Ultrazvuk ve strojírenství

Ultrazvuk vlnění s frekvencí větší než 20 kHz zdroje ultrazvuku – generátory měniče - napájené ultrazvukovými generátory - piezoelektrické - magnetostrikční - jiskrové

Použití ultrazvuku Materiálové diagnostice – defektoskopie Lékařská diagnostika Průmyslové aplikace: svařování řezání čištění vrtání

Zařízení na svařování ultrazvukem

Princip svařování ultrazvukem

Schéma ultrazvukové svářečky

Princip svařování ultrazvukem Materiály jsou přitlačeny Jeden je rozkmitán frekvencí ultrazvukového budiče Povrchové oxidy jsou třením stlačeny a vzniká čistě metalurgické spojení

Zařízení na svařování ultrazvukem

Materiály vhodné pro svařování Neželezné kovy a slitiny Plasty

Svařujeme ultrazvukem Hliník Mosaz Stříbro Zlato Nikl

Materiály nevhodné pro svařování ultrazvukem !!! Materiály obsahující olovo, cín a zinek se nehodí pro ultrazvukové svařování Pb, Sn, Zn

Svařování masek pro přístrojové panely automobilů

ultrazvuková zařízení elektrickou část - generátor akustická část - vibrační skupina

Ultrazvukové svařování spočívá v intenzívním ohřevu v místě styku svařovaných materiálů, představující akustický odpor působením intenzivních ultrazvukových mechanických vibrací, vyvolaných pracovním koncem tzv. sonotrody, koncovou částí vibrační skupiny   

Svařování ultrazvukem   je způsob metalurgického spojení stejných a nebo různých kovů, při použití kmitavé ultrazvukové energie v místech spoje (svaru) v místě sváru zajistíme určitou statickou sílu, čímž zaručíme akustickou vazbu a současně použijeme ultrazvukové vibrace

Ultrazvukové vibrace vibrace v místě svaru vyvolávají střídavé smykové síly za spolupůsobení statické přítlačné síly způsobují nárůst teploty, vnitřní napětí a plastickou deformaci = podmínky pro vzájemnou difůzi svařovaných materiálů 

Schéma svařování kovů

Postup svařování přitlačení materiálů - jeden je fixován druhý rozkmitán ultrazvukem mechanické kmity ve vodorovné rovině (střižné kmity) povrchové oxidy jsou třením odstraněny vzniká kvalitní metalurgický spoj

Schéma svařování plastů

Svařování termoplastů Plasty - malé tlumení kmitů, nízká teplota tavení Nutno vysušit (pevnost svaru klesá až o 50 %) rychlé, ruční, strojní, malá spotřeba nutnost úpravy místa spoje před svařováním

schéma ultrazvukového svařování 1, 2 – svařované materiály 3 – sonotroda 4 – pevný doraz 5 – svarový spoj A – svařování v dalekém poli B – svařování v blízkém poli

svařování plastů  Teplem tření ve spoji (místo akustického odporu) a absorpcí ultrazvukové energie dochází ke změknutí  a potom tavení (promíchání styčných materiálů), a vzniku pevné vazby  Přítlak působí i po ukončení kmitání - spoj přechází z plastického do tuhého stavu svařovací čas - 2až 3 s.    

Svařované plasty Termoplasty plněné termoplasty termoplasty plněné skleněnými vlákny kompozitní materiály

Svařování kovů ultrazvukem neželezné kovy Hlavní výhody: krátký čas nízký kontaktní elektrický odpor žádné požadavky na úpravu povrchu svařování bez předehřátí

Princip svařování Povrchová vrstva oxidů se naruší a intenzivním třením ohřeje Součásti stlačí a svaří Ve spoji vznikají síly kovalentní vazby nízký nárůst teploty je pod bodem tavení a neovlivňuje svar Nedochází ke  změnám mikrostruktury

Kovalentní vazba Kovalentní vazba křemíku je chemická vazba v molekule, založená na sdílení elektronů

