Ultrasonik kaynak

Ultrasonik kaynak, sürtünme kaynak işlemi. Ultrasonik kaynakta, sürtünme hareketi ve sürtünme ısısı oluşturmak için kaynak yapılan iş parçalarına ultrasonik akustik titreşim uygulanır.

 

Bu yazıda, ultrasonik kaynak prensibini, ekipmanını, nasıl çalıştığını, plastiklerin ve diğer malzemelerin ultrasonik kaynakla kaynaklanabileceğini, avantajlarını ve sınırlamalarını, uygulama ve güvenlik hususlarını tartışacağız.

 

Ultrasonik kaynak prensibi

 

Lise günlerinizde bir diyapazon görmüş ve denemiş olmalısınız. Diyapazonu sert bir kauçuğa vurduğunuzda ne olur? Doğru, hem titrer hem de bir uğultu sesi çıkarır. Diyapazonun frekansı 512 Hz ise saniyede 512 kez titreşiyor demektir. Titreşimli çatal uçlarını hafif bir nesneye (pinpon topu gibi) dokundurursanız, titreşimli çatallar titreşimi topa iletir ve top itilir. Ve eğer top sabit tutulursa, titreşen çatal titreşimini topa iletir ve top titremeye başlar. Bu temel fikir ultrasonik kaynakta kullanılır. Ancak, kullanılan titreşimlerin frekansı çok daha yüksektir. 

 

Sözlüğe bakarsanız, ultrasonik terimi, frekansı insan işitmesinin maksimum sınırının üzerinde olan ses dalgalarını belirtir ve ortalama yetişkin insanda üst veya maksimum işitme sınırı 15 ila 17 kHz (kilohertz) arasındadır. Ultrasonik kaynakta kullanılan frekans 15 kHz'in (15.000 hertz (1 kHz = 1000 Hz)) üzerindedir. Ultrasonik kaynağı, sürtünme ısısı ve bağ oluşturmak için ultrasonik akustik titreşimlerin ve basıncın yerel uygulamasını kullanarak iki parçayı (metal veya termoplastik) birleştirme işlemi olarak tanımlayabilirsiniz.

 

Ultrasonik kaynak ekipmanı veya makinesi

 

Ultrasonik ekipman, iki çalışma parçasını basınç altında kenetleyecek bir hüküm içerecektir ve basınç kaynağı pnömatik veya elektrikli bir tahrik olabilir. Ekipman aşağıdaki ana parçalara sahiptir:

1. Jeneratör.

2. Temel.

3. Kaynak yığını (Sonotrot sistemi).

4. İş parçasını tutmak için gerekli fikstür.

 

1. Jeneratör – Jeneratörün işi, ana şebekeden gelen tek fazlı elektrik gücünü yığın (dönüştürücü) için gerekli frekans ve voltaja dönüştürmek ve bu da onu mekanik titreşimlere dönüştürmektir. Jeneratör, giriş güç kaynağını (50 ila 60 Hz) alır ve yığına (gerekli rezonans frekansıyla eşleşen) yüksek güçlü bir elektrik sinyali gönderir.

​

2. Taban – Makinenin tabanı, yüksekliği ayarlanabilir ayaklarla desteklenir. Taban, iş parçasını tutmak için fikstürü, statik basınç uygulamak için pnömatik silindiri ve sonotrode sistemini destekler. Bazı insanlar tabana "örs" diyor.

 

Makinede regülatörlü bir manometre vardır ve gerekli sıkıştırma basıncı bununla ayarlanabilir (gerekli sıkıştırma basıncı kaynaktan kaynağa değişir). Çok az üretici pnömatik silindiri, küçük ve hassas parçaların kaynağı için uygun olan elektromanyetik kuvvetle değiştirmiştir.

 

3. Kaynak yığını (sonotrode sistemi) – Kaynak yığını, iş parçalarına ultrasonik mekanik titreşimler sağlar. Kaynak yığını bir dönüştürücü veya dönüştürücü (piezoelektrik dönüştürücü), yükseltici ve kornadan oluşur. Dönüştürücü, güçlendirici ve korna, aynı ultrasonik frekansta (15 kHz ve üstü) rezonans (titreşim) yapacak şekilde ayarlanmıştır.

1. Dönüştürücü (piezoelektrik dönüştürücü); jeneratörden aldığı elektrik sinyallerini piezoelektrik etkiyi kullanarak mekanik titreşimlere dönüştürür. Dönüştürücü veya dönüştürücü, jeneratörden alınan elektrik enerjisini kaynak işlemi için gerekli olan mekanik ultrasonik titreşimlere dönüştürme işini yapar. Dönüştürücü, iki titanyum metal blok arasına yerleştirilmiş birkaç piezoelektrik seramik diske sahiptir. Seramik disklerin her birinin arasında ince bir metal plaka vardır ve bu elektrottur. Jeneratör elektriksel sinüzoidal enerjiyi elektrotlar yoluyla dönüştürücüye beslediğinde, seramik diskler genişler ve büzülür ve 10 ila 20 mikronluk (µm) salınım hareketine eksenel bir tepe noktası üretir. Transdüserler hassas parçalardır ve dikkatle kullanılmalıdır.

2. Yükseltici; güçlendirici, dönüştürücü tarafından üretilen mekanik titreşimleri yükseltme ve bunları kaynak kornasına aktarma işini yapar. Güçlendirici, dönüştürücüden alınan ultrasonik enerji nedeniyle genişler ve daralır. Güçlendirici, titreşimin genliğini mekanik olarak artırır. Güçlendirici aynı zamanda yığını kaynak makinesine sıkıştırır.

3. Korna; kaynak kornası, mekanik titreşimleri kaynaklı iş parçalarına iletir ve tasarımı ve geometrisi, kaliteli kaynak için çok önemlidir. Bazı kaynak boynuzları, kaynak sırasında aşınmayı azaltmak için sertleştirilmiş uçlara sahiptir. Korna ucunun geometrik şekli, birleştirilecek parçaların şekli ile uyumlu hale getirilmiştir. Korna, mekanik titreşimlerin genliğini değiştirir ve bunu kaynak yapılan parçalara uygular. Korna titanyum veya alüminyumdan yapılmıştır. Kornanın mekanik titreşiminin genliği 30 ile 120 mikron (µm) arasında değişir. Kornanın şekli, yüksek genlikli uygulamalar sırasında çatlamayı önlemek için kornanın eksenel genleşmesi ve büzülmesinden kaynaklanan stresi kaldırabilmelidir. Kornanın ucu, ultrasonik enerjiyi iş parçalarına iletir ve bu nedenle uç, iş parçalarının geometrisine uyacak şekilde tasarlanmıştır (korna ucunun profili, iş parçasının konturuyla eşleşir). Böyle bir düzenleme, korna ile iş parçaları arasında maksimum enerji aktarımını sağlar.

 

4. Fikstür ve takım – Tezgah tabanına monte edilen fikstür veya alet, alt iş parçasını sıkıştırır ve üst iş parçasına ultrasonik enerji uygulandığında hareketini engeller. Kompakt ultrasonik kaynak makineleri, elde tutulabilen bir sonotrot sistemi ile mevcuttur ve parçaların birleştirilmesi manuel olarak punta kaynağı ile yapılabilir.