Ultrazvukové svařování - 41 Ultrazvuková svařovací technika se během posledních dvaceti let prosadila jako důležitá spojovací technologie a prochází od té doby prudkým vývojem. Jak se technologie vyvíjí, rozsah materiálů, které mohou být svařovány, se zvětšuje. Nejprve bylo možno svařovat jen neflexibilní plasty, protože jejich vlastnosti materiálu dovolily účinný přenos akustické energie od části k části. V dnešní době se však již běžně tato technologie používá ke svařování téměř veškerých plastů i kovů. Její použití je velmi všestranné především k opravě prasklin a porušených nebo jiným způsobem opotřebovaných forem. Zařízení nedeformuje materiál.. Široké spektrum použití tato technologie našla zejména při konstrukci elektrických přístrojů, domácích spotřebičů, v automobilovém a textilním průmyslu, kde se vyskytují velké výrobní série. Pro úspěšné svařování je totiž nutno pro každý spoj na míru vyrobit příslušné nástroje a přípravky. To je prakticky jediná nevýhoda této technologie. Jejími největšími přednostmi jsou naopak vysoká rychlost (desetiny, maximálně jednotky sekund), čistota a kompaktnost (zařízení zabírá málo místa a nepotřebuje speciálně upravené pracovní místo, lze jej umístit kdekoliv ve výrobní hale), nenáročnost na připojení (běžné napájení 230 V a přívod tlakového vzduchu), prakticky žádná údržba a to, že nevyžaduje žádný spotřební materiál, jako pájky apod. Velkou předností je rovněž vysoká životnost nástrojů, zpravidla statisíce svarů. Ultrazvukové svařování je také jedinečné v tom, že nejsou třeba žádné šrouby, spojky, hřebíky, pájecí materiály, nebo jiná adheziva nutná ke spojení dvou součástí. Ultrazvukové svařování je průmyslová technika, kde se dva kusy materiálu spojí dohromady skrze vysoce-frekvenční akustická chvění. Akustická energie je přeměněna na tepelnou energii třením a části jsou spojeny prakticky okamžitě. U ultrazvukového svařování se lépe svařují materiály se stejnou nebo podobnou orientací zrn, tzn. se stejnou nebo podobnou mřížkou. Lepší mřížka pro ultrazvukové svařování je kubická plošně centrovaná (austenit, Al, Cu) než kubická prostorově centrovaná (ferit). Výhody: Tepelné ovlivnění svarového spoje je nižší než u tavných metod svařování, nenastává tedy změna vlastností materiálu, styčné plochy nevyžadují před svařováním nákladnou a zdlouhavou přípravu, umožňuje svařit vytvrditelné slitiny jako je Al, Mg, Ti, svařování ultrazvukem je vysoce produktivní metoda, svařovací časy jsou velmi nízké, elektrické vlastnosti svařovaných materiálů nejsou důležité, dají se svařit i kovové materiály s nekovovými, např. Al na sklo, keramiku atd., u plastů není potřebná čistota svarových ploch, svařovat se dají i plochy od prachu, vody nebo mastnoty. Nevýhody: Lze svařit pouze malé díly, takové, na které stačí konstrukce ultrazvukové svářečky, nutno pro každý spoj na míru vyrobit příslušné nástroje a přípravky.
