Công nghệ hàn siêu âm

1. Hàn siêu âm là gì?

Hàn siêu âm Ultrasonic welding (UW) là quá trình hàn áp lực ,sử dụng năng lượng cơ học của dao động siêu âm làm biến dạng dẻo cục bộ tại bề mặt mối ghép, làm cho các phần tử của các chi tiết hàn khuếch tán, thẩm thấu lẫn nhau và liên kết với nhau tạo thành mối hàn. Quá trình tạo liên kết hàn trong hàn siêu âm

Hình 1. Máy hàn siêu âm dạng cây

2. Ưu điểm:

- Có khả năng tự phá bỏ lớp oxit bề mặt và làm sạch tốt dầu mỡ nhờ có ma sát, dịch trượt giữa các vật hàn. Hàn siêu âm có khả năng hàn nối các chi tiết kim loại mà không cần làm sạch lớp bề mặt, không cần nấu chảy chỗ hàn.

- Có thể hàn tốt những kim loại có điện trở nhỏ (như đồng điện kỹ thuật , nhôm, bạc, vàng…) mà các phương pháp khác không đáp ứng được.

- Có ưu điểm là có thể hàn được các lá kim loại mỏng, hàn các giấy kim loại.

- Có thể hàn các kim loại khác nhau với nhau, hàn kim loại với phi kim, hàn chất dẻo, hàn xương…

- Cho phép các chi tiết hàn có tỷ lệ chiều dày tới 1:1000

- Tiêu tốn ít năng lượng, dễ tự động hóa, thời gian hàn nhanh.

3. Nhược điểm:

- Nhược điểm cơ bản của hàn siêu âm là chất lượng mối hàn không ổn định.
- Chỉ thích hợp hàn với vật liệu mỏng.
- Giá thành thiết bị tương đối cao.

4. Nguyên tắc của hàn siêu âm

Nguyên tắc cơ bản cấu tạo máy hàn siêu âm là chuyển đổi năng lượng cơ khí tần số cao trên khuôn hàn (horn) sang dạng chuyển động dọc , khi áp vào nhựa , sinh nhiệt do ma sát giữa nhựa / nhựa hay nhựa/kim loại. Trong hàn siêu âm nhiệt do ma sát , nóng chảy nhựa, cho phép 2 mặt kết dính với nhau. Trong hàn siêu âm cọc (staking) hoặc chèn ( insert), dòng nhựa nóng chảy được kiểm soát để định hình khóa vật liệu khác ( staking) hay chèn kim loại (insert).

Hình 2. Nguyên tắc của hàn siêu âm

Cấu tạo hệ thống hàn siêu âm:

Tủ phát xung (GENERATOR): Nguồn cung cấp bằng bán dẫn chuyển đổi nguồn 50/60Hz sang năng lượng 15.000-28.000Hz.

Các bộ định thời (TIMER): Thời gian hàn (WELD) - Thời gian kích hoạt siêu âm; Thời gian giữ (HOLD) - Thời gian giữ sản phẩm dưới áp suất và cho phép cô đặt sau khi siêu âm đã ngưng và dao động đã ngừng.

Bộ chuyển đổi (TRANSDUCER) : Bộ chuyển đổi thay đổi năng lượng tần số cao từ tủ phát xung cung cấp sang dao động cơ khí tần số cao.

Khuôn hàn (HORN) : Thiết bị gắn giữa bộ chuyển đổi và vật hàn, và áp áp suất cần thiết lên các vật cần hàn trong cô đặc lại.

Bộ tăng cường (BOOSTER): Thành công trong hàn siêu âm thường phụ thuộc vào chính biên của mỏ khuôn hàn. Thường không thể thiết kế một khuôn có cả hình dạng và độ lợi yêu cầu. Trong trường hợp nhự vậy, một bộ tăng cường được đặt ở giữa bộ chuyển đổi và khuôn hàn để tăng hoặc giảm biên độ sóng lên khuôn.

Áp lực hàn (PRESS): Áp lực khí nén thường được chọn vì ổn định và dễ điều chỉnh.

Khuôn dưới (JIG) giữ sản phẩm.

5. Nguyên lý hàn siêu âm

Nguyên lý hàn siêu âm: Một máy hàn siêu âm gồm có các bộ phận cơ bản như: nguồn cung cấp điện – power supply/generator (oscilator) , bộ chuyển đổi – tranducer, bộ khuếch đại – booster, dao cắt –horn (sonotrode) và giá đỡ (đe) – anvil

Nguồn phát sóng siêu âm (generator):

Nguồn phát siêu âm công suất cao kết nối với bộ chuyển đổi bao gồm một mạch cầu công suất biến tần transistor, mạch đầu ra kết nối với một nguồn DC để tạo ra một dòng điện xoay chiều. Một mạch tạo xung được sử dụng để tạo ra chuỗi xung lưỡng cực để kiểm soát đóng/mở của transistor trong mạch biến tần. Độ rộng xung được điều chỉnh để tạo ra thời gian chết ít nhất bằng khoảng thời gian lưu trữ của những transistor để ngăn chặn sự chồng chéo trong sự truyền dẫn tín hiệu. Kiểm soát quá tải của mạch bằng cách giảm độ rộng xung khi dòng ở đầu ra vượt quá mức xác định trước do đó dòng đầu ra được giảm xuống. Một mạch khởi động trong mạch tạo xung tăng dần độ rộng xung trong quá trình khởi động generator và một mạch bảo vệ khác chống lại sự tăng lên quá tải của mạch trong quá trình hoạt động. Mạch tạo xung cũng bao gồm một pha khoá vòng mạch dao động có một đầu kết nối vào bộ lọc khuếch đại với mạch công suất để đồng bộ hoá các mạch tạo xung với tần số hoạt động của thanh rung (tranducer + booster + horn). Các bộ khuếch đại mạch lọc có thể điều chỉnh để sử dụng với các horn khác nhau.

6. Ứng dụng của hàn siêu âm:

- Hàn siêu âm là một phương pháp hàn tiên tiến, rất có triển vọng.

- Phạm vi ứng dụng rất rộng rãi và đa dạng: trong các lĩnh vực y tế, điện tử, vũ trụ,…

- Hàn các dây dẫn điện, tiếp điểm, hàn nối các linh kiện, ống với tấm siêu mỏng, liên kết chồng cho nhôm và đồng.

- Thường được dùng hàn các màng mỏng, trong công nghiệp điện, điện tử và cơ khí chính xác.

Nếu bạn muốn tìm hiểu về máy hàn siêu âm, hãy liên hệ với chúng tôi. Với phương châm làm việc chuyên nghiệp, tận tâm Bảo An Automation luôn cam kết mang tới cho khách hàng sản phẩm với chất lượng tốt nhất, giá thành hợp lý và đảm bảo giao hàng đúng tiến độ.

12.020 07/05/2022