آیا امواج اولتراسونیک می توانند فلز را جوش دهند؟

امواج اولتراسونیک می توانند فلزات را جوش دهند. جوشکاری اولتراسونیک فلزی رایج را می توان به جوش نقطه ای، جوش حلقه ای، جوش درز و جوش سیم تقسیم کرد.
1. جوش نقطه ای. سیستم ارتعاش دستگاه های جوش نقطه ای را می توان بر اساس وضعیت ارتعاش میله صوتی بالایی به سیستم ارتعاش طولی (ساختار سبک)، سیستم ارتعاش خمشی (ساختار سنگین) و سیستم ارتعاش خمشی سبک تقسیم کرد. ساختار سبک برای دستگاه‌های جوش نقطه‌ای کوچک با توان کمتر از 500 وات، ساختار سنگین برای دستگاه‌های جوشکاری پرقدرت کیلووات و سیستم لرزش خمشی سبک برای دستگاه‌های جوشکاری با توان متوسط ​​و کوچک مناسب است. هر دو دارای مزایای هر دو سیستم ارتعاشی هستند.
2. جوش دایره ای. با استفاده از روش جوش دایره ای می توان یک درز جوش بسته را به صورت یکجا تشکیل داد و از سیستم ارتعاش پیچشی استفاده کرد. در طول فرآیند جوشکاری، دامنه ارتعاش یک رابطه خطی متقارن را با توجه به محور میله صوتی، با دامنه صفر در ناحیه محوری و حداکثر دامنه در لبه لحیم کاری نشان می دهد. بدیهی است که حلقه جوشکاری مناسب ترین فرآیند بسته بندی برای دستگاه های میکروالکترونیک است.
3. جوش سیم. جوش سیمی را می توان به عنوان توسعه روش های جوش نقطه ای دید. این روش شامل به دست آوردن یک جوش خطی به طول 150 میلی متر از طریق یک قطب آکوستیک بالایی خطی است. این روش برای آب بندی خطی فویل مناسب است.
4. جوشکاری درز. سیستم ارتعاش یک دستگاه جوش درز را می توان با توجه به وضعیت ارتعاش لنت آن طبقه بندی کرد.
الف - سیستم ارتعاش طولی;
سیستم ارتعاش خمشی B;
ج - سیستم های ارتعاشی پیچشی و انواع دیگر.
در میان آنها، a و b بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند. جهت ارتعاش لنت های لحیم کاری آن عمود بر جهت جوش است. جهت ارتعاش c با جهت جوش موازی است. جوشکاری درز می تواند یک درز جوش پیوسته مهر و موم شده به دست آورد. معمولاً قطعه کار بین لنت های بالایی و پایینی گیره می شود. در شرایط خاص می توان از یک قطب آکوستیک کف تخت استفاده کرد.

مواد انبساط:
جوشکاری فلزات اولتراسونیک روشی ویژه برای اتصال فلزات مشابه یا متفاوت با استفاده از انرژی ارتعاش مکانیکی فرکانس اولتراسونیک است. در طول جوشکاری اولتراسونیک، فلز نه جریانی را به قطعه کار می رساند و نه منبع گرمایی با دمای بالا را به قطعه کار اعمال می کند. فقط انرژی مکانیکی را تحت فشار استاتیکی انرژی تغییر شکل و افزایش دما محدود به انرژی داخلی تبدیل می کند. جوشکاری فاز جامد زمانی اتفاق می افتد که دو ماده پایه به دمای تبلور مجدد برسند. بنابراین، به طور موثر بر پدیده هایی مانند پاشش و اکسیداسیون در حین جوشکاری مقاومتی غلبه می کند. دستگاه های جوشکاری فلزات اولتراسونیک می توانند جوشکاری تک نقطه ای، جوشکاری چند نقطه ای و جوشکاری نواری کوتاه را بر روی سیم ریز یا مواد ورق نازک فلزات غیرآهنی مانند مس، نقره، آلومینیوم و نیکل انجام دهند.
مقدمه ای بر جوشکاری آلتراسونیک فلزات
جوشکاری فلز التراسونیک به جوشکاری تک نقطه ای، جوشکاری چند نقطه ای و جوشکاری نواری کوتاه مس، نقره، آلومینیوم، نیکل و سایر سیم های ریز فلزی یا مواد ورق نازک اشاره دارد. معمولاً برای جوشکاری قطعات فلزی مانند سرنخ های سیلیکونی قابل کنترل، قطعات فیوز، سرنخ های الکتریکی، الکترودهای باتری لیتیومی و گوش های الکترود استفاده می شود.
روش های جوشکاری اولتراسونیک فلز را می توان به چهار نوع تقسیم کرد: جوش نقطه ای، جوش رول، مهار سیم و آب بندی لوله که به طور گسترده در زمینه های مختلف مانند خودرو، تبرید، انرژی خورشیدی، باتری و الکترونیک استفاده می شود.
عوامل موثر بر جوشکاری فلزات اولتراسونیک
عواملی که بر جوشکاری اولتراسونیک فلزات تأثیر می گذارند عبارتند از فشار، انرژی/زمان، دامنه، سر جوش، فرآیند، مواد و پارامترهای دیگر.