Použití: Ultrazvukové svařování je s výhodou použitelné tam, kde jiné technologie jsou nevyhovující a ultrazvukové spojování je jedinou možnou metodou. Nejčastější použití: - v elektrotechnice, - elektronice, - speciální měřicí přístroje, - sondy, - letecká a kosmická technika, - lze svařit také hliníkové a stříbrné drátky s napařenou tenkou vrstvou kovu, - torzní svařování ve tvaru prstence, - švové svařování se používá pro hermetické uzavírání obalů chemikálií, léčiv, výbušnin a radioaktivních látek, - obalová technika (plastické hmoty, ABS na výrobu potrubí, strojírenství, potravinářství ). Fyzikální princip Tento způsob svařování využívá mechanického kmitání o vysoké frekvenci ultrazvuku, pro vytvoření svarového spoje. Zdroj kmitání se skládá z ultrazvukového měniče, jehož vinutí je napájeno elektronickým vysokofrekvenčním generátorem proudu o frekvenci (4 100) khz. Dva materiály jsou k sobě přitlačeny, přičemž jeden z nich je pevně fixován. Druhý je rozkmitán frekvencí ultrazvukového budiče. Jádro měniče se rozkmitá stejnou frekvencí jako proud. Vlastní kmitač se skládá z magnetostrikčního měniče (slitina Fe + Ni, Fe + Co + V), nebo piezoelektrického měniče (titanát baria, zirkontitanát olova), na který je připojen trychtýřovitý vlnovod zesilující amplitudu kmitání. Magnetosrikční měniče převádějí elektrické kmity vysoké frekvence na mechanické kmity vysoké frekvence. Mechanické kmity jsou u kovu v horizontální rovině. Zároveň je ale při vysokých kmitech malá amplituda. Vlnovod je ukončen tzv. sonotrodou, která přenáší kmitání na svařovaný materiál. Sonotrody jsou přitlačovány silou, která zajišťuje přenos ultrazvukových kmitů do místa spoje. Kmitání je přenášeno na rozhraní dvou spojovaných materiálů, kde dochází k plastické deformaci kovů a relativně malému zvýšení teploty. Plastická deformace je většinou (3 5) % z celkové tloušťky spoje, pak vznikne kvalitní svarový spoj. Úkolem vlnovodu je zvětšit amplitudu mechanických kmitů a tím zvýšit výkon ultrazvukové svářečky. Se zvýšením amplitudy kmitu se snižuje čas svařování. Samozřejmě tedy chceme co největší amplitudu, ovšem velikost amplitudy je ovlivněna tzv. kritickou amplitudou. Je to amplituda kmitu, kde vznikne taková energie, že se svarové plochy nataví a vzniká nekvalitní spoj. Optimální amplituda svařování se pohybuje mezi (5 35) μm. Frekvenci kmitů v zásadě určuje typ ultrazvukového zařízení a pohybuje se v intervalu mezi 10 khz až 100 khz. Mechanické kmity se zvětšenou amplitudou se přenáší přes spodní elektrodu na spojované díly. Nastává přímočarý pohyb dílů vůči sobě podmínky pro vznik tření vzniká teplo. Energie se získává třením mezi plochami. Povrchové oxidy jsou třením o sebe stlačeny a výsledkem je čistě metalurgické spojení. Jedná se o tlakový spoj.
