Công nghệ hàn siêu âm: Ứng dụng hứa hẹn cho ngành gia công cơ khí

Ngày nay, ngành gia công cơ khó sử dụng rất nhiều kỹ thuật hàn khác nhau, mỗi kỹ thuật lại có một thế mạnh riêng  nhưng nhìn chung đều dựa trên nền tảng chính là cấu trúc của nguyên vật liệu được sử dụng. Một trong những phương pháp hiện đại nhất hiện nay trong lĩnh vực này là phương pháp sử dụng siêu âm.

Hàn siêu âm sử dụng cường độ rung của song siêu ẩm để gắn kết 2 chi tiết có thể khác nhau về mặt cấu tạo lại với nhau. Một trong những điểm mạnh lớn nhất của hàn siêu âm đó là có thể sử dụng cho cả những nguyên liệu khác kim loại như nhựa dẻo. Bằng cách áp dụng sự rung động của song siêu âm vào mối hàn, những rung động với tần số cao khiến cho vật liệu nóng chảy ra và dính lại với nhau. Sóng thường được sử dụng trong công nghệ này là song cao tần có tần số vào khoảng 15 đến 40kHz. Vì các thiết bị hàn siêu âm này có thể tập trung song vào điểm nhất định nên việc hàn với công nghệ này là vô cùng chính xác.

Thành phần cấu tạo của công nghệ hàn siêu âm.

Máy hàn siêu âm được tạo ra để chuyển đổi điện năng thành các song rung cơ học. Vi điều khiển đọc nhiệt độ và điều khiển nhiệt độ đầu ra một cách chính xác. Một số thành phần khác:

• Nguồn cấp: Máy yêu cầu cấp nguồn điện áp cao từ lưới điện.
• Bộ biến đổi: Biến đổi điện áp cao thế thành song rung tần số cao có thể điều khiển được.
• Bộ khuếch đại: Khuếch đại tần số và năng lượng của sóng được tạo ra.
• Rãnh: Được biết đến là khoảng cách giữa vật liệu cần