جوش التراسونیک یکی از تکنیک‌های پیشرفته اتصال مواد مختلف، به ویژه پلیمرها است. این روش با استفاده از امواج صوتی با فرکانس بالا، حرارت و ذوب موضعی ایجاد می‌کند و باعث اتصال دو قطعه می‌شود. جوش التراسونیک در صنایع مختلفی همچون خودروسازی، الکترونیک، پزشکی و بسته‌بندی کاربرد دارد. در این مقاله، کاربردهای جوش التراسونیک، موادی که با این روش جوش داده می‌شوند و مزایای آن نسبت به روش‌های دیگر جوش مواد پلیمری را بررسی می‌کنیم.
جوش التراسونیک
جوش التراسونیک بر اساس ایجاد ارتعاشات مکانیکی با فرکانس بالا (بین ۲۰ تا ۴۰ کیلوهرتز) عمل می‌کند. این ارتعاشات توسط مبدل (ترانسدیوسر) تولید شده و به هورن(سونوتُرود) منتقل می‌شود. هورن به سطح تماس دو قطعه فشار وارد کرده و ارتعاشات را به مواد منتقل می‌کند. اصطکاک حاصل از این ارتعاشات منجر به تولید حرارت و ذوب مواد در نقطه تماس می‌شود و در نتیجه، قطعات به یکدیگر جوش می‌خورند.
کاربردهای جوش التراسونیک
صنعت خودروسازی
جوش التراسونیک به‌طور گسترده در صنعت خودروسازی برای اتصال قطعات پلاستیکی مانند داشبورد، پانل‌ها و محفظه‌های موتور استفاده می‌شود. این روش به دلیل سرعت بالا و کیفیت بالای اتصالات، بسیار مورد توجه است.
صنعت الکترونیک
در تولید دستگاه‌های الکترونیکی، جوش التراسونیک برای اتصال قطعات کوچک و حساس به کار می‌رود. این روش برای اتصال قطعات حساس مانند بردهای مدار چاپی (PCB) و قطعات میکروالکترونیکی بسیار مناسب است.
صنعت پزشکی
در صنعت پزشکی، جوش التراسونیک برای تولید و اتصال قطعات کوچک و دقیق مانند تجهیزات جراحی، ابزارهای دندانپزشکی و دستگاه‌های پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این روش به دلیل دقت بالا و امکان جوش قطعات کوچک و نازک، بسیار مفید است.
صنعت بسته‌بندی
در بسته‌بندی مواد غذایی و دارویی، جوش التراسونیک برای پلمپ بسته‌ها و کیسه‌ها به کار می‌رود. این روش به دلیل سرعت بالا و ایجاد اتصالات محکم و بدون نیاز به مواد افزودنی، بسیار محبوب است.
صنعت اسباب بازی
جوش التراسونیک در تولید اسباب‌بازی‌ها به دلیل دقت و سرعت بالای آن و همچنین قابلیت ایجاد اتصالات محکم و ایمن، کاربرد گسترده‌ای دارد. یکی از مهمترین مزایای جوش التراسونیک در تولید اسباب بازی حذف چسب از فرآیند تولید است که با حذف آن از تماس چسب با بدن کودک جلوگیری می شود.
موادی که می‌توان با جوش التراسونیک جوش داد
پلی‌پروپیلن (PP)
پلی‌پروپیلن یکی از پرکاربردترین پلیمرها در جوش التراسونیک است. این ماده به دلیل خاصیت ذوب خوب و پایداری حرارتی بالا، برای جوشکاری التراسونیک مناسب است.
پلی‌اتیلن (PE)
پلی‌اتیلن نیز به دلیل خواص مکانیکی خوب و قابلیت ذوب بالا، برای جوش التراسونیک به کار می‌رود.
پلی‌کربنات (PC)
پلی‌کربنات به دلیل شفافیت و مقاومت بالا در برابر ضربه، یکی دیگر از موادی است که با جوش التراسونیک جوش داده می‌شود.
پلی‌آمید (PA)
پلی‌آمیدها به دلیل مقاومت خوب در برابر حرارت و خواص مکانیکی بالا، برای جوش التراسونیک مناسب هستند.
دیگر مواد ترموپلاست هم قابلیت جوش التراسونیک دارند. همچنین برخی پلیمرها را به یکدیگر می توان جوش داد در جدول زیر جوش پذیری پلیمرهای ترموپلاست نسبت به یکدیگر آمده است.
در برخی از مواقع می توان با استفاده از جوش التراسونیک قطعاتی که امکان جوش خوردن به یکدیگر را ندارند را جوش داد. امکان سنجی این مورد با توجه به شکل قطعه، کاربرد آن و ... ممکن است. کارشناسان ما جهت مشاوره در مورد جوش چنین قطعاتی در پاسخگوی شما هستند.
مزایای جوش التراسونیک نسبت به روش‌های دیگر
سرعت بالا
یکی از مهمترین مزایای جوش التراسونیک، سرعت بالای آن است. این روش می‌تواند در کمتر از یک ثانیه تا چند ثانیه قطعات را به یکدیگر جوش دهد که در مقایسه با روش‌های دیگر بسیار سریع‌تر است.
