Ultrazvuk ve strojírenství

Prezentace na téma: "Ultrazvuk ve strojírenství"— Transkript prezentace:

1 Ultrazvuk ve strojírenství

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

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

4 Zařízení na svařování ultrazvukem

5 Princip svařování ultrazvukem

6 Schéma ultrazvukové svářečky

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

8 Zařízení na svařování ultrazvukem

9 Materiály vhodné pro svařování
Neželezné kovy a slitiny Plasty

10 Svařujeme ultrazvukem
Hliník Mosaz Stříbro Zlato Nikl

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

12 Svařování masek pro přístrojové panely automobilů

13 ultrazvuková zařízení
elektrickou část - generátor akustická část - vibrační skupina

14 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   

15 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

16 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 

17 Schéma svařování kovů

18 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

19 Schéma svařování plastů

20 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

21 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

22 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.    

23 Svařované plasty Termoplasty plněné termoplasty
termoplasty plněné skleněnými vlákny kompozitní materiály

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

25 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

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

27 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

28 Součásti svařované ultrazvukem

29 Měděný díl na ocelovém nosiči

30 Elektrotechnika - měděný vodič na měděné liště

31 Rychlovarné konvice měděné praporky na nerezi poniklované oceli

32 měděné lanko na mosazných terminálech

33 Automobilový průmysl měděné lanko na měděné mřížce

34 Domácí spotřebiče měděná cívka na měděném upevňovacím plechu

35 Chladící zařízení hermetické uzavření trubek chladících okruhů

36 Solární panely svařování absorbérů solárních panelů

37 způsoby svařování kovů ultrazvukem
torzní svařování lineární svařování

38 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

39 Nástroj = sonotroda

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

41 Sonotrody ke svařování

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

43 Čištění ultrazvukem

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

45 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

46 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

47 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

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

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

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

51 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

52 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

53 Stroj pro řezání ultrazvukem