VÝHODY ULTRAZVUKOVÉHO SVAŘOVÁNÍ: RYCHLEJŠÍ, BEZPEČNĚJŠÍ, ČISTŠÍ, EFEKTIVNĚJŠÍ
Rychlejší, bezpečnější, čistší, efektivnější, šetrnější k životnímu prostředí, přesnější, transparentnější… seznam je dlouhý. Ultrazvuková technologie se prosadila v mnoha průmyslových odvětvích. Není divu, protože stěží se najde některá jiná technologii s takovou všestranností při nejvyšší přesnosti a transparentnosti svařovacího procesu.
JAK FUNGUJE ULTRAZVUKOVÉ SVAŘOVÁNÍ?
Ultrazvuková technologie se k spojování termoplastů (plastů) nebo termoplastů s jinými materiály používá již více než 70 let. Tuto technologii je také možné použít k řezání a oddělovacímu svařování u širokého sortimentu materiálů.
Ultrazvuk je vytvářen vysokofrekvenčním kmitáním: Generátor vytváří z přivedeného napájecího napětí vysokofrekvenční střídavé napětí, které se pomocí konvertoru převádí na mechanické kmitání. Energie je do součástí přiváděna kmitavými pohyby (rozsah frekvencí cca 20 kHz až 100 kHz) na povrchu sonotrody (amplituda). Energie vyvolává ohřev výhradně na rozhraní jednotlivých dílů a neovlivňuje přilehlé oblasti, což znamená, že součást je šetrně zpracovávána. Pevné spojení se pak vytvoří v krátké době, kdy spojovaná dvojice vychladne. Výsledkem spojení je čistý a stabilní šev mezi dvěma jednotlivými díly a čistý a bezchybný povrch řezu při oddělovacím svařování.
Ultrazvuková technologie je velmi dobrou alternativou k ostatním způsobům spojování a oddělování s vysokou účinností a disponuje dalšími možnostmi orientovanými na budoucnost. Na rozdíl od jiných procesů nezpůsobuje ultrazvukový proces žádné poškození vlastního produktu, a to bez ohledu, zda se jedná o řezání, těsnění, svařování, oddělovací svařování, vysekávání nebo nýtování.
VÝHODY ULTRAZVUKOVÉHO SVAŘOVÁNÍ
FAQ ULTRAZVUK A ULTRAZVUKOVÉ SVAŘOVÁNÍ
Existují různé mechanické a tepelné procesy. U tepelných procesů existují v zásadě tyto možnosti: Extrudování za tepla, svařování vyhřívaným nástrojem, elektrofúzní svařování, vysokofrekvenční svařování, laserové svařování, cirkulační svařování, rotační třecí svařování, vibrační svařování, svařování horkým plynem.
Použitý proces se volí podle součásti, požadavků a nároků na kvalitu a také hospodárnosti procesu.
Na rozdíl od jiných procesů nejsou pro ultrazvukové svařování potřeba žádná rozpouštědla ani přísady. Navíc se svařovací nástroje nezahřívají, a proto neexistují žádné doby nahřívání a ochlazování, což znamená, že výrobní operace mohou probíhat efektivněji.
Proces ultrazvukového svařování se používá mimo jiné při výrobě laboratorních a analytických přístrojů, hygienických potřeb, membrán, filtrů, adaptérů a konektorů.
Technologie ultrazvukového spojování stojí v popředí a je se všemi svými výhodami stále oblíbenější, viz „Výhody ultrazvukového svařování“.
Ano, lze zaručit také validaci a stabilitu procesu, jakož i podrobné monitorování procesu, zpětnou sledovatelnost a sběr dat.
Vysoké nároky kladené na lékařské komponenty z hlediska pevnosti, těsnosti a téměř bez přítomnosti volných částic mohou být splněny.
Kmitání s frekvencí, která je nad rozsahem slyšitelnosti pro člověka > 20 kHz.