عدم نیاز به مواد افزودنی
در جوش التراسونیک، نیازی به استفاده از مواد افزودنی مانند چسب یا حلال نیست. این موضوع منجر به کاهش هزینه‌ها و افزایش کیفیت اتصالات می‌شود.
دقت بالا
جوش التراسونیک به دلیل استفاده از ارتعاشات مکانیکی با فرکانس بالا، دقت بسیار بالایی دارد. این موضوع امکان جوش قطعات کوچک و حساس را فراهم می‌کند. همچنین قطعات بسیار تکرارپذیر تولید می‌گردند.
اتصالات محکم و قابل اعتماد
جوش التراسونیک اتصالاتی محکم و قابل اعتماد ایجاد می‌کند که می‌تواند در برابر فشار و ضربه مقاوم باشد. این ویژگی در صنایع خودروسازی و الکترونیک بسیار مهم است.
دوستدار محیط زیست
جوش التراسونیک به دلیل عدم نیاز به مواد شیمیایی و حلال‌ها، کمتر به محیط زیست آسیب می‌رساند. همچنین، کاهش ضایعات مواد اولیه نیز از دیگر مزایای این روش است.
بخش‌های مختلف دستگاه جوش التراسونیک
یک دستگاه جوش التراسونیک از چندین بخش اصلی تشکیل شده است که هر کدام نقش مهمی در فرایند جوشکاری دارند. در ادامه به بررسی هر یک از این بخش‌ها می‌پردازیم:
منبع تغذیه (Generator)
منبع تغذیه یا ژنراتور، بخشی از دستگاه است که انرژی الکتریکی را تولید و به سیگنال‌های فرکانس بالا تبدیل می‌کند. این بخش وظیفه دارد تا ولتاژ مناسب و فرکانس لازم را برای ایجاد ارتعاشات التراسونیک فراهم کند. فرکانس‌های رایج در جوش التراسونیک معمولاً بین 20 تا 40 کیلوهرتز هستند.
مبدل (Transducer)
مبدل، انرژی الکتریکی تولید شده توسط ژنراتور را به ارتعاشات مکانیکی تبدیل می‌کند. این بخش از مواد پیزوالکتریک یا مغناطیسی استفاده می‌کند که با اعمال ولتاژ، تغییر شکل داده و ارتعاش تولید می‌کنند. مبدل‌ها معمولاً از مواد پیزوالکتریک مانند کریستال‌های کوارتز یا سرامیک ساخته می‌شوند.
بوستر (Booster)
بوستر وظیفه تقویت ارتعاشات تولید شده توسط مبدل را دارد. این بخش به افزایش یا کاهش دامنه ارتعاشات کمک می‌کند تا میزان انرژی منتقل شده به هورن (سونوتُرود) بهینه شود. بوسترها از آلیاژهای فلزی خاصی ساخته می‌شوند که می‌توانند ارتعاشات را بدون از دست دادن انرژی تقویت کنند.
هورن(Sonotrode)
هورن یا سونوتُرود، بخش نهایی است که ارتعاشات تقویت شده را به سطح تماس دو قطعه منتقل می‌کند. این بخش مستقیماً با قطعات در تماس است و انرژی مکانیکی را به حرارت تبدیل می‌کند که منجر به ذوب و جوش قطعات می‌شود. هورن به اشکال و اندازه‌های مختلف طراحی می‌شوند تا برای انواع مختلف قطعات و کاربردها مناسب باشند.
نگهدارنده قطعه (Anvil or Fixture)
نگهدارنده قطعه یا فیچر، بخشی از دستگاه است که قطعاتی که باید جوش داده شوند را در موقعیت صحیح نگه می‌دارد. این بخش باید به گونه‌ای طراحی شود که قطعات به خوبی در تماس با هورن قرار گیرند و از حرکت غیرمجاز آنها جلوگیری شود. نگهدارنده‌ها می‌توانند از مواد مختلفی ساخته شوند و بسته به نوع قطعه و کاربرد، طراحی متفاوتی داشته باشند.
سیستم کنترل
سیستم کنترل، بخشی از دستگاه است که تمامی عملیات جوشکاری را مدیریت و نظارت می‌کند. این سیستم شامل واحدهای کنترل دما، فشار، زمان و فرکانس است که به اپراتور امکان می‌دهد پارامترهای جوشکاری را تنظیم و فرآیند را بهینه‌سازی کند. سیستم‌های کنترل پیشرفته می‌توانند داده‌های فرآیند جوشکاری را ثبت و تحلیل کنند تا کیفیت جوش بهبود یابد. از آنجایی که معمولا از دستگاه جوش التراسونیک برای قطعات با حساسیت های بالا و یا در تیراژ بسیار بالا بهره گرفته می شود آواپرداز خدمات اتوماسیون و ماشین‌سازی جوش التراسونیک قطعات را نیز به مشتریان خود ارائه می نماید.
