Hoe Ultrasoon Lassen Werkt

{h1}

Ultrasoon lassen maakt gebruik van hoge tonen om materialen aan elkaar te hechten. Ontdek hoe ultrasoon lassen werkt.

In de musicalkomedie "Victor Victoria" uit 1982 zingt Julie Andrews een hoge toon aan het einde van de Parijse cabaretact van haar personage. Ze houdt het briefje vast en champagneglazen in de ruimte vallen uiteen. Dit laat op briljante wijze zien hoe hoge tonen of hoogfrequente geluiden materialen van elkaar kunnen verbreken. Maar wist je dat hoogfrequente geluiden kunnen worden gebruikt om materialen met elkaar te verbinden? Een technologie genaamd ultrasoon lassen wordt gebruikt om producten uit vele industrieën samen te stellen - van medische apparatuur tot sportschoenen en auto's.

Meestal kunt u materialen verlijmen met behulp van bevestigingsmiddelen zoals spijkers, schroeven of draad. Dit is geschikt voor metalen, hout, stoffen en kunststoffen. Voor veel kunststoffen worden lijmen gebruikt; Lijmen vormen chemische bindingen tussen de lijm zelf en de oppervlakken van de gebonden kunststoffen. Metalen kunnen bij elkaar worden gehouden door andere metalen als bindmiddel te verwarmen, zoals loodsoldeer in elektrische verbindingen. Als alternatief kunnen de metalen direct worden samengesmolten (lassen); zodra de gesmolten metaaloppervlakken afkoelen, binden de metalen aan elkaar. Lassen vereist meestal een open vlam of een toorts om de hoge temperaturen te bereiken die nodig zijn om de metalen oppervlakken samen te smelten. Het kan dus een duur proces zijn voor sommige productiejobs.

Een nieuwe, meer kosteneffectieve lasmethode werd geïntroduceerd in de jaren 1940. De techniek, ultrasoon lassen, gebruikte hoogfrequente geluidsgolven en druk om metalen samen te binden en vereiste minder energie dan conventioneel lassen. Lassen van ultrasoon metaal ontwikkeld tijdens de jaren 1950 tot in de jaren 90 toen de elektronica die in de apparatuur werd gebruikt geavanceerder werd en computers het proces konden regelen. Sindsdien is de techniek toegepast op kunststoffen, waar het echt populair is geworden.

In dit artikel zullen we kijken naar de apparatuur en het fysieke proces van ultrasoon lassen, hoe New Balance het heeft gebruikt om atletische schoenen te maken en de voor- en nadelen van deze techniek. Laten we eerst eens nader bekijken hoe geluidsgolven materialen verbinden, zowel van metaal als van plastic.

Speciale dank

We willen graag Kenneth Straka, Senior Product Developer voor New Balance, bedanken voor zijn hulp bij dit artikel.

Ultrasoon lassen en wrijving

Diagram van ultrasoon lasmechanisme

Diagram van ultrasoon lasmechanisme

Wrijf snel in elkaar. Heb je nog iets gezien? Ze zijn opgewarmd, toch? Als je snel en herhaaldelijk een hamer neemt en op een metalen oppervlak slaat, zul je merken dat de plaats waar de hamer het metaal raakt ook opwarmt. In beide voorbeelden is de hitte het gevolg van wrijving. Stel je nu voor dat je je handen wrijft of die hamer duizenden keren per seconde ramt. De opgewekte wrijvingswarmte kan de temperatuur in een zeer korte tijd aanzienlijk verhogen. Kortom, hoogfrequent geluid (echografie) veroorzaakt snelle trillingen in de materialen die moeten worden gelast. De trillingen zorgen ervoor dat de materialen tegen elkaar wrijven en de wrijving verhoogt de temperatuur op de oppervlakken in contact. Deze snelle wrijvingswarmte bepaalt de voorwaarden voor het binden van de materialen.

Ultrasone lasapparatuur bestaat uit vier hoofdonderdelen. Een voeding converteert laagfrequente elektriciteit (50-60 Hz) naar hoogfrequente elektriciteit (20 - 40 kHz, 1 kHz = 1000 Hz). Vervolgens verandert een transducer of omzetter de hoogfrequente elektriciteit in hoogfrequent geluid (echografie). Een booster maakt de ultrasone trillingen groter. Eindelijk een hoorn of sonotrode richt de ultrageluidstrillingen en levert deze af op de te lassen materialen. Naast deze stukken is er een aambeeld waarop de gelaste materialen worden gestapeld en vastgehouden. Er is ook een methode om kracht uit te oefenen (meestal luchtdruk geleverd door een pneumatische zuiger) om de materialen bij elkaar te houden tijdens het lassen.

