دستگاه جوش فلز التراسونیک

جوشکاری حالت جامد التراسونیک با خواص مکانیکی و فیزیکی بالاتر، جایگزین بسیار مناسبی برای روش‌های ذوبی مانند جوشکاری نقطه‌ای و لیزر می باشد. طبق تحقیقات انجام شده توسط شرکت فراصوت تجهیز ایرانیان خواص حاصل از اتصالات بدست آمده از جوش التراسونیک تا 80% نسبت به جوش‌های ذوبی افزایش یافته است. همچنین مقالات و پژوهش های روز دنیا نیز این مهم را تایید می‌کنند و برای کاربردهای مختلف به سمت روش التراسونیک حرکت کرده‌اند. به طور خلاصه جوشکاری التراسونیک در صنعت الکترونیک، صنایع حرارتی و برودتی و صنعت خودروسازی به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد.

در فرآیند جوش فلزات به روش التراسونیک ، درحالی که دو سطح با اعمال فشار در کنار هم نگه داشته شده‌اند ارتعاشات اولتراسونیک با ایجاد حرکت نسبی همراه با اصطکاک بین دو سطح تماسی باعث تولید گرما و بدنبال آن رسیدن سطوح به 30 تا 80 درصد دمای نقطه ذوب می‌شوند و به این‌صورت سطوح یا قطعات در حال تماس به همدیگر جوش داده می‌شوند. این فرآیند یک فرآیند بدون تغییر فاز است و فلزات بدون آنکه ذوب شوند در حالت جامد به هم متصل می‌شوند. منبع تغذیه التراسونیک جریان متناوب شهری را به جریان با ولتاژ و فرکانس مناسب می‌رساند. این فرکانس می‌تواند بین 15 تا 40 کیلوهرتز باشد. ترنسدیوسر یا کانورتر التراسونیک به وسیله پیزوالکتریک ها انرژی الکتریکی را به انرژی مکانیکی تبدیل می‌کند. در واقع سیگنال‌های الکتریکی به ارتعاشات مکانیکی تبدیل می‌شوند و سپس این ارتعاشات توسط بوستر تقویت شده و به وسیله هورن یا سونوترود به قطعات انتقال داده می‌شوند.

منبع تغذیه یا ژنراتور التراسونیک: وظیفه منبع تغذیه یا ژنراتور تبدیل جریان متناوب شهری به جریان با ولتاژ و فرکانس مناسب و رساندن آن از طریق کابل به ترنسدیوسر یا کانورتر اولتراسونیک است.

ترنسدیوسر یا کانورتر التراسونیک: همانطور که قبلا اشاره شد ، وظیفه ترنسدیوسر التراسونیک تولید ارتعاشات فراصوت است. پیزوالکتریک‌های داخل ترنسدیوسر نیروی الکتریکی را به نیروی مکانیکی تبدیل می‌کنند. در ترنسدیوسرها بخش پشتیبان و بازخوردگیر وجود دارد که وظیفه آن کنترل ارتعاشات تولیدی پیزوالکتریک‌ها است.

بوستر یا تقویت‌کننده: بوستر بین ترنسدیوسر و هورن قرار می‌گیرد و وظیفه آن انتقال ارتعاشات تولیدی توسط ترنسدیوسر به هورن است.

هورن یا سونوترود التراسونیک: هورن ارتعاشات تولید شده را به قطعه کار انتقال می‌دهد. جهت حرکت هورن در راستای طولی و موازی با سطح تماس بین قطعات است.