V technických aplikacích je kmitání generováno pomocí piezoelektrické keramiky. Sinusové střídavé napětí se převádí na sinusové mechanické kmitání.
Kmitající sonotroda řeže materiál (rouno nebo podobný materiál) na volně uloženém pracovním nástroji. Díky provedení obrysu pracovního nástroje jsou okrajové švy materiálu současně svařeny. Ve většině případů se jedná o kontinuální proces.
Řezat lze netkané textilie (např. rouno), tkaniny a fólie s obsahem termoplastů. Dále také potraviny jako jsou sýry nebo pečivo, a to i ve zmrazeném stavu.
Energie potřebná k roztavení součástí je přiváděna sonotrodou prostřednictvím mechanických kmitů. Dílce přenášejí přiváděnou energii ke svařovaným plochám. Materiály se smísí a jsou po určité době chlazení rozměrově stálé.
Pomocí ultrazvukového svařování ze zpracovávat všechny termoplasty, bez ohledu na to, zda mají amorfní nebo částečně krystalickou strukturu. Příklady: PS, PVC, PMMA, PC, SAN, ABS, PE, PP, PIM, PA, NFPP atd.
Sonotroda pracuje proti matrici. Matrice je navržena přesně pro vysekávaný obrys. Kmitající sonotroda je nyní zasunuta do vysekávaného materiálu. Použitím ultrazvuku se snižuje síla potřebná k vysekávání a zvyšuje se kvalita řezné plochy.
Ultrazvukovým vysekáváním lze zpracovávat všechny termoplasty do tloušťky cca 10 mm. A to dokonce i v lakovaném stavu. Kromě toho lze vysekávat i tkaniny, netkané textilie a fólie.
K termoplastickému materiálu mohou být přitaveny tkaniny s termoplastickou složkou nebo bez ní. Roztaví se jen jedna ze spojované dvojice. Oscilační sonotroda dosedne na materiál, který má být přitaven, a roztaví podkladový termoplastický materiál. Ten pronikne do tkaniny a spojí tak oba materiály bezpečným způsobem.
Termoplastické fólie, potahované nosné materiály, kelímky, misky, sáčky a tuby mohou být utěsněny ultrazvukem.
Kmitající sonotroda řeže materiál (rouno nebo podobný materiál) na pracovním nástroji. Díky provedení obrysu pracovního nástroje jsou okrajové švy materiálu současně svařeny. Obvykle se jedná o nespojitý proces.
Netkané textilie (rouno) a tkaniny s termoplastickou složkou lze řezat a podél okraje svařovat.
Zde mohou být termoplasty kombinovány i s netermoplastickými materiály. Při tom se roztaví jen jedna ze spojované dvojice. V tom případě se jedná o silové spojování. Sonotroda s konturou přizpůsobenou nýtovacímu procesu roztaví nýt a vytvaruje jej tak, až je sekundární materiál silově spojen.
Ultrazvukovým nýtováním lze zpracovávat všechny termoplasty. Je možné spojovat stejné nebo různé termoplasty, jakož i termoplasty s netermoplastickými materiály.
Při ultrazvukovém svařování se zahřívá pouze spojovaná zóna součásti, složky polymeru se promíchají a po ochlazení budou rozměrově stálé.
V závislosti na použitém materiálu a konstrukčním provedení spojované dvojice může proces svařování včetně doby chlazení trvat jen cca 100 ms až cca 3 s
V zásadě je optimálním řešením použití kombinace stejných plastů, např. PA s PA nebo PA s PA GF. Lze však také vzájemně spojovat řadu různých plastů, např. PC – PMMA – ABS. Různé materiály lze také vzájemně spojovat při nýtování nebo prolínání.
Ano, ultrazvukové svařování kovů je osvědčený proces. Používá se například k připevnění měděných vodičů ke kabelovým svazkům v automobilovém průmyslu. Na rozdíl od svařování plastů však nedochází k mísení materiálů. Jedná se o studený svar vytvořený působením tření.