Dus welke materialen en industrieën profiteren van dit slimme proces? Ultrasoon lassen van kunststoffen wordt veel gebruikt bij het maken van elektronica, medische apparatuur en auto-onderdelen. Ultrasoon lassen wordt bijvoorbeeld gebruikt voor het maken van elektrische verbindingen op computerprintplaten en voor het assembleren van elektronische componenten zoals transformatoren, elektromotoren en condensatoren. Medische apparaten, zoals katheters, kleppen, filters en gezichtsmaskers worden ook geassembleerd met behulp van ultrasoon lassen. De verpakkingsindustrie gebruikt deze techniek om films te maken, buizen en blisterverpakkingen samen te stellen. Zelfs Ford Motor Company heeft onderzocht met behulp van ultrasoon lassen om aluminium chassis in auto's te maken.

Nu u de basiskennis achter ultrasoon lassen kent, laten we eens kijken naar het lasproces zelf.

Ultrasoon lassen Stap voor stap

Diagram van ultrasoon lasproces

Diagram van ultrasoon lasproces

Het basisproces van ultrasoon lassen kan worden beschreven door de volgende stappen:

  1. De te lassen onderdelen worden in het aambeeld of de houder geplaatst.
  2. De hoorn maakt contact met de te lassen onderdelen.
  3. Er wordt druk uitgeoefend om de hoorn in contact te houden met de gelaste materialen en om ze bij elkaar te houden.
  4. De hoorn levert ultrasone trillingen om de materialen te verwarmen. De trillingen bewegen minder dan een millimeter, zowel op en neer als van links naar rechts.
  5. De materialen zijn aan elkaar gelast.
  6. De hoorn wordt teruggetrokken en de gelaste materialen kunnen van het aambeeld worden verwijderd.

De lastijden, toegepaste drukken en temperaturen worden geregeld door een computer of microprocessor binnen de lasinrichting. En wat er feitelijk gebeurt tijdens het lasproces, hangt af van de aard van de materialen. In metalen worden de ultrasone trillingen parallel aan het vlak van de materialen afgeleverd. De wrijvingswarmte verhoogt de temperatuur van de metalen oppervlakken tot ongeveer een derde van de smelttemperatuur, maar smelt de metalen niet.In plaats daarvan verwijdert de hitte metaaloxiden en films van de oppervlakken. Hierdoor kunnen de metaalatomen tussen de twee oppervlakken bewegen en verbindingen vormen die de metalen bij elkaar houden.

In het geval van kunststoffen staan ​​de trillingen loodrecht op het vlak van de materialen en verhoogt de wrijvingswarmte de temperatuur voldoende om de kunststoffen te smelten. De plastic moleculen vermengen zich en vormen bindingen. Na afkoeling worden de kunststofoppervlakken aan elkaar gelast. De lettijden kunnen variëren, maar de lassen kunnen zich in slechts 0,25 seconden vormen.

De factoren die variëren in ultrasoon lassen zijn de frequentie van de geluidsgolven (meestal 20, 30 of 40 kHz), de druk die wordt uitgeoefend om de materialen bij elkaar te houden, en de tijd waarop de echografie wordt toegepast (breuken van een seconde tot meer dan een seconde).

De tot nu toe beschreven ultrasone lastechnieken zijn goed voor materialen (metalen, kunststoffen) die vergelijkbaar zijn. Maar hoe zit het met materialen die niet vergelijkbaar zijn. Laten we deze vraag behandelen door te kijken naar hoe New Balance ultrasoon lassen heeft gebruikt om atletische schoenen te monteren.

Ultrasoon lassen in actie

Atletische schoenconstructie: nadat hotmeltfilm op synthetisch suède is aangebracht, wordt de folie geperst.

Atletische schoenconstructie: nadat hotmeltfilm op synthetisch suède is aangebracht, wordt de folie geperst.

Kijk naar een paar sportschoenen. Traditionele schoenen kunnen van een enkel materiaal zijn gemaakt, zoals canvas of suede leer, maar veel sportschoenen hebben verschillende materialen, zoals lichte kunststofpolymeren, suède of synthetisch suède en mesh gecombineerd. Deze composietmaterialen maken de schoenen licht, flexibel, duurzaam en ademend. Een stijl van New Balance atletiekschoen heeft bijvoorbeeld een bovenste gedeelte dat uit drie delen bestaat.

  • Een patroon van synthetisch suède, een vamp genoemd - Het schot vormt het grootste deel van de bovenste schoen inclusief de punt, tong en oogrijen voor veters.
  • Een patroon van synthetisch suède, een zadeloogrij genoemd - De zadeloogrij bevat de bovenste twee ogen om de veter te versterken en slijtage te verminderen.
  • Een laag gaas - Het gaas omringt het hielgedeelte van de vamp en het bovenste deel van de opening rond de enkel.

Maar hoe zet je deze materialen samen? Meestal naaien de schoenfabrikanten de materialen samen. Ongeveer twee tot drie jaar geleden wilde New Balance echter het bovenste deel van een schoen maken zonder te naaien. Na het experimenteren met polymeerkleeffilms en ijzers, kwamen ze met een manier om dit deel van de schoen te maken met behulp van ultrasoon lassen.

