Application of Piezoelectric Ceramics in ultrasonic welding
Применение пьезокерамики в ультразвуковой сварке
1. Принцип и сущность ультразвуковой сварки
Ультразвуковая сварка — это высокотехнологичный процесс соединения материалов, при котором высокочастотные акустические колебания передаются на поверхности двух соединяемых объектов. Под приложенным давлением возникает интенсивное трение между поверхностями, приводящее к образованию прочного молекулярного соединения на границе слоёв. Данный метод представляет собой быстрый, экологически чистый и высокоэффективный процесс сборки, преимущественно используемый для обработки термопластичных деталей и ряда композитных материалов.
2. Технологический процесс ультразвуковой сварки
2.1. Генерация и преобразование энергии
Процесс начинается с преобразования сетевого переменного тока частотой 50/60 Гц в высокочастотную электрическую энергию (стандартные частоты: 15, 20, 30 или 40 кГц) с помощью ультразвукового генератора.
2.2. Преобразование в механические колебания
Высокочастотная электрическая энергия подается на пьезоэлектрический преобразователь, который преобразует её в механические колебания (вибрации) той же частоты.
2.3. Передача и концентрация колебаний
Механические колебания передаются через акустическую систему, состоящую из концентратора (бустера) и сварочного наконечника (сонатрода). Концентратор служит для изменения амплитуды колебаний до требуемого значения.
2.4. Формирование сварного соединения
Сварочный наконечник передаёт сфокусированную вибрационную энергию в зону контакта соединяемых деталей. Здесь энергия механических колебаний за счёт трения преобразуется в тепловую энергию, вызывая локальное плавление материала и последующее образование монолитного соединения при остывании.
2.4. Области применения технологии
Ультразвуковая сварка применяется не только для соединения металлов и твёрдых термопластов, но и для обработки текстильных материалов, полимерных плёнок и упаковочных композитов.
3. Пьезоэлектрические элементы для ультразвуковой сварки
Пьезопреобразователи (трансдьюсеры) являются ключевым компонентом сварочных установок, непосредственно генерирующим ультразвуковые колебания.
3.1. Конструктивное исполнение
Пьезопреобразователи для ультразвуковой сварки обычно собираются из нескольких однослойных пьезокерамических элементов (сэков) кольцевой или дисковой формы, механически соединённых и стянутых болтом для создания требуемого статического давления.
3.2. Критерии выбора материалов
Для данного применения критически важны стабильность параметров и способность работать в условиях высоких механических и электрических нагрузок. Типичным выбором являются жёстко легированные пьезокерамические материалы, такие как PZT-43. Их ключевые преимущества:
- Высокая механическая добротность
- Низкие диэлектрические и механические потери
- Минимальный самонагрев при работе в интенсивном режиме
- Способность выдерживать высокие уровни возбуждения электрического поля для генерации высокой мощности в излучении.
HE-SHUAI производит высококачественные пьезокерамические элементы для ультразвуковой сварки. Получите консультацию по выбору материалов для вашего оборудования.
