимерных термопластических материалов по рабочей поверхности инструмента ультразвукового сварочного узла, как показано на рисунке 3, обеспечивая формирование сварного шва.
Рисунок 2 – Ультразвуковая сварка с вращением детали
Для практической реализации второго технологического процесса ультразвуковой сварки необходимо разработать и изготовить устройство подачи и прижима ультразвукового сварочного узла, обеспечивающее стабильный прижим сварочного рабочего инструмента с усилием в диапазоне 5-10 кг к месту получения сварного шва.
Рисунок 3 – Ультразвуковая сварка встык
Крепление ультразвукового сварочного узла в устройстве подачи и прижима должно осуществляться при помощи резьбы (М40х1,5) в нижней части корпуса сварочного узла. Крепление не должно касаться колебательной системы.
Кроме того, рекомендуется разработать и изготовить устройство прижима друг к другу элементов изделия (рисунок 4). Устройство должно обеспечивать прижим с постоянным усилием и вращение элементов вокруг своей оси, обеспечивая перемещение стыка под поверхностью рабочего инструмента как показано на рисунке 3 в месте формирования сварного шва. При этом, должен осуществляться ввод ультразвуковых колебаний в свариваемые поверхности и формирование сварного шва.
Кроме того, рекомендуется разработать и изготовить устройство прижима друг к другу элементов изделия (рисунок 4). Устройство должно обеспечивать прижим с постоянным усилием и вращение элементов вокруг своей оси, обеспечивая перемещение стыка под поверхностью рабочего инструмента как показано на рисунке 3 в месте формирования сварного шва. При этом, должен осуществляться ввод ультразвуковых колебаний в свариваемые поверхности и формирование сварного шва.
Рисунок 4 – Сварка встык с устройством прижима
3. Общая схема процесса сварки такова:
Свариваемые элементы изделия устанавливаются в прижимное устройство (рисунок 4), которое обеспечивает сжатие. Затем ультразвуковые колебания рабочего сварочного инструмента передаются в свариваемый полимерный термопластический материал (рисунок 3).
Такой материал характеризуется очень высоким поглощением энергии ультразвуковых колебаний, что обеспечивает быстрое размягчение свариваемых материалов. Диффузионные процессы, протекающие под действием ультразвуковых колебаний высокой интенсивности, обеспечивают взаимное проникновение материалов друг в друга при температурах меньших температуры плавления полимерного материала.
Так как в процессе ультразвуковой сварки температура сварного шва ниже температуры плавления материала, свариваемые материалы не подвергаются термическому разложению с выделением вредных веществ.
Рабочий сварочный или режущий инструмент является элементом, посредством которого осуществляется отбор мощности, поглощаемой в зоне сварки. Так как сварочный инструмент внедряется в свариваемые полимерные материалы, то он является согласующим элементом между нагрузкой и колебательной системой. Рабочая поверхность сварочного инструмента может иметь уклон для снижения трения и равномерного постепенного размягчения полимерного материала во время сварки. Кроме того, если есть необходимость изменения формы сварного шва возможно использование рабочего сварочного инструмента нестандартной формы. При этом, он должен иметь те же присоединяемые размеры входного диаметра, резьб и лыски под ключ, а также вес, равный или близкий по значению к стандартным рабочим инструментам, поставляемым с оборудованием.
4. Для решения ряда специализированных задачи мы рекомендуем использовать специальную конструкцию сварочного инструмента (рисунок 5)
Свариваемые элементы изделия устанавливаются в прижимное устройство (рисунок 4), которое обеспечивает сжатие. Затем ультразвуковые колебания рабочего сварочного инструмента передаются в свариваемый полимерный термопластический материал (рисунок 3).
Такой материал характеризуется очень высоким поглощением энергии ультразвуковых колебаний, что обеспечивает быстрое размягчение свариваемых материалов. Диффузионные процессы, протекающие под действием ультразвуковых колебаний высокой интенсивности, обеспечивают взаимное проникновение материалов друг в друга при температурах меньших температуры плавления полимерного материала.
Так как в процессе ультразвуковой сварки температура сварного шва ниже температуры плавления материала, свариваемые материалы не подвергаются термическому разложению с выделением вредных веществ.