Obr. 1 Princip ultrazvukového svařování [2] Mechanizmus vzniku svarového spoje K mechanizmu vzniku svarového spoje se nejvíce přibližuje vznik spoje při svařování třením s vibracemi ultrazvukové svařování má stejnou podstatu vzniku spoje jako ostatní druhy svařování v tuhém stavu a rozdíl je jen v kinetice jednotlivých stádií procesů tvorby spoje. Dá se říct, že proces tvorby spoje má tři na sebe navazující stádia: Tvorba kontaktů tj. fyzikální přiblížení atomů na vzdálenost působení van der Walsových sil nebo na vzdálenost, při které jsou možné slabé chemické interakce. Aktivace dotykových povrchů tj. tvorba aktivních center, těmi jsou strukturní poruchy kovů (dislokace, vakance). Při svařování dvou rozdílných materiálů se tvoří aktivní centra na povrchu tvrdšího materiálu. Při svařování stejných materiálů první a druhé stádium proběhne současně. Objemové procesy začínají po utvoření aktivních center. Začíná interakce svařovaných materiálů v rovině kontaktu s tvorbou pevných vazeb s objemu zóny dotyku kovů. Výsledkem těchto procesů je tvorba mikrosvarů s kovovými vazbami, relaxace napětí, samodifúze a difúze prvků, vznik nových fází atd. Fáze svařování z jiného pohledu I. Tření narušuje vrstvu oxidů. Pokud nějaké oxidy zbudou na povrchu předmětu, nevznikne svarový spoj teplo se zvyšuje. II. Zarovnání povrchových nerovností teplo se stále zvyšuje. III. Vznik a zánik vazebních ploch mezi spojovanými materiály, teplota se ustálí. IV. Vazební plocha se rozšíří na celou spojovanou plochu a dojde k vytvoření spoje pomocí plastické deformace a difúze, zvýší se koncentrace vakancí a dislokací. Tvorba svarového spoje Je to fyzikálně složitý proces. Přiblížením povrchů svařovaných kovů za působení přítlačné síly se vytváří předpoklady pro realizaci vazeb v dotýkajících se plochách. Za čas 0,2 s až 0,3 s se zakončí úplný cyklus fyzikálního procesu tvorby svarového spojení. S prodlužováním času se zvětšuje počet zón mechanického promísení. Povaha struktury tvořícího se spojení závisí na určitém poměru výkonu kmitací soustavy, přítlačné síly a amplitudy výchylky svařovacího hrotu. V závislosti na vlastnostech svařovaných materiálů jsou možné dva základní režimy ultrazvukového svařování:
První režim poměrně velké amplitudy a nevelké přítlačné síly, velké plastické deformace kovů, nastává rychlé zvýšení teploty v místě svaru, Druhý režim malá amplituda a velká přítlačná síla v podmínkách mikroskluzu, umožňuje získat spoje s mikrostrukturou beze stop opotřebení a s velkými plastickými deformacemi. Svarové spoje svařené druhým režimem mají lepší pevnostní vlastnosti než spoje vyrobené prvním režimem. Změnou poměru velikostí amplitudy a přítlačné síly při svařování daného materiálu je možno vyrobit spoje s podstatně rozdílnou strukturou, pevností a plasticitou. Tepelné procesy při svařování ultrazvukem Do svařovaných materiálů se přivádí ultrazvuková energie v oblasti spojení kovů se zvyšuje teplota kovů. Toto zvýšení teploty se může projevit v procesu tvorby spoje. Při ultrazvukovém svařování existují dva základní zdroje tepla: - v místě dotyku svařovacího hrotu s horním materiálem, - v oblasti svaření materiálů. Teplota v oblasti svaru podle některých autorů [6] dosahuje maximálně 60 % teploty tavení svařovaného kovu. Maximální teploty v oblasti svaru ve značném stupni závisí na tepelně-fyzikálních vlastnostech svařovaných materiálů, tj. na tepelné vodivosti a tepelné kapacitě kovů. Technologie svařování a její možnosti (tloušťky a druhy materiálů, atd.) Svařitelnost kovů ultrazvukem je podobná svařitelnosti tlakem za studena. Při volbě kombinací jsme však omezení velikostí průměrů atomů, které se mohou lišit do 18 %, což odpovídá možnosti vzniku substitučního tuhého roztoku. Při rozdílech průměrů atomů 19 % až 44 % se ultrazvukový spoj nevytvoří. Obecně jsou čisté kovy lépe svařitelné než jejich slitiny. Ultrazvukem lze svařit: materiály s velkou tepelnou vodivostí např. Cu, Al, materiály s rozdílným tepelným odporem (Cu + Fe), materiály s ochrannými vrstvami na povrchu, barevné kovy a jejich legování, materiály velmi rozdílných tloušťek, plastické hmoty, fólie. Svařitelnost materiálů je velmi široká a kromě stejných kovů, lze spojovat i celou řadu různorodých materiálů: hliník a jeho slitiny jsou svařitelné s téměř všemi kovy. Měď, molybden, železo a stříbro mají také velmi širokou svařitelnost. Výhodně se svařují materiály s kubickou, plošně centrovanou mřížkou Al, Cu, Ni, Co atd., které se vyznačují velmi dobrou plastičností. Materiály obsahující olovo, cín a zinek se nehodí pro ultrazvukové svařování.