Om het bovenste gedeelte van de schoen te monteren, beginnen de werknemers met een stuk synthetisch suèdelateriaal. Ze gebruiken een ijzeren pers om een ​​dunne laag smeltlijm aan de achterkant van het materiaal te hechten. Vervolgens drukt een ultrasoon lassamenstel een patroondop in een suède materiaal. Op dezelfde manier drukt een soortgelijke ultrasone lasmachine de rij zadeloog op een ander stuk synthetisch suède. De vamp-vorm wordt uit het suede gesneden. De zadeloogrij en het maasmateriaal worden ultrasoon aan de vamp gelast. In de processen smelt de wrijvingswarmte van de ultrasone lasser de smeltlijmfilm, die de zadeloogrij en het gaasmateriaal aan de houder hecht. Het voltooide vamp wordt dan gevormd en gebonden aan de zool- en hielstukken met behulp van oplosmiddelen op waterbasis.

Volgens Kenneth Straka, Senior Product Developer voor New Balance, hebben de ultrasone lasmethoden de productiviteit verhoogd door tijd te besparen. Niet alleen verdelen de ultrasone lassers de hitte gelijkmatiger dan de ijzeren persen, ze worden ook sneller heet en kouder. Het assemblageproces vereist dus minder stappen en is sneller dan de traditionele naaimethoden.

Nu we hebben gezien hoe ultrasoon lassen wordt gebruikt om verschillende materialen te verbinden, laten we eens kijken naar de voor- en nadelen van deze techniek.

Waarom ultrasone lasmethoden gebruiken?

Atletische schoenconstructie: bonding van synthetisch suède

Atletische schoenconstructie: bonding van synthetisch suède

Ultrasoon lassen heeft veel voordelen ten opzichte van traditionele methoden. Ten eerste gebeurt lassen bij lage temperaturen ten opzichte van andere methoden. De fabrikant hoeft dus geen grote hoeveelheden brandstof of andere energie te verbruiken om hoge temperaturen te bereiken. Dit maakt het proces goedkoper. Het is ook sneller en veiliger.

Het proces vindt plaats in fracties van een seconde tot seconden. Het kan dus sneller worden gedaan dan andere methoden. Het kan zelfs kunststoffen beter en sneller binden dan lijm. De nieuwe smart-toetsen in auto's hebben bijvoorbeeld een transponder-chip in zich. De auto kan alleen starten als hij de chip detecteert. Om de sleutel te maken, wordt het ene uiteinde van de metalen sleutel leeg en de chip in een helft van de plastic bovenkant geplaatst. De andere helft wordt erover geplaatst en gebonden aan de basishelft. Deze hechting gebeurt meestal met lijm, wat tijd kost om te genezen. Dezelfde taak kan worden gedaan met ultrasoon lassen in minder dan een seconde.

Ultrasoon lassen vereist geen ontvlambare brandstoffen en open vuur, dus in vergelijking met andere lasmethoden is het een veiliger proces. Werknemers worden niet blootgesteld aan ontvlambare gassen of schadelijke oplosmiddelen. In de elektronica worden koperdraden meestal gebonden aan elektrische contacten op printplaten met soldeer. Dezelfde taak kan worden uitgevoerd met ultrasoon lassen in een fractie van de tijd en zonder werknemers bloot te stellen aan dampen van smeulend loodsoldeer. Hoewel het gehoor van werknemers kan worden beschadigd door blootstelling aan hoogfrequent geluid, wordt dit potentiële gevaar gemakkelijk verminderd door de ultrasone lasmachine in een kluis of kooi te plaatsen en / of gehoorbescherming te gebruiken.

Ten slotte zijn ultrasoonlassen net zo sterk en duurzaam als conventionele lassen van dezelfde materialen - wat slechts één van de redenen is waarom de methode wordt gebruikt in de autoproductie. Om auto's lichter en zuiniger te maken, wenden autofabrikanten zich tot aluminium als het belangrijkste metaal in carrosserieën. Ultrasoon lassen kan worden gebruikt om het metaal te binden in minder tijd en bij lagere temperaturen dan bij traditioneel lassen.

Ultrasoon lassen heeft echter zijn beperkingen. Ten eerste zijn de dieptes van de lassen minder dan een millimeter, dus het proces werkt het beste op dunne materialen zoals plastic, draden of dunne platen metaal. Het ultrasoon lassen van een stalen ligger voor een gebouw zou niet praktisch zijn. Ten tweede werkt het het best bij het lassen van vergelijkbare materialen zoals soortgelijke kunststoffen of soortgelijke metalen. Zoals u bij New Balance-schoenen zag, vereist het ultrasoon lassen van ongelijksoortige materialen een extra materiaal - in het geval van de New Balance-schoenen is het een film die kan worden verbonden tussen het synthetische suède en het gaas.

Ondanks deze beperkingen blijft de populariteit en het potentieel van ultrasoon lassen groeien.


Video Supplement: Ultrasoonlassen.




WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com