1. عوامل فشار
فشار جوش تأثیر بسزایی در کیفیت اتصالات جوش داده شده دارد و استحکام اتصالات جوشی ابتدا افزایش می یابد و سپس با افزایش فشار کاهش می یابد. فشار جوشکاری مقاومت لغزشی رابط جوشکاری را تغییر خواهد داد. فشار جوشکاری کمتر منجر به مقاومت لغزشی کمتر رابط می شود و انرژی تولید شده توسط اصطکاک برای ایجاد یک اتصال موثر در سطح مشترک کافی نیست. فشار بیش از حد جوشکاری باعث می شود که سر ابزار عمیقا فشرده شود و در نتیجه فلزات رابط جوش متقابل به هم متصل شوند و حرکت نسبی رابط را تحت تاثیر قرار دهند و مانع از اتصال بیشتر فلزات رابط شده و منجر به بدتر شدن خواص مکانیکی جوشکاری شوند. مفصل بنابراین، پارامترهای فشار جوش مناسب برای کیفیت جوش تعیین کننده است.
2. عوامل انرژی/زمان
زمان جوشکاری مستقیماً بر انرژی ورودی در طول فرآیند جوشکاری تأثیر می گذارد و تأثیر مستقیمی بر اثر جوش دارد. زمان جوش بسیار کوتاه است، انرژی ورودی کافی نیست، و به دلیل اصطکاک ناکافی، تشکیل نقاط جوش موثر دشوار است. با افزایش زمان جوشکاری، اصطکاک متقابل باعث افزایش دما می شود و ماده قطعه کار شروع به نرم شدن می کند. فیلم اکسید در سطح مشترک ناحیه جوش آسیب دیده و تغییر شکل پلاستیکی رخ می دهد که می تواند اتصال خوبی ایجاد کند. هنگامی که زمان جوش بیشتر می شود، سر جوش مستعد ایجاد علائم عمیق بر روی سطح قطعه کار است که تأثیر منفی بر اثر جوش دارد. علاوه بر این، زمان بیش از حد جوش می تواند به راحتی منجر به چسبندگی بین سر جوش و قطعه کار در حال جوش شود.
3. فاکتور دامنه
سیستم ارتعاشی ایجاد شده بین قطعه کار و قطعه کار در طول جوشکاری اولتراسونیک مستقیماً بر سرعت لحظه ای ارتعاش رابط قطعه کار تأثیر می گذارد و در نهایت بر تولید گرمای اصطکاکی و تغییر شکل پلاستیک تأثیر می گذارد و بر کیفیت جوش تأثیر می گذارد.
4. فاکتور سر جوش
سر جوش یکی از اجزای کلیدی جوشکاری فلزات اولتراسونیک است. در طول فرآیند جوشکاری، سر جوش باید قطعه کار را تحت فشار محکم بگیرد، به طوری که ارتعاش مکانیکی ایجاد شده توسط دستگاه جوش اولتراسونیک می تواند به رابط قطعه کار منتقل شود تا یک اتصال فاز جامد ایجاد شود.
نواحی مختلف سر جوش می تواند منجر به توزیع متفاوت فشار جوش در طول فرآیند جوشکاری شود، یعنی رابط اتصال دارای تنش های متفاوتی است که در نتیجه نیروهای اصطکاک متفاوتی در طول فرآیند جوشکاری ایجاد می شود که منجر به تولید گرمای متفاوت در حین اصطکاک می شود و در نتیجه قطعه کار متفاوت است. دما در طول فرآیند جوشکاری و در نهایت بر کیفیت اتصال تاثیر می گذارد.
هنگامی که ناحیه سر جوش یکسان است، سرهای جوش مستطیلی تغییر شکل پلاستیکی قوی تری نسبت به سرهای جوش دایره ای ایجاد می کنند. هنگامی که شکل سر جوش یکسان است، سر جوش بزرگتر می تواند تغییر شکل پلاستیکی قوی تری در ناحیه جوش ایجاد کند. هنگامی که ناحیه سر جوش یکسان است، سرهای جوش دایره ای به احتمال زیاد مواد قطعه کار را در زیر سر جوش بیرون می آورند و فرورفتگی های عمیق تری ایجاد می کنند. هنگامی که شکل سر جوش یکسان است، سر جوش کوچکتر باعث فشار بیشتر در ناحیه تماس سطح قطعه کار می شود و در نتیجه فرورفتگی های عمیق تری ایجاد می شود.
5. عوامل دیگر
عواملی که بر اثربخشی جوشکاری اولتراسونیک تأثیر می‌گذارند عبارتند از: فرآیند ساخت سلول (لمینیت یا سیم‌پیچ)، ضخامت گوش تک لایه و مواد گوش، ضخامت و جنس سرب گوش صفحه پوششی، ضخامت و مواد سرب گوش، ناحیه جوش، شکل علامت جوش، پارامترهای جوشکاری، تمیزی سطح و غیره