Svařované kovové materiály Neželezné kovy a jejich slitiny měď, hliník a mosaz, kombinace mědi a hliníku kombinace mědi nebo hliníku s železnými materiály kombinace, jako nikl a platina povrchová úprava mědí, zlatem nebo niklem

Součásti svařované ultrazvukem

Měděný díl na ocelovém nosiči

Elektrotechnika - měděný vodič na měděné liště

Rychlovarné konvice měděné praporky na nerezi poniklované oceli

měděné lanko na mosazných terminálech

Automobilový průmysl měděné lanko na měděné mřížce

Domácí spotřebiče měděná cívka na měděném upevňovacím plechu

Chladící zařízení hermetické uzavření trubek chladících okruhů

Solární panely svařování absorbérů solárních panelů

způsoby svařování kovů ultrazvukem torzní svařování lineární svařování

Komponenty ultrazvukové svářečky Konvertor = převodník převádí elektrickou energii do vysokofrekvenčních mechanických vibrací Booster = regulátor zvyšuje nebo snižuje kmitání sonotrody Sonotroda je nástroj, který převádí vibrační energii do zpracovávaného dílu

Nástroj = sonotroda

Konvertor převádí elektrickou energii do vysokofrekvenčních mechanických vibrací Booster zvyšuje nebo snižuje kmitání sonotrody Sonotroda převádí vibrační energii do zpracovávaného dílu

Sonotrody ke svařování

Ultrazvukové čištění  je založeno na uvolnění nečistot z čištěného předmětu, působením intenzivního ultrazvukového pole v kapalině     

Čištění ultrazvukem

Ultrazvukové vrtání dochází k abrazi vrtaného materiálu působením kmitajícího hrotu nebo ocelové struny umístěné na konci sonotrody v součinnosti s práškovou brusnou emulzí

Části obráběcího stroje generátor ultrazvukových kmitů - generuje ultrazvukové vlnění Magnetostrikční měnič - mění elektromagnetické kmity na mechanické. Využívá se magnetostrikce - vlastnost feromagnetických materiálů měnit při vložení do magnetického pole své rozměry. systém pro přívod brousicích zrn - přívod brousiva a kapaliny do pracovní mezery Kapalina - voda, petrolej, líh nebo strojní olej

Brusivo - abrazivo diamantu, kubického nitridu boru (KNB), karbidu boru, karbidu křemíku (SiC) a kysličníku hlinitého (Al2O3) koncentrace zrn v kapalině bývá 30 až 40 % Zrna se opotřebovávají – nutno měnit

Princip metody Zrna abraziva se přivádí mezi obráběný povrch a nástroj Nástroj se rozkmitá Zrna jsou nástrojem přitlačována na obráběný povrch dochází ke kopírování tvaru nástroje na obrobek Nástroj může vykonávat ještě posuv

Obrábění ultrazvukem řízené rozrušování materiálu obrobku účinkem pohybu zrn abrazivního materiálu a působením kavitační eroze založeno na mechanickém úběru materiálu

kavitační eroze Poškození kavitací mikrootryskávání materiálu na povrchu materiálu Vznikají mikrobublinky Povrch - tvar důlku, kráteru

Schéma obrábění ultrazvukem 1 – kapalina 2 – nástroj 3 – brousicí zrna 4 – přívod brousicích zrn a kapaliny 5 – obrobek

Zařízení pro obrábění ultrazvukem schéma zařízení 1 – generátor ultrazvukových kmitů 2 – systém pro vytvoření mechanických kmitů 3 – přívod brousicích zrn a kapaliny 4 – obrobek 5 – nástroj

Zařízení pro obrábění ultrazvukem skutečné provedení stroje 1 – generátor ultrazvukových kmitů, 2 – systém pro vytvoření mechanických kmitů 3 – přívod brousicích zrn a kapaliny 4 – obrobek 5 – nástroj

Stroj pro řezání ultrazvukem