Рабочий сварочный или режущий инструмент является элементом, посредством которого осуществляется отбор мощности, поглощаемой в зоне сварки. Так как сварочный инструмент внедряется в свариваемые полимерные материалы, то он является согласующим элементом между нагрузкой и колебательной системой. Рабочая поверхность сварочного инструмента может иметь уклон для снижения трения и равномерного постепенного размягчения полимерного материала во время сварки. Кроме того, если есть необходимость изменения формы сварного шва возможно использование рабочего сварочного инструмента нестандартной формы. При этом, он должен иметь те же присоединяемые размеры входного диаметра, резьб и лыски под ключ, а также вес, равный или близкий по значению к стандартным рабочим инструментам, поставляемым с оборудованием.
4. Для решения ряда специализированных задачи мы рекомендуем использовать специальную конструкцию сварочного инструмента (рисунок 5)
Рисунок 5 – Специализированная УЗКС с центральной проточкой
Такой инструмент имеет на излучающей поверхности два выступа и проточку между ними. Рабочая поверхность выступов имеет уклон для снижения трения и равномерного постепенного размягчения полимерного материала во время сварки. При переходе термопластического материала в вязкотекучее состояние, проточка обеспечивает формирование и утолщение сварного шва за счет вязкотекучего материала в месте стыка свариваемых элементов изделия. Проточка выполнена на глубину не более половины толщины свариваемых материалов и необходимую для формирования сварного шва. Если возникает необходимость в придании сварному шву эстетического вида, то рекомендуется сразу после рабочего сварочного инструмента установить прокаточный ролик, который будет сглаживать шов, предварительно находящийся в вязкопластическом состоянии.
Для увеличения прочности сварного шва может быть использован присадочный материал, предварительно вносимый в проточку на поверхности рабочего инструмента.
Оптимальные размеры ширины выступов, ширины и глубины проточки, угла наклона рабочей поверхности следует установить в ходе предварительных испытаний и отработки технологии на изделии (материал, толщина) .
5. При выборе технологических режимов и параметров сварки нужно учитывать, что при работе, на максимальной мощности происходит наибольший нагрев и возможно разложение полимерного материала, сопровождающийся и наиболее интенсивным нагревом сварочного узла. При этом, интенсивность нагрева и возможного разложения свариваемого материала зависит от скорости перемещения свариваемых элементов, усилия прижима и уровня установленной мощности. Поэтому для лучшей стабилизации сварного шва рекомендуется дополнительное воздушное охлаждение рабочей экспоненциальной части ультразвуковой колебательной системы и сварочного узла в области получения сварного шва (дополнительный вентилятор) производительностью не менее 2-3 м3/мин.
6. При выборе технологических режимов первоначально рекомендуется выставить регулятором уровень мощности 50% от максимальной мощности, обеспечить прижим 7 кг, и затем в диапазоне от 3 до 50 мм/сек выбрать такую скорость перемещения свариваемых элементов изделия, при которой обеспечивается необходимое качество шва и необходимая герметичность.
Рекомендуется выбрать оптимальные параметры прижима и скорости из указанных диапазонов при работе генератора на мощности 50%. В случае невозможности обеспечения качественного шва при минимальной скорости перемещения и мощности генератора, равной 50% от максимальной, рекомендуется увеличивать уровень выходной мощности на 10 % и более до обеспечения необходимой герметичности или уменьшать скорость перемещения сварочного наконечника вдоль формируемого шва.
7. В комплекте с ультразвуковым технологическим аппаратом по согласованию с заказчиком может, поставляется сменный рабочий сварочный инструмент. Подробные рекомендации по демонтажу, а также эскизы рабочих сварочных инструментов описаны в инструкции по эксплуатации.
8. Если не удовлетворяет прочность и качество сварного соединения при сварке полимерных термопластических элементов встык, то рекомендуется провести повторный выбор технологических параметров усилия прижима, скорости перемещения, уровня выходной мощности, угла наклона сварочного узла, а также формы и конфигурации сварочного инструмента.
Если возникнут затруднения при выборе технологических параметров ультразвуковой сварки термопластических материалов мы готовы сотрудничать с Вами и предоставить Вам дополнительные рекомендации. Наши контакты.
Для увеличения прочности сварного шва может быть использован присадочный материал, предварительно вносимый в проточку на поверхности рабочего инструмента.
Оптимальные размеры ширины выступов, ширины и глубины проточки, угла наклона рабочей поверхности следует установить в ходе предварительных испытаний и отработки технологии на изделии (материал, толщина) .