Svařitelnost kovů se zhoršuje se zvětšující se tvrdostí kovového materiálu. Naopak velmi měkký materiál se svařuje hůře než tvrdší. Dva rozdílné kovy se svařují lépe než přibližně stejné. Kovy vhodné pro svařování ultrazvukem: Plastické hmoty vhodné pro ultrazvukové svařování (viz obr. 2): Obr. 2 Možnost svařování ultrazvukem jednotlivé druhy plastu Pozn.: 1 Po svařování temperovat pro odstranění vnitřního pnutí 2 Svařují se jen fólie pomocí tepla a tlaku Svařovaná tloušťka: Tímto způsobem lze svářet různé kovy o velmi slabé tloušťce od 0,005 mm. S růstem tloušťky materiálu vzrůstá útlum mechanického vlnění a maximální tloušťky materiálu jsou: a) hliník 3,17 mm, b) měď 2 mm, c) ostatní materiály Ni, Mo, Fe, Co, Ta atd. se svařují v rozsahu 0,5 0,7 mm, d) folie zlata, stříbra a platiny se dají svařovat do tl. 4. 10-3 mm.
Parametry svařování jsou: 1. Přítlačná síla působící na spoj zabezpečuje přenos ultrazvukových kmitů ze svařovacího hrotu na svařované materiály a také tření potřebné na rozrušení tenkých oxidických vrstviček. Vazba mezi hrotem a svařovaným materiálem je velmi důležitá. 2. Amplituda kmitu základní parametr, se zvětšováním amplitudy výchylky svařovacího hrotu roste pevnost spojů lineárně. Naopak menšení amplitudy výchylky svařovacího hrotu vyvolá zmenšení pevnosti spoje. 3. Frekvence kmitů určuje použité ultrazvukové zařízení a soustavu. Při vyšší frekvenci kmitů se zvětšují ztráty energie v přenosových článcích, svařovací hlava se intenzivněji zahřívá a amplituda vlnění je úměrně menší. 4. Čas svařování je časový interval působení ultrazvukové energie na svařované materiály. Spolurozhoduje o pevnosti ultrazvukového bodového svaru. V závislosti na ostatních parametrech je třeba používat svařovací časy co nejkratší. Zbytečně dlouhé časy mohou způsobovat značné přehřátí místa spoje a zapříčiňují únavové porušení kovů. Tab. 1 Příklad jednotlivých parametrů pro svařování ultrazvukem Svařované materiály Cu + Al Tloušťka materiálu s (0,5 + 0,5) mm Frekvence vlnění f 2,1 10 4 Hz Amplituda výchylky a 8,0 10-3 mm Přítlačná síla F 1860 N Svařovací čas t (1 2) s Svařovací časy jsou velmi krátké a dosahují obvykle 3 až 6 vteřin s maximem do 10 s. Přítlačná síla zajišťuje přenos ultrazvukových kmitů na materiál a optimální hodnota měrného tlaku se pohybuje v rozmezí (0,4 až 1,2) MPa. Typy svarových spojů Svarové spoje jsou pevné, nerozebíratelné spoje založené na principu místního roztavení spojovaných částí působením tepla nebo tlaku. Vlastního spojení součástí lze přitom dosáhnout v zásadě dvojím způsobem: tavné svařování a tlakové svařování, kam patří svařování ultrazvukem. Součásti se po natavení v místě styku spojí působením mechanického tlaku nebo rázů. Optimálním výsledkem procesu svařování by měl být svar, jehož mechanické vlastnosti se budou pokud možno co nejvíce blížit vlastnostem základního materiálu. Podle funkce přitom můžeme svary rozdělit na: Svary silové - nosné svary sloužící pro přenos vnějšího zatížení. Svary spínací - svary zajišťující pouze kompaktnost celku (s žádným nebo mizivým vnějším zatížením). Svary těsnící - svary zajišťující těsnost spojených částí (nádrže, potrubí, atd.).
