جوشکاری با امواح مافوق صوت

جوشکاری با امواج مافوق صوت چیست و چه کاربردی دارد؟

جوشکاری با امواج مافوق صوت و یا جوشکاری التراسونیک، یکی از روش های جوشکاری پیشرفته با استفاده از امواج فراصوت است که از طریق تبدیل انرژی الکتریکی با فرکانس بالا به انرژی مکانیکی با فرکانس بالا انجام می شود.

آیا می دانستید که می توان از صداهای بلند و با فرکانس بالا که در محدوده شنوایی انسان نیست، برای اتصال قطعات مختلف به یکدیگر استفاده کرد؟ جوشکاری التراسونیک دقیقاً از این روش بهره می برد.

امروزه جوشکاری با امواج صوتی عمدتاً برای جوشکاری قطعات فلزی و پلاستیکی بکار می رود.  نخستین بار در سال 1960، از این روش برای جوشکاری مواد فلزی استفاده شد. اما 5 سال بعد، مهندسین دریافتند که این روش قابلیت جوشکاری مواد غیر فلزی و پلاستیکی را نیز دارد.

آنچه در ادامه می خوانیم:

جوشکاری با امواج صوتی چگونه انجام می شود؟

با سرعت زیاد دستان خود را به هم مالش دهید و یا با یک چکش سطح یک فلز را ضربات پی در پی وارد کنید. چه اتفاقی می افتد؟ دستان شما و یا سطح فلز مورد نظر بر اثر اصطکاک بوجود آمده گرم می شوند.

صدا با فرکانس بالا نیز می تواند باعث بوجود آمدن ارتعاشات سریع قطعات شود. این ارتعاشات موجب تماس قطعات با یکدیگر، بوجود آمدن اصطکاک و گرم شدن آنها می شود. این گرما در زمان کم، دمای محل تماس را به حدی بالا می برد که موجب ایجاد پیوند مولکولی بین آنها و اتصال قطعات به یکدیگر م شود.

منظور از امواج با فرکانس بالا یا فراصوت (التراسونیک)، امواجی است که فرکانسی بالاتر از محدوده شنوایی انسان (بیشتر از 20000 هرتز) دارد.

اجزای دستگاه جوش التراسونیک

دستگاه جوش التراسونیک دارای یک منبع تغذیه است که جریان برق با فرکانس پایین (50 تا 60 هرتز) را به جریان برق با فرکانس بالا (20 تا 40 کیلو هرتز) تبدیل می کند. علاه بر منبع تغذیه، یک مبدل فراصوت وجود دارد که جریان برق با فرکانس بالا را به صوت با فرکانس بالا تبدیل می کند.

یک آمپلی فایر تقویت کننده به نام بوستر وجود دارد که امواج را دریافت کرده و دامنه آن را تا حد ممکن افزایش می دهد. در نهایت یک وسیله به نام شیپوره یا horn نیز وجود دارد که وظیفه هدایت امواج فراصوت را برعهده دارد. شیپوره امواج را متمرکز کرده و به قطعات منتقل می کند. یک دستگاه پنوماتیک جهت وارد کردن فشار به شیپوره نیز وجود دارد.

اجزای دستگاه جوش التراسونیک

مراحل انجام جوشکاری با امواج فراصوت

جوشکاری با این روش طی مراحل زیر صورت می گیرد:

  • قطعاتی که لازم است به یکدیگر جوش داده شوند، در داخل فیکسچر قرار می گیرند.
  • شیپوره با قطعات جوشکاری تماس داده می شود. برای نگه داشتن شیپوره و حفظ تماس آن با قطعات، فشار به آن وارد می شود تا قطعات را کنار هم نگه دارد.
  • شیپوره ارتعاشات فراصوت (امواج التراسونیک) را دریافت کرده و به قطعات انتقال می دهد.
  • ارتعاشات در فواصل کمتر از 1 میلی متر بوجود می آیند، به سمت بالا و پایین حرکت می کنند و موجب گرم شدن قطعات می شوند.
  • در نهایت با گرمای بوجود آمده و فشار واردشده، آمیزش بین مولوکولی اتفاق می افتد و قطعات به یکدیگر جوش داده می شوند. در نهایت شیپوره جدا می شود و می توان قطعات جوش داده شده را پس از سرد شدن، از فیکسچر خارج کرد.

نکات مهم در جوشکاری التراسونیک

فشار و دمای اعمال شده در زمان جوشکاری توسط ریزپردازنده و رایانه موجود در دستگاه جوش کنترل می شود. اما روش جوشکاری بسته به جنس قطعات متفاوت است.