عدم نیاز به ماده واسط، فلز پرکننده و روانساز برای جوش:
استفاده از مواد واسط برای جوشکاری فلزات سبب تغییر در خواص مکانیکی آنها می‌شود و معایبی را بدنبال دارد. در اتصال فلزات به روش التراسونیک برخلاف اتصال به دیگر روش‌ها به هیچ ماده واسط و اضافی نیازی نیست.
جوش با کیفیت بالا در کمترین زمان ممکن:
در جوشکاری اولتراسونیک فلزات، جوش با سرعت بالا و در زمانی کمتر از یک ثانیه انجام می‌شود.
جوش با صرفه اقتصادی بالا:
جوش در کمترین زمان ممکن، بدون نیاز به ماده واسط و مصرف انرژی پایین جوشکاری التراسونیک را تبدیل به روشی مقرون به صرفه برای جوشکاری فلزات کرده است.
مصرف انرژی بسیار پایین:
مصرف انرژی در جوشکاری با فناوری اولتراسونیک بسیار پایین است.
توانایی جوش فلز و سیم‌های با جنس متفاوت:
یکی از چالش های بزرگ موجود در صنعت اتصال فلزات با جنس متفاوت با یکدیگر است. جوشکاری به روش التراسونیک این مشکل را حل کرده به گونه ای که با استفاده از این روش می‌توان فلزات با جنس مختلف از جمله مس با آلومینیوم یا فولاد با آلومینیوم را به هم متصل کرد.
عدم اعمال بار حرارتی به سیم‌ها:
برخلاف جوشکاری به روش مقاومتی، در جوشکاری اولتراسونیک ، جریان الکتریکی برقرار نمی‌شود و همچنین بار حرارتی بالایی به قطعات وارد نمی‌شود.
یکنواختی جوش:
در جوش به روش التراسونیک ، جوش در تمامی نقاط یکسان و یکنواخت است.
ایمن بودن اپراتور:
اپراتور در معرض گازهای مشتعل یا حلال‌های مضر قرار ندارد.
قابلیت جوش قطعات با ضخامت‌های متفاوت:
با استفاده از جوشکاری التراسونیک می‌توان قطعات و ورق‌های فلزی با ضخامت مختلف را به همدیگر جوش داد.

با گسترش صنایع و تنوع محصولات فلزی و همچنین با اثبات جوشکاری التراسونیک فلزات به عنوان روشی قابل اطمینان با صرفه اقتصادی بالا، کاربردهای آن نیز روز به روز درحال افزایش است.

استفاده از دستگاه جوش فلز التراسونیک در صنعت خودروسازی و باتری سازی، به عنوان شاخص ترین محل کاربرد سیستم جوش فلز اولتراسونیک شناخته شده است:

اتصال صفحات باس‌بار (Busbar) از جنس مس یا آلومینیوم به قطب‌های مثبت و منفی سلول‌های باتری لیتیوم-یون در خودروهای الکتریکی و پک های باتری با دستگاه جوش فلز التراسونیک انجام می‌شود. این اتصال باید مقاومت الکتریکی بسیار پایین و استحکام مکانیکی بالا داشته باشد. روش جوش فلز اولتراسونیک، یک فرآیند با قابلیت اطمینان بالا در صنعت تولید باتری محسوب می‌شود.
اتصال الکتریکی بین ماژول‌های مختلف درون یک پک باتری با دستگاه جوش فلز التراسونیک انجام می‌شود؛ زیرا حرارت تا نقطه ذوب بالا نمی‌رود و در نتیجه خطر آسیب به سلول‌های حساس باتری وجود ندارد. در این حالت تب‌های باتری با جوش فلز التراسونیک به یکدیگر متصل می‌شوند.
اتصال کابل های برق به ترمینال ها با استفاده از دستگاه جوش فلز اولتراسونیک، دارای مقاومت الکتریکی پایین است زیرا اتصال در سطح مولکولی و عدم استفاده از ماده واسط لحیم‌کاری، باعث کاهش تلفات انرژی می‌شود.
دستگاه جوش فلز التراسونیک برای اتصال سیم‌ها، کابل‌ها، سیم‌های مسی بافته شده و ترمینال‌ها به یکدیگر در صنعت خودرو‌سازی استفاده می‌شود. دستگاه جوش فلز اولتراسونیک می‌تواند سایزهای مختلف سیم را به ترمینال‌ها بدون نیاز به لحیم‌کاری جوش دهد. یکی از مشکلات مشتریان شرکت فراصوت تجهیز ایرانیان جدا شدن اتصال سیم به کانکتور خودرویی در اثر پستی و بلندی‌های موجود در جاده بود.
اتصال فویل‌های چندلایه (مسی یا آلومینیومی) با استفاده از دستگاه جوش فلز التراسونیک استفاده می‌شود. اگر چه از روش جوش نقطه‌ای نیز برای این حالت می‌توان استفاده کرد، ولی نرخ انتقال حرارت بالا و هدایتی الکتریکی زیاد مس منجر به ایجاد اورجوش در محل جوشکاری می‌شود. همچنین در جوشکاری نقطه‌ای یا لیزر، ترکیبات بین فلزی ایجاد می‌شود که کنترل تشکیل آنها سخت است. فناوری جوش فلز اولتراسونیک به دلیل وابستگی کم به مواد و زمان جوش کوتاه و عدم وجود ذوب، امکان تشکیل ترکیبات بین‌فلزی را کاهش می‌دهد و در نتیجه افت انرژی در هر سطح تماس کاهش می‌یابد. از اینرو دستگاه جوش فلز التراسونیک برای صنایع تولید باتری از اهمیت بالایی برخوردار است.