Příprava svarových ploch Otázka vlivu stavu povrchu svařovaných kovů na pevnost svarového spoje je sporná. Svařované kovy většinou nevyžadují speciální přípravu. V některých případech není na škodu ani povrchový oxid svařovaných materiálů (např. Al 2 O 3 ). V každém případě se však doporučuje odstranit hrubší nečistoty a mastnoty z povrchu svařovaných materiálů. V případě svařování plastů určité úpravy svarových ploch velmi ovlivňují nejen svařovací čas, ale i kvalitu spoje. Výhodné je, když se na jedné součástce vytvoří styková plocha rovná, na protichůdné však klínový průřez. Tímto způsobem se vytvoří optimální kontakt, který minimalizuje potřebnou spotřebu energie na svařování. V případě ultrazvukového svařování se jen ojediněle používají přídavné materiály mezivrstvy. Ve většině případů jde o svařování kombinovaných materiálů. Jako mezivrstva při svařování ocelí se může použít Ag, Cu, Ni, Zn, Cd, Sn, Al apod. Mezivrstvy mohou být ve tvaru fólií nebo nanesené určitým způsobem na svarové plochy svařovaných materiálů. Obr. 3 Příprava svarových ploch při svařování plastů ultrazvukem [6] Popis zařízení pro svařování ultrazvukem Zařízení pro svařování ultrazvukem se dělí podle toho, jaké mají ultrazvukové měniče, jaké kmitavé soustavy používají a zda se používají na svařování kovů nebo plastů. Měniče mohou být piezoelektrické, magnetostrikční, měniče z plechu s uzavřeným magnetickým jádrem. Nástroj je třeba volit tak, aby nerozlaďoval podstavec. Konstrukce svařovacích nástrojů vychází ze snahy dodat do místa svaru co největší množství ultrazvukové energie. Protože výkon jednoho měniče bývá limitovaný, někdy je třeba svařovací nástroje konstruovat tak, aby byly buzené více měniči. Nástroj se budí více měniči i tehdy, kdy to vyžaduje zvolený tvar svaru.
Vhodné materiály na výrobu ultrazvukových nástrojů jsou hliník, dural a titan. Svařovací hroty však nemají dostatečnou životnost. Při použití oceli jako materiálu nástroje se velká část akustického vlnění ztrácí v samotném materiálu nástroje, čímž se snižuje účinnost celé kmitavé soustavy, nástroj se nadměrně zahřívá a technologický efekt je nízký. Základní části svářečky: mechanismus pro stlačení, svařovací špičky, vlnovod, magnetostrikční měnič, plášť měniče Svářečky mohou být: - s příčnými kmity, - s podélnými kmity neumožňuje zvýšit výkon, zapojen pouze jeden magnetosrikční měnič, - s ohybovými kmity, - s torzními kmity. Jako příklad uvádím univerzální ultrazvukovou svářečku kovů Albatros. Používá se v elektrotechnice, elektronice, automobilovém průmyslu a mnoha dalších aplikacích. Obr. 4 Univerzální ultrazvuková svářečka kovů Albatros 35 [2] Tab. 2 Technické údaje ultrazvukové svářečky Albatros 35 [2] Frekvence Svařovací výkon Napájení Odběr Zásoba vzduchu Přítlačná síla Hmotnost Rozměry (ŠxVxH) Nástroje Technické údaje 35 khz max. 1200 W 230 V~ ±13%, 50/60 Hz max. 10 A min. 6,5 bar (suchý a čistý vzduch) max. 450 N 18 kg (150 x 206 x 400) mm Sonotrode / anvil / fixture according to application