5. При выборе технологических режимов и параметров сварки нужно учитывать, что при работе, на максимальной мощности происходит наибольший нагрев и возможно разложение полимерного материала, сопровождающийся и наиболее интенсивным нагревом сварочного узла. При этом, интенсивность нагрева и возможного разложения свариваемого материала зависит от скорости перемещения свариваемых элементов, усилия прижима и уровня установленной мощности. Поэтому для лучшей стабилизации сварного шва рекомендуется дополнительное воздушное охлаждение рабочей экспоненциальной части ультразвуковой колебательной системы и сварочного узла в области получения сварного шва (дополнительный вентилятор) производительностью не менее 2-3 м3/мин.
6. При выборе технологических режимов первоначально рекомендуется выставить регулятором уровень мощности 50% от максимальной мощности, обеспечить прижим 7 кг, и затем в диапазоне от 3 до 50 мм/сек выбрать такую скорость перемещения свариваемых элементов изделия, при которой обеспечивается необходимое качество шва и необходимая герметичность.
Рекомендуется выбрать оптимальные параметры прижима и скорости из указанных диапазонов при работе генератора на мощности 50%. В случае невозможности обеспечения качественного шва при минимальной скорости перемещения и мощности генератора, равной 50% от максимальной, рекомендуется увеличивать уровень выходной мощности на 10 % и более до обеспечения необходимой герметичности или уменьшать скорость перемещения сварочного наконечника вдоль формируемого шва.
7. В комплекте с ультразвуковым технологическим аппаратом по согласованию с заказчиком может, поставляется сменный рабочий сварочный инструмент. Подробные рекомендации по демонтажу, а также эскизы рабочих сварочных инструментов описаны в инструкции по эксплуатации.
8. Если не удовлетворяет прочность и качество сварного соединения при сварке полимерных термопластических элементов встык, то рекомендуется провести повторный выбор технологических параметров усилия прижима, скорости перемещения, уровня выходной мощности, угла наклона сварочного узла, а также формы и конфигурации сварочного инструмента.
Если возникнут затруднения при выборе технологических параметров ультразвуковой сварки термопластических материалов мы готовы сотрудничать с Вами и предоставить Вам дополнительные рекомендации. Наши контакты.
Сварка заклепок
В состав оборудования для ультразвуковой сварки «Гиминей-ультра 2Л» входит ультразвуковой генератор с потребляемой электрической мощностью 400 ВА, с возможностью регулировки выходной мощности в пределах 5-100 %. Генератор имеет устройство автоматического поддержания выходной мощности на установленном уровне, встроенный секундный таймер, цифровой индикатор уровня мощности и времени работы.
Для запуска/выключения ультразвукового воздействия на ручке предусмотрена дополнительная кнопка. При этом ультразвуковое воздействие осуществляется с параметрами, устанавливаемыми на передней панели генератора (амплитуда ультразвукового воздействия, время сварки, для формирования протяженных сварных швов устанавливается непрерывный режим). В состав аппарата также входит ультразвуковая колебательная система со встроенным устройством принудительного воздушного охлаждения. Сварочный инструмент колебательной системы выполняется сменным. На рисунке представлен эскиз сварочного инструмента с материалами.
Сварочный инструмент будет иметь центровочное отверстие для заклёпки
Для осуществления операции сварки достаточно уложить материалы на металлическую пластину, установить заклёпку, обеспечить прижим рабочего инструмента ультразвуковой колебательной системы к месту получения сварного соединения, с усилием 200-300 Н. Затем необходимо выбрать уровень мощности, и интервал времени ультразвукового воздействия и нажать на кнопку запуска ультразвукового воздействия на рукоятке ультразвуковой колебательной системы.
Ультразвуковая сварка полимерных пленок
Для решения технологической задачи сварки полимерных пленок различной толщины (от 10 мкм до 1 мм) мы можем рекомендовать использовать ультразвуковые аппараты серии «Гиминей-ультра».
В состав аппарата для ультразвуковой сварки «Гиминей-ультра» входит ультразвуковой генератор (различной мощности до 200 до 630 Вт), с возможностью регулировки выходной мощности (амплитуды колебаний рабочего окончания) в пределах 5-100% (до 40 мкм). Генератор имеет устройство автоматического поддержания выходной мощности на установленном уровне, встроенный непрерывный/секундный таймер, цифровой индикатор уровня мощности и времени работы. В состав аппарата входит пьезоэлектрическая ультразвуковая колебательная система со встроенным устройством принудительного воздушного охлаждения. В состав колебательной системы входят сварочные инструменты различной формы и размера, предназначенные для формирования непрерывных сварных швов. Эти же инструменты можно использовать для непрерывной резки тканевых материалов с оплавлением кромки. Предлагаемое оборудование предназначено для использования, как в ручном, так и в автоматизированном варианте формирования сварного соединения и резки как непрерывным, так и пошаговым способом.