در فلزات، امواج فراصوت به موازت سطح وارد می شوند و دمای قطعات را تا حدود یک سوم نقطه ذوب افزایش می دهند. فلزات را ذوب نمی کنند و تنها با خارج کردن اکسیدهای فلزی، موجب به حرکت درآوردن اتم های سطح فلز می شوند. اتم ها با حرکت خود و با جنبش مولکولی، موجب پیوند بین قطعات می شوند.

در مورد پلاستیک، امواج به صورت عمود بر سطح وارد می شوند و دمای قطعات را تا حد ذوب افزایش می دهند. با ذوب قطعات، مولکول های پلاستیک با یکدیگر ادغام شده و پیوند مولکولی را ایجاد می کنند. با خنک شدن، پیوند ایجاد شده و جوش انجام می شود.

مدت زمان جوشکاری نیز متفاوت است اما جوشکاری به این روش  معمولاً بسیار سریع و در کمتر از 0.25 ثانیه نیز ایجاد می شود.

کاربرد جوشکاری با امواج مافوق صوت

  1. این روش جوشکاری به صورت گسترده در ساخت تجهیزات الکترونیکی و تجهیزات پزشکی، صنعت خودروسازی و هوافضا کاربرد دارد. به طور مثال، این روش جوش در اتصالات الکترونیکی در بوردهای رایانه و تلفن های همراه، مونتاژ قطعات ترانسفورماتورها، موتورهای الکتریکی و خازن ها کاربرد گسترده ای دارد.
  2. در صنعت بسته بندی و مونتاژ، صنایع غذایی جهت بسته بندی و مهر و موم و ساخت اسباب بازی نیز این روش بکار می رود.
  3. جهت دوخت پارچه ها و فیلم ها با پایه پلاستیکی، جاسازی قطعات در داخل یکدیگر و اتصال آنها  و کاشت مغزی های فلزی در پلاستیک نیز این روش جوشکاری بکار می رود. برای مثال، امروزه در کشورهای پیشرفته از این روش برای دوخت پارچه های ماسک نیز استفاده می شود.
  4. به طور کلی، این این روش جوشکاری جهت اتصال قطعات و ورق های نازک فلزی به یکدیگر، قطعات پلیمری هم جنس و غیر هم جنس و قطعات فلزی و پلیمری به یکدیگر کاربرد دارد.

روش انجام جوشکاری با امواج صوتی

مزایای جوشکاری با امواج صوتی

  1. از آنجاییکه این روش جوشکاری در دماهای پایین تر اتفاق می افتد، بنابراین جوشکاری با میزان انرژی کمتری انجام می شود و موجب صرفه جویی در هزینه و مصرف انرژی می گردد.
  2. این روش جوشکاری سریع و ایمن است و در کسری از ثانیه موجب اتصال قطعات پلاستیکی به یکدیگر می شود. از آنجاییکه افراد جوشکار در معرض شعله و یا گازهای قابل اشتعال قرار نمی گیرند، این روش جوش، روشی ایمن به شمار می آید. البته ممکن است وجود صدا با فرکانس بالا، موجب آسیب به شنوایی انسان شود اما با قرار دادن دستگاه در محفظه و یا استفاده از محافظ گوش، این خطر کمتر می شود.
  3.  این روش جوشکاری از هیچگونه ماده افزودنی استفاده نمی کند، آلودگی محیطی ایجاد نمی کند و سازگار با محیط زیست است.
  4. این روش جوشکاری بسیار باکیفیت است و پیوند محکمی را بین قطعات ایجاد می کند و موجب استحکام بالای جوش می شود. راندمان بالایی داشته و در اغلب صنایع نیز کاربرد دارد.
  5. این روش جوشکاری برای قطعات حساس، ظریف و پیچیده کاربرد گسترده ای دارد.

معایب جوشکاری اولتراسونیک

با توجه به کوچک بودن عرض شیپوره، عمق جوش در این روش کمتر از 1 میلی متر است و از این لحاظ ،این روش برای مواد نازک، ورق های پلاستیکی و یا فلزی کاربرد دارد. از طرفی، این دستگاه جوش اغلب برای اتصال قطعات هم جنس کاربرد دارد. اما با وجود این محدودیت ها، همچنان جوشکاری مافوق صوت یکی از روش های جوشکاری جدید و در حال پیشرفت در سراسر دنیا به شمار می آید.

در سایت راندنو می توانید قیمت دستگاه جوش را مشاهده کرده و با فروشندگان آن ارتباط برقرار نمایید.