اتصال سیم به قطعات نیمه هادی و مدارهای چاپی (PCB) با استفاده از دستگاه جوش فلز التراسونیک انجام می‌شود؛ اتصال سیمهای بسیار نازک از جنس طلا، آلومینیوم یا مس به پدهای روی آی‌سی‌ها (IC) و مدارهای چاپی با روش جوش فلز التراسونیک انجام می‌شود.
آب‌بندی کردن محل قرارگرفتن سنسورها توسط دستگاه جوش فلز التراسونیک وابسته به سایز قطعه سنسور قابل انجام است.

از دستگاه جوش فلز التراسونیک برای کورکردن لوله گاز مبرد (لوله موئین) از جنس آلومینیوم و مس در صنعت تولید یخچال و سیستم‌های تبریدی استفاده می‌شود. بعد از تزریق گاز به درون سیستم سرمایشی یخچال (مجموعه اواپراتور و کندانسور)، با استفاده از سیستم جوش فلز التراسونیک، انتهای لوله کور و بسته می‌شود. دستگاه جوش التراسونیک می‌تواند در یک محل لوله را آب‌بندی و قسمت اضافه را ببرد. در کارهای تحویلی شرکت فراصوت تجهیز ایرانیان به مشتریان خود، آب‌بندی لوله تا قطر 8 میلیمتر و فشار کاری 130 بار انجام شده است. تکنیک جوش اولتراسونیک جایگزین روش بریزینگ است.
از دستگاه جوش فلز التراسونیک برای انسداد لوله‌های مسی در تجهیزات کنترلی سیستم‌های برودتی و حرارتی نظیر ترموستات‌های مکانیکی فن کویل، ترموستات جداری و مستغرق موتورخانه و ترموستات محیطی مرغداری، بالب سنسور دما و کله‌گی شیر انبساط استفاده می‌شود. در این حالت لوله‌های شارژ شده با مبرد، توسط دستگاه جوش فلز اولتراسونیک کور و آب‌بند می‌شوند.
اتصال فویل‌ها در مبدل‌های حرارتی با استفاده از دستگاه جوش فلز التراسونیک انجام می‌شود. مبدل‌های حرارتی المان‌های اصلی انتقال حرارت بین سیالات هستند. استفاده از دستگاه جوش فلز اولتراسونیک در مونتاژ تیوب/لوله‌های فلزی و فین‌های مبدل‌های حرارتی منجر به تولید یک سیستم انتقال حرارت بدون نشتی و با راندمان بالا می‌گردد.

از دستگاه جوش فلز التراسونیک برای مونتاژ سنسورها، ابزاد دقیق و المان‌های کنترلی در تجهیزات تولید توان استفاده می‌شود. مزیت روش جوش فلز التراسونیک، مونتاژ دقیق بدون آسیب رسیدن به قطعات حساس الکترونیکی است.

از دستگاه جوش فلز اولتراسونیک برای مونتاژ پنل‌های خورشیدی و قطعات جانبی آنها نظیر فریم‌ها و جعبه تقسیم استفاده می‌شود. تکنولوژی جوش فلز اتراسونیک یک روش موثر و از منظر اقتصادی به صرفه برای اتصال قطعات فلزی در صنعت تولید برق خورشیدی است.

مدل دستگاه	FTI-UMW-2
سطح مقطع اتصال	قابلیت طراحی ابزار جوشکاری با توجه به نوع، جنس قطعه و نیاز مشتری
ابعاد قطعه	قابلیت طراحی دستگاه با توجه به ابعاد قطعه و نیاز مشتری
فرکانس نامی	20 کیلوهرتز
حداکثر توان	2 کیلووات
محدوده تنظیم توان	5-100 درصد (دستی)
محدوده تنظیم فشار	1-6 بار (دستی)
ابعاد دستگاه (همراه میز)	11080170 سانتیمتر
وزن دستگاه	90 کیلوگرم
برق مصرفی	برق تک فاز