Je jich velmi mnoho, zde jsou ty nejdůležitější:
- Velmi krátké procesní časy
- Nepatrné nebo žádné tepelné porušení součásti v důsledku použití studených svařovacích nástrojů
- Nízká spotřeba energie a tím vysoká účinnost
- Nejsou nutná žádná rozpouštědla ani přísady (druhově čistá recyklace)
- Díky nejrůznějším parametrům svařování lze docílit konstantních, reprodukovatelných výsledků svařování
- Svařovací nástroje se nezahřívají, takže odpadá doba nahřívání a ochlazování a nástroje lze rychle vyměňovat
- Žádné riziko zranění horkými částmi stroje
- Krátké doby chlazení díky cílenému bodovému tavení
Různé ultrazvukové technologie představují velmi ekonomickou metodu – využití nacházejí v následujících oblastech: Automobilový průmysl, obalová technika/potraviny, drobné automobilové díly, textilní průmysl, lékařská technika, spotřební zboží, elektrické komponenty.
Ultrazvukové řezání:
Automobilový průmysl, obalová technika/potraviny, textilní průmysl, lékařská technika
Ultrazvukové svařování:
Automobilový průmysl, textilní průmysl, lékařská technika, spotřební zboží, elektrické komponenty
Ultrazvukové vysekávání:
Automobilový, textilní průmysl, lékařská technika
Ultrazvukové těsnění:
Automobilový průmysl, lékařská technika, elektrické komponenty
Ultrazvukové oddělovací svařování:
Lékařská technika, textilní průmysl, elektrotechnické komponenty
Ultrazvukové nýtování:
Automobilový průmysl, lékařská technika, spotřební zboží, elektrické komponenty
Příroda:
zvířata jej používají k lokalizaci nebo orientaci.
Technické aplikace:
Svařování plastů a kovů, lékařská technika v diagnostice a terapii, měření vzdálenosti u vozidel, měření hloubky ve vodě, měření průtoku kapalin, detektory pohybu, měření tloušťky vrstvy, měření hladiny, testování materiálů, čištění dílů, řezání biologické tkáně a mnoho dalších.
Existují různé procesy jako jsou: Svařování vyhřívaným prvkem, elektrofúzní svařování, laserové svařování, rotační svařování, ultrazvukové svařování, vibrační svařování, svařování horkým plynem. Použitý proces se volí podle součásti, požadavcích a nárocích na kvalitu a také na hospodárnosti procesu.
Ultrazvukové svařování se od lékařských aplikací liší především používanými frekvencemi a výkonem. Při svařování termoplastů se používají frekvence mezi 20 kHz a 60 kHz a úrovně výkonu mezi 200 W a 6000 W. V lékařské terapii se používají frekvence mezi 200 kHz a 5 MHz a v diagnostice mezi 5 MHz a 50 MHz. Používané výkony jsou ve srovnání se svařováním velmi nízké.
Vibrační soustava se skládá z konvertoru, amplitudové transformační jednotky a sonotrody. Konvertor tvoří rozhraní mezi elektrickou a mechanickou částí. Pomocí piezoelektrického efektu převádí elektrické kmity po amplitudové modulaci na mechanické vibrace a poté je přenáší na sonotrodu. Amplitudová transformační jednotka (zvaná také booster) zvětšuje nebo zmenšuje amplitudu na výstupu z konvertoru. Sonotroda jako vlastní svařovací nástroj přenáší mechanické vibrace do součásti. Vibrační soustava je zásadně vždy individuálně přizpůsobena nebo vyrovnána se součástí.
Ultrazvuk je slučován do svazku pomocí směrového vysílače energie a poté soustředěně přiváděn do součásti. Významem soustředění je, že energie je využívána efektivně a je dosahováno čistého svarového švu.
Na soustředění energie má vliv směrový vysílač energie, design sonotrody a struktura pracovního nástroje.