Typ Rozměry (ŠxVxH) Hmotnost Tab. 3 Údaje řídící jednotky [2] Řídící jednotka Ultrazvukový generátor a mikroprocesor integrovaný v 19" skříni (PLC rozhraní) (450 x 145 x 490) mm 19 kg Ultrazvukové spojování plastů Tepelná energie, potřebná k natavení termoplastu, se nepřivádí zvenku, ale vytváří se přímo v samotném svařovaném materiálu. Princip je založen na kmitání elektrody, tzv. sonotrody v oblasti ultrazvuku (frekvence 20 khz a vyšší) a přenos těchto kmitů na jednu ze svařovaných součástí. Ultrazvukové kmity se potom šíří k místu styku obou svařovaných ploch, kde se mění v teplo vlivem vzájemného tření molekul o sebe, dochází k natavení polymeru a malým tlakem sonotrody (0,2 až 0,3 MPa) se obě součásti svaří. Svařovací tlak působí v ose sonotrody. Svařovací doba je krátká, méně než 2 sekundy. Pevnost svarů závisí na energii kmitů, na době jejich působení, na velikosti přítlačné síly a na čistotě svarových ploch. Aby se energie během svařování při průchodu termoplastem neztrácela, musí být sonotroda co nejblíže místa svaru. U součástí z amorfních plastů (PS, PVC, ABS, PMMA) je dovolena vzdálenost od místa svaru až 20 mm tzv. svařování v dalekém poli (odlehlé). U krystalických plastů (PE, PP, PA) je dovolená vzdálenost maximálně 5 mm tzv. svařování v blízkém poli. Obr. 5 Princip ultrazvukového svařování [5] 1, 2 svařované materiály, 3 sonotroda, 4 pevný doraz, 5 svarový spoj, A svařování v dalekém poli, B svařování v blízkém poli Svařování ultrazvukem je vhodné zejména pro termoplasty, které mají nízké tlumení ultrazvukových kmitů a nízkou teplotu tavení. Navlhavé plasty se musí před svařováním vysušit, jinak pevnost svarového spoje klesá až o 50 %. Lze svařovat i termoplasty plněné skleněnými vlákny, ale svar obsahuje jen velmi málo skleněných vláken a proto je jeho pevnost podstatně menší, než-li pevnost základního materiálu. Obtížně se svařují polyolefíny (PE, PP). Výhodou svařování pomocí ultrazvuku je jeho rychlost, možnost ručního nebo strojního svařování, velké množství aplikací a malá spotřeba energie. Nevýhodou je potřeba použití speciální elektrody sonotrody a nutnost přesné úpravy stykových ploch před svařováním. Ke svařování plastů pomocí ultrazvuku dochází za pomoci tepla, které vzniká z vysoko-frekvenčních mechanických kmitů. Nejprve se však musí elektrická energie přeměnit na vysokofrekvenční mechanický pohyb. Tento mechanický pohyb spolu s působící
silou vytváří frikční teplo na rozhraní spojovaných součástí (svarová plocha). Plastický materiál taje a tvoří tak molekulový svar mezi částmi. Následující obrázky popisují základní princip ultrazvukového svařování [4]: Krok 1: Upnutí části do lůžka Dva spojované termoplasty se umístí jeden na druhý do tzv. lůžka Krok 2: Kontakt se sonotrodou Dojde ke kontaktu horního termoplastu a titanového, ocelového nebo hliníkového komponentu zvaného sonotroda Krok 3: Působení tlaku Kontrolovaný tlak působí na obě spojované součásti proti lůžku Krok 4: Svařovací cyklus Svařovací cyklus je děj, kdy sonotroda vertikálně vibruje s frekvencí 15 000 (15 khz) až 75 000 (75 khz) za sekundu, ve vzdálenostech