سیستم خنک‌کننده
سیستم خنک‌کننده در برخی دستگاه‌های جوش التراسونیک به کار می‌رود تا حرارت تولید شده در طی فرآیند جوشکاری را دفع کند و از گرم شدن بیش از حد قطعات و دستگاه جلوگیری کند. این سیستم می‌تواند شامل فن‌ها، مبدل‌های حرارتی یا سیستم‌های خنک‌کننده مایع باشد.
سیستم ایمنی
سیستم‌های ایمنی در دستگاه‌های جوش التراسونیک برای حفاظت از اپراتور و دستگاه طراحی شده‌اند. این سیستم‌ها می‌توانند شامل سنسورها، قطع‌کننده‌های اضطراری و محافظ‌های مکانیکی باشند که در صورت بروز شرایط خطرناک، عملیات جوشکاری را متوقف کرده و از وقوع حادثه جلوگیری کنند.
فرآیند سفارش یک دستگاه جوش التراسونیک
سفارش یک دستگاه جوش التراسونیک به توجه و دقت در مراحل مختلفی نیاز دارد تا اطمینان حاصل شود که دستگاه خریداری شده به بهترین شکل ممکن نیازهای خاص شما را برآورده می‌کند. در ادامه، به فرآیند سفارش یک دستگاه جوش التراسونیک می‌پردازیم:
1. تعیین نیازها و مشخصات فنی
شناسایی نیازها
نوع قطعات: مشخص کنید چه نوع قطعاتی قرار است جوش داده شوند (مواد، اندازه، شکل و ضخامت). در صورتی که برای قطعه خود هنوز قالب تزریق لاستیک نساخته‌اید بهتر است پیش از ساخت قالب برای طراحی بهتر آن به لحاظ تناسب با جوش التراسونیک با ما مشاوره نمایید. طراحی بهتر قطعه با ملاحظات جوش التراسونیک می تواند در کاهش هزینه تولید جوش التراسونیک، سرعت فرآیند جوش التراسونیک و افزایش کیفیت آن موثر باشد.
کاربرد: نوع کاربرد (خودروسازی، الکترونیک، پزشکی، بسته‌بندی و غیره) را تعیین کنید.
مشخصات فنی
فرکانس و قدرت: فرکانس و توان مورد نیاز برای جوش قطعات خود را مشخص کنید. برای مشاوره در مورد تعیین قدرت و فرکانس دستگاه جوش التراسونیک با آواپرداز تماس بگیرد.
نوع هورن (سونوتُرود): بسته به شکل و ابعاد قطعات، نوع ، شکل و جنس هورن مورد نیاز را تعیین کنید. جنس هورن التراسونیک می تواند از تیتانیوم، آلومینوم آلیاژی و فولاد باشد.
مشاوره فنی و درخواست پیشنهاد
مشاوره با کارشناسان فنی: با کارشناسان فنی آواپرداز تماس بگیرید و نیازها و ویژگی های سفارش خود را با ما در میان بگذارید. کارشناسان ما متناسب با نیاز شما یک یا چند پیشنهاد فنی و مالی ارائه می‌کنند تا شما از بین آنها بهترین گزینه را انتخاب نمایید. سپس مراحل بعدی جهت طراحی، ساخت، تست و بررسی، بهینه سازی، تحویل و آموزش جهت بهره برداری از دستگاه جوش التراسونیک به شما ارائه خواهد شد.
جوش التراسونیک آواپرداز یا جوش التراسونیک چینی؟
در بازار ایران دستگاه های جوش التراسونیک چینی علی الخصوص پس از همه‌گیری کرونا وارد می گردند. قیمت نمونه های چینی نسبت به دستگاه جوش التراسونیک آواپرداز اغلب ارزان تر است، اما چرا خرید جوش التراسونیک از آواپرداز برای شما اقتصادی تر است:
- کیفیت بالاتر
- تعمیرپذیری دستگاه آواپرداز
- ضمانت یکساله
- خدمات پس از فروش
- مشاوره در طراحی قالب، جنس مواد، توان و فرکانس دستگاه
- خدمات اتوماسیون و ماشین سازی
- شخصی سازی دستگاه متناسب با قطعه، کاربرد و خواست مشتریان
جوش التراسونیک اروپایی و آمریکایی
دستگاه های جوش التراسونیک آمریکایی و اروپایی اغلب از کیفیت بسیار بالایی برخوردار هستند اما قیمت به شدت بالایی نیز دارند. از مهمترین برندهای دستگاه جوش التراسونیک می توان به Rinco، Herrmann، Branson، Dukane و ... اشاره کرد. تیم فنی آواپرداز سابقه تعمیر برخی از مدل های ارجاع شده این برندها را در رزومه خود دارد.
فرآیند سفارش یک دستگاه جوش التراسونیک شامل مراحل مختلفی است که از تعیین نیازها و مشخصات فنی شروع شده و تا نصب، آموزش و خدمات پس از فروش ادامه می‌یابد. توجه دقیق به هر یک از این مراحل می‌تواند تضمین کننده خریدی موفق و بهره‌وری بالا از دستگاه جوش التراسونیک باشد.