Использование предлагаемого оборудования позволит производить сварку в требуемых местах изделий и формировать непрерывный сварной шов необходимой длины (производительность 1-4 см/сек).
В состав аппарата для ультразвуковой сварки «Гиминей-ультра» входит ультразвуковой генератор (различной мощности до 200 до 630 Вт), с возможностью регулировки выходной мощности (амплитуды колебаний рабочего окончания) в пределах 5-100% (до 40 мкм). Генератор имеет устройство автоматического поддержания выходной мощности на установленном уровне, встроенный непрерывный/секундный таймер, цифровой индикатор уровня мощности и времени работы. В состав аппарата входит пьезоэлектрическая ультразвуковая колебательная система со встроенным устройством принудительного воздушного охлаждения. В состав колебательной системы входят сварочные инструменты различной формы и размера, предназначенные для формирования непрерывных сварных швов. Эти же инструменты можно использовать для непрерывной резки тканевых материалов с оплавлением кромки. Предлагаемое оборудование предназначено для использования, как в ручном, так и в автоматизированном варианте формирования сварного соединения и резки как непрерывным, так и пошаговым способом.
Использование предлагаемого оборудования позволит производить сварку в требуемых местах изделий и формировать непрерывный сварной шов необходимой длины (производительность 1-4 см/сек).
Рис.1 – Схема ультразвуковой сварки полиуретановых пленок
Для осуществления операции сварки пленок и формирования непрерывного сварного шва следует разместить свариваемые материалы на металлической пластине в соответствии со схемой, представленной на рис. 1. При необходимости, свариваемые материалы (в месте сварки) необходимо накрыть фторопластовой пленкой толщиной 100-200 мкм для повышения прочности шва.
Выбрав уровень мощности и интервал времени ультразвукового воздействия, произвести пуск аппарата и обеспечить перемещение рабочего инструмента по фторопластовой пленке с постоянной скоростью и стабильным усилием прижима (200-300Н). После сварки фторопластовая пленка удаляется.
Ультразвуковая сварка проводилась на образцах различных материалов (полиэтилен, полипропилен, лавсан, полиуретан - толщиной до 1 см). Образцы были герметично сварены.
Выбрав уровень мощности и интервал времени ультразвукового воздействия, произвести пуск аппарата и обеспечить перемещение рабочего инструмента по фторопластовой пленке с постоянной скоростью и стабильным усилием прижима (200-300Н). После сварки фторопластовая пленка удаляется.
Ультразвуковая сварка проводилась на образцах различных материалов (полиэтилен, полипропилен, лавсан, полиуретан - толщиной до 1 см). Образцы были герметично сварены.
Формирование кольцевого сварного шва большого диаметра
Задача: Разработать оборудование для сварки крышки и корпуса противогаза с формированием кольцевого сварного шва, диаметр бачка 100 мм.
Наше предложение: Для решения технологической задачи, связанной с формированием кольцевого сварного шва предлагается использовать аппарат ультразвуковой для сварки кольцевым швом серии «Гиминей-К» модель АУС-3/22-ОК-100, аналогичное представленному на рисунок 1.
Наше предложение: Для решения технологической задачи, связанной с формированием кольцевого сварного шва предлагается использовать аппарат ультразвуковой для сварки кольцевым швом серии «Гиминей-К» модель АУС-3/22-ОК-100, аналогичное представленному на рисунок 1.
В состав специализированного ультразвукового оборудования входит ультразвуковой генератор мощностью до 3 кВт и ультразвуковая колебательная система со сварочным инструментом кольцевого типа для формирования кольцевого сварного соединения шириной 1-2 мм.