měřených v tisícinách milimetru (mikrony) a předem daném časovém intervalu. Vibrační mechanická energie je nasměrována na dotykové plochy mezi dvěma částmi. Mechanické kmitání je přenášeno skrz termoplastické materiály na rozhraní součásti (svarová plocha), kde vytváří frikční teplo. Když teplota na rozhraní spojovaných dílů dosáhne bodu tání, plast taje a teče a kmitání se zastaví. To umožní roztavenému plastu začít chladnout. Krok 5: Přítlačný cyklus Zatímco roztavený plast chladne a tuhne, udržujeme sevření součástí tak, aby došlo ke spojení. Toto je takzvaný přítlačný cyklus (pozn.: Zlepšení pevnosti a neprodyšnosti svaru může být dosaženo použitím vyšší přítlačné síly během cyklu (použitím dvojitého tlaku). Krok 6: Vrácení sonotrody do původní polohy Jakmile dojde ke ztuhnutí spojených plastů, sevření povolí a sonotroda se vrací zpět do původní polohy. Obě části jsou v tomto okamžiku spojeny a z lůžka jsou vyjmuty jako jedna část. Srovnání ultrazvukového svařování s jinými metodami Odporové svařování je nejvíce rozšířený proces, kterému ultrazvukové svařování konkuruje. Jeho nevýhodou je působení tepla během procesu. Odporové svařování je tak rozšířeno i v oblastech, kde by se lépe hodilo ultrazvukové svařování ale to není tak známé.
Často se proto ultrazvukovým svařováním vyřeší přirozené problémy odporové metody, které jsou touto metodou vyvolané a za jejího použití neřešitelné. Problémy jako: velikost dílů, chlazení vodou, přetížení generátorů, jiskření a v neposlední řadě opotřebení elektrod mohou být ve většině případů odstraněny našimi ultrazvukovými přístroji. Výhodou odporového svařování je nízká pořizovací cena, po kalkulaci celkových nákladů se ale investice do ultrazvukového zařízení vyplatí. Letování je rovněž velmi rozšířený způsob spojování. Velmi nízká pořizovací cena je jeho hlavní výhodou. Ale díky mnoha problémům s letovanými spoji je tato metoda v automobilovém průmyslu neakceptovatelná. Problémy: špatný přechodový odpor spoje, kompozice letovací pasty musí být velmi konstantní a díly musí být před letováním speciálně očištěny. Ultrazvukové svařování vytváří perfektní elektrický spoj a povrchové oxidy lze překonat a docílit tak 100% kvalitního svaření. Krimpování je rovněž velmi rozšířená spojovací technika. Stejně jako u letování je jeho výhodou velká známost a nízká pořizovací cena. Hlavní nevýhody jsou náklady skryté v ceně krimpů, nástrojích na jejich výrobu, servisu a skladování. K tomu je nutno ještě doplnit, že při krimpování nedochází k metalickému spojení tak jako u ultrazvukového svaření. Proti krimpování se ultrazvukové svařování prosazuje díky miniaturizaci, kdy nové automobilové aplikace jsou tak malé, že krimpy pro tyto rozměry již nejsou zhotovitelné. Tab. 4 Srovnávací tabulka všech zmíněných metod svařování [2] Srovnávací tabulka Metoda letování odporové ultrazvukové krimpování svařování svařování Investiční náklady 5 3 4 2 Trvanlivost nástrojů 3 2 3 5 Spotřeba energie 3 1 5 4 Procesní čas 1 3 5 4 Čisté pracovní místo (vlivy na pracovní prostředí ve výrobě) 1 2 4 4 Flexibilita ve výrobě (časy pro změnu výroby, spektrum nástrojů) 5 3 2 4 Vlivy počtu parametrů svařování 5 2 3 4 Vyžadované přísadové materiály 1 5 1 5 Kontrola a zajištění kvality svařování 1 3 2 5 Dosažitelnost reprodukovatelné kvality 2 3 3 4 Trvanlivost sváru 3 3 2 5 Zatížitelnost vibracemi 4 3 2 4 Zatížitelnost ohýbáním (zkřehnutí zahřátím) 5 1 5 5 Hustota sváru (koroze) 2 4 1 4 Elektrická vodivost 3 4 3 5 Pozn.: 5 = velmi dobré/výhodné, 4 = dobré, 3 = uspokojivé, 2 = dostatečné, 1 = nedostatečný/nevýhodný
Z tabulky lze vidět, že ultrazvukové svařování jednoznačně vede ve všech porovnávaných kritériích. Pouze investiční náklady zde budou nejvyšší ze všech metod, proto toto kritérium dostalo nízkou známku. Ovšem v mnoha případech se vyplatí investovat do ultrazvukové svářečky, protože výhody v rychlosti svařování a dalších ohledech jsou značné. Kontrola kvality svarových spojů Nejčastěji se kvalita svarových spojů hodnotí technologickými zkouškami (např. odlupovací, nabalovací apod.). V případě potřeby se dají kontrolovat i elektrické vlastnosti spojů, resp. u kruhových a švových svarových spojů i vodotěsnost. V některých případech se nevylučují ani zkoušky defektoskopické, metalografické apod. Při svařování součástí z plastu je vzhledem k členitosti povrchu (např. u hraček) zkoušení kvality dost náročné Příklady aplikací ultrazvukového svařování Obr. 1 Měděný díl na ocelovém nosiči Obr. 2 Měděný vodič na měděné liště
Obr. 3 Měděný praporek na nerezové nebo poniklované oceli Obr. 4 Měděné lanko na mosazných terminálech Obr. 5 Měděné lanko na měděném kabelovém oku
Obr. 11 Měděné lanko na mosazné liště; uplatnění: domácí spotřebiče Obr. 62 Měděné lanko na upevňovacím profilu; uplatnění: jističe Obr. 7 Měděná cívka na měděném upevňovacím plechu; uplatnění: domácí spotřebiče
Obr. 8 Nové nekonvenční automobilové kabelové svazky plně z plochých kabelů (FFC) Obr. 9 Hermetické uzavření trubek chladících okruhů Obr. 10 Svařování absorbérů solárních panelů
Použitá literatura: [1] KOUKAL, J. Nekonvenční technologie svařování přednášky z předmětu. Ostrava, 2008. [2] ČERNOCKÝ, M. SCHUNK = specialista na ultrazvukové svařování [online]. c2006, [cit. 2008-10-29]. URL: http://www.ultrazvukove-svarovani.cz/html/cs/ultrazvukovesvarovani.phtml. [3] WOLF, J. Kofix [online]. [cit. 2008-10-29]. URL: http://www.kofix.cz/razidla/ultrazvuk_svarecka.php. [4] WMS s.r.o. Ultrazvukové svařování DUKANE [online]. [cit. 2008-11-01]. URL: http://www.dukcorp.eu/cz/technologie/ultrazvukove-svarovani/. [5] LENFELD, P. Zpracování plastů - 2.část [online]. Liberec: Katedra strojírenské technologie TU Liberec, FS, 2005 [cit.2008-11-04]. Skripta elektronická.technologie 2. URL: http://www.ksp.tul.cz/cz/kpt/obsah/vyuka/skripta_tkp/sekce_plasty/12.htm#1 21. [6] TURŇA, M. Špeciálne metódy zvárania. 1. vyd. Bratislava : ALFA, 1989. 384 s. ISBN 80-05-00097-9. [7] KUBÍČEK, J. Technologie svařování [online]. Poslední revize 22.11.2002 [cit.2008-11- 06]. URL: http://www.svarak.cz/f/svarak/p/pdfčlánky/pdfčesky/technologiesvarovani-kubicek.pdf.