Рисунок 1 - Аппарат ультразвуковой для сварки кольцевым швом серии «Гиминей-К», модель АУС-3/22-ОК-100
Рисунок 2 – Штатив с образцом изделия
Такое оборудование можно использовать для формирования кольцевого сварного соединения в ручном, или автоматизированном варианте. Для обеспечения сварки в ручном режиме необходимо уложить свариваемые изделия на металлическую поверхность для упора, установить и отцентровать сварочный инструмент на свариваемые поверхности, обеспечить прижим сварочного инструмента к свариваемым поверхностям с усилием 500-1000 Н при помощи штатива, аналогичного представленному на рисунке 2. Произвести запуск аппарата на время от 1 до 10 секунд (время сварки подбирается в процессе отработки технологии). По окончании сварки аппарат автоматически отключится. Удержать свариваемые изделия в сжатом состоянии в течение 2-3 секунд для стабилизации сварного соединения.
Ультразвуковой генератор имеет возможность регулировки выходной мощности 5-100 %, имеет встроенное устройство автоматического поддержания выходной мощности (амплитуды колебаний) на установленном уровне, имеет необходимые органы управления, кнопку пуск/стоп и кнопку выбора уровня выходной мощности, встроенный непрерывный или посекундный таймер, цифровой индикатор уровня мощности (амплитуды колебаний) и времени работы. На задней панели генераторов расположен помехозащищенный разъем для управления запуском и остановкой ультразвукового воздействия, для применения оборудования на автоматизированных линиях. На задней и боковой панели генератора расположены вентиляционные отверстия для воздушного охлаждения.
В состав оборудования входит ультразвуковая колебательная система со встроенным устройством принудительного воздушного охлаждения, резьбовым или фланцевым соединением для установки в механизированные системы прижима - перемещения. До резьбового соединения, предназначенного для крепления, рабочий инструмент и ультразвуковая колебательная система выполнена герметичной. Верхняя часть корпуса от брызг защиты не имеет.
Кроме этого, для обеспечения сварки деталей необходимо изготовление дополнительного оборудования и оснастки, штатива, опоры специальной формы под свариваемое изделие. В зависимости от того для какой сварки будет использовано наше ультразвуковое оборудование, для ручной сварки, или автоматической будет складываться стоимость и срок изготовления оборудования.
Ультразвуковой генератор имеет возможность регулировки выходной мощности 5-100 %, имеет встроенное устройство автоматического поддержания выходной мощности (амплитуды колебаний) на установленном уровне, имеет необходимые органы управления, кнопку пуск/стоп и кнопку выбора уровня выходной мощности, встроенный непрерывный или посекундный таймер, цифровой индикатор уровня мощности (амплитуды колебаний) и времени работы. На задней панели генераторов расположен помехозащищенный разъем для управления запуском и остановкой ультразвукового воздействия, для применения оборудования на автоматизированных линиях. На задней и боковой панели генератора расположены вентиляционные отверстия для воздушного охлаждения.
В состав оборудования входит ультразвуковая колебательная система со встроенным устройством принудительного воздушного охлаждения, резьбовым или фланцевым соединением для установки в механизированные системы прижима - перемещения. До резьбового соединения, предназначенного для крепления, рабочий инструмент и ультразвуковая колебательная система выполнена герметичной. Верхняя часть корпуса от брызг защиты не имеет.
Кроме этого, для обеспечения сварки деталей необходимо изготовление дополнительного оборудования и оснастки, штатива, опоры специальной формы под свариваемое изделие. В зависимости от того для какой сварки будет использовано наше ультразвуковое оборудование, для ручной сварки, или автоматической будет складываться стоимость и срок изготовления оборудования.
Ускорение процессов в газовых средах
Как правило, интенсификация технологических процессов в газах происходит за счет взаимодействия ультразвуковых колебаний с твердыми или жидкими телами взвешенными в газе. Примерами такого рода процессов является:
- акустическая коагуляция,
- сушка,
- гашение пены.
Акустическая сушка
Процесс сушки заключается в удалении влаги из материала. Обычно это осуществляется за счет нагревания. Сушка твердых, сыпучих и других материалов распространена в самых разнообразных технологических процессах. В большинстве случаев в качестве теплоносителя используется нагретый воздух. Но при сушке многих химических продуктов, биологических объектов, удобрений, нельзя проводить сушку при повышенных температурах, т. к. вещества либо разлагаются, либо теряют свои бактерицидные свойства.
Когда нельзя допускать повышения температуры при сушке, сушку осуществляют под воздействием ультразвуковых колебаний.
Воздействие ультразвуковых колебаний способствует удалению влаги и позволяет ускорить процесс сушки во много раз. Коллектив лаборатории имеет большой опыт разработки и создания практических конструкций для акустической (ультразвуковой) сушки, более подробную информацию можно найти в монографии "Применение ультразвука в промышленности" глава 6.4 "Процессы акустической сушки".
Ускорение процессов в жидких средах
Высокая эффективность ультразвуковых технологий в жидких средах обусловлена следующими причинами:
- Условия ввода ультразвуковых колебаний из колебательных систем с помощью металлических рабочих инструментов в жидкости наиболее благоприятные, по сравнению с введением ультразвуковых колебаний, например, в газовые среды. Обусловлено это тем, что удельное волновое сопротивление жидких сред значительно (для воды в 3500 раз) больше, чем у газов и поэтому, большая мощность излучается из колебательной системы в жидкость при одинаковой амплитуде колебаний инструмента колебательной системы.
- В жидкостях возникает и протекает специфический физический процесс – ультразвуковая кавитация, обеспечивающий максимальные энергетические воздействия, как на сами жидкости, так и на твердые тела в жидкостях. Аналогичного по эффективности воздействия физического процесса нет в твердых телах и газовых средах.
- Ультразвуковая кавитация порождает большое количество эффектов второго порядка, которые, в свою очередь, также обеспечивают интенсификацию протекающих технологических процессов.
Эти обстоятельства привели к тому, что ультразвуковое воздействие получило наиболее широкое распространение при реализации технологических процессов, связанных с жидким состоянием реагентов. В следующих подразделах рассмотрены примеры и особенности реализации процессов, ускоряемых под воздействием ультразвуковых колебаний в жидких средах.
Мойка и очистка
Ультразвуковая мойка позволяет эффективно очищать труднодоступные участки поверхности. Это могут быть внутренние полости, поверхности сложного профиля. Основным фактором воздействия являются кавитация и течение жидкости в зоне ультразвукового воздействия. Эффективность ультразвуковой мойки во много раз превосходит эффективность мойки традиционными способами (щетками, губками, струей воды). Ультразвуковая мойка позволяет легко удалять жировые и масляные загрязнения, остатки эпоксидной смолы (в том числе и частично полимеризованной), нагар, окислы, остатки лакокрасочных покрытий.(подробнее...>)
Наиболее часто ультразвуковая мойка применяется для:
Наиболее часто ультразвуковая мойка применяется для:
- Обезжиривания поверхностей.
- Мойка технологического оборудования, инструментов и изделий.
- Очистка от нагара наружных и внутренних поверхностей форсунок двигателей внутреннего сгорания (бензиновых и дизельных).
- Очистка сопел картриджей струйных принтеров.
Предпосевная обработка семян
Ультразвуковая обработка семян в питательном и дезинфицирующем растворе непосредственно перед посевом способствует повышению процента всхожести даже в неблагоприятных условиях, а также лучшему росту в последующем. (подробнее...>)
Пропитка
В производстве изделий из композиционных материалов (стеклопластиков, углепластиков, базальтопластиков) всегда стоит проблема пропитки волоконных наполнителей, имеющих капиллярную структуру вязким связующим (как правило эпоксидным). За счет высокой вязкости связующего процесс удаления воздуха и других газов из капиллярной структуры наполнителя идет медленно, а газ полностью не удаляется. В результате снижаются характеристики (особенно диэлектрические) материала. Локальное воздействие кавитации позволяет эффективно удалять остаточный газ из наполнителя и быстро заполнять капилляры связующим. В результате процесс пропитки значительно ускоряется, а содержание газов в изделии уменьшается. Более подробно о технологии пропитки и об аппаратах ее реализующих можно прочитать в книге "Применение ультразвука в промышленности".
Распыление жидкостей
При работе ультразвуковой колебательной системы жидкость, попадающая на излучающую поверхность рабочего инструмента распыляется. Распыление будет тем мельче, чем больше частота. Такой способ распыления широко применяется в ингаляторах, для распылении топлива, сушки растворов и т.п.
Вопросам распыления жидкостей посвящена монография "Ультразвуковое распыление жидкостей" В.Н. Хмелев, А.В. Шалунов, А.В. Шалунова
Растворение
Применение ультразвука высокой интенсивности способствует ускорению процессов растворения, уменьшению доли нерастворенного осадка. Ультразвуковое растворение в большинстве случаев протекает без применения специальных растворителей. Сравнительная таблица протекания процесса растворения без применения ультразвука и с применением ультразвука приведена здесь. Более подробную информацию можно посмотреть здесь...>
Тонкодисперсные суспензии
Получение материалов сверхтонкой дисперсионности (частицы размером 1 мкм и меньше) имеет важное значение, так как от степени измельчения зависят многие свойства материала. Существует множество способов измельчения твердых веществ, но все они измельчают до размеров порядка 100 мкм. И только ультразвуковое измельчение позволяет получить частицы размером 1 мкм и менее (подробнее...>). Типовые случаи применения:
- Приготовление кремов и мазей
- Производство промышленных суспензий.
Экстрагирование
Применение ультразвука высокой интенсивности позволяет увеличить скорость протекания процесса экстрагирования (в 10-100 раз), увеличить выход экстрагируемых веществ, обеспечить экстракцию веществ, недоступных другими способами, проводить экстракцию при комнатной температуре, отказаться от применения экстрагирующих агентов (спирт, бензин, и других). Ультразвуковой способ экстракции (особенно биологически активных веществ) экономически выгоден в промышленности и не имеет альтернативы в домашнем производстве, а получаемые препараты соответствуют требованиям Государственной фармакопеи. Наиболее часто применяемые технологии:
- Приготовление лекарственных препаратов из растительного сырья (подробнее...>)
- Экстрагирование хмеля в пивоваренной промышленности
- Приготовление экстрактов из растительного сырья в пищевой промышленности
Эмульгирование
Некоторые жидкости трудно или вообще невозможно смешать. К ним относятся вода и жиры, вода и эфирные масла, вода и нефтепродукты. Смеси таких веществ называются эмульсиями и потребность в них очень велика. Барьер несмешиваемости удается преодолеть благодаря кавитационным процессам в ультразвуковом поле и получить эмульсии с размерами частиц менее 1..5 мкм. Эмульсии с такими размерами частиц являются устойчивыми длительное время и не расслаиваются в течении нескольких суток и даже месяцев. Более подробную информацию по ультразвуковому эмульгированию можно посмотреть в монографиях "Многофункциональные ультразвуковые аппараты и их применение в условиях малых производств, сельском и домашнем хозяйстве" и "Применение ультразвука в промышленности". Наиболее часто ультразвуковое эмульгирование применяется для:
- Приготовление ароматических эмульсий
- Приготовление пищевых эмульсий
- Обработка молока (подробнее...>)
- Приготовление технологических эмульсий
- Приготовление топливных эмульсий
Ускорение процессов в твердых средах
Воздействие ультразвуковых колебаний на твердые среды позволяет осуществлять технологические процессы, не реализуемые, или сложно реализуемые, традиционными методами - обеспечивать размерную обработку (сверление, резание, шлифовку, полировку, снятие фасок, выполнение пазов) хрупких и особо твердых материалов, таких как:
- керамика,
- стеклопластики,
- полупроводниковые материалы,
- стекло,
- самоцветы,
- ферриты,
- сверхтвердые сплавы и стали.
Применение ультразвуковых колебаний при без абразивной финишной обработке металлов позволяет изменить свойства поверхностей обрабатываемых металлов, такие как чистота поверхности (шероховатость) и твердость поверхности за счет высокочастотных деформаций.
Механическая размерная обработка хрупких и твердых материалов
При ультразвуковой размерной обработке инструмент с большой частотой (18-25 кГц) ударяет по зернам абразивного материала, подаваемого вместе с водой в зону обработки. В свою очередь, абразивные зерна ударяют по обрабатываемому материалу и вызывает его локальное разрушение. Таким способом можно обрабатывать хрупкие и твердые материалы (стекло, гранит, мрамор, кафельная и керамическая плитка, фарфор, бетон, поделочные и драгоценные камни, пластины кремния), которые невозможно обрабатывать другими способами. Полученное отверстие копирует форму инструмента.
Для ультразвуковой обработки характерно то, что в материале не возникает внутренних напряжений и нет опасности возникновения трещин.
Практическим вопросам ультразвуковой размерной обработки посвящена научная монография написанная сотрудниками лаборатории "Ультразвуковая размерная обработка материалов".
Для ультразвуковой обработки характерно то, что в материале не возникает внутренних напряжений и нет опасности возникновения трещин.
Практическим вопросам ультразвуковой размерной обработки посвящена научная монография написанная сотрудниками лаборатории "Ультразвуковая размерная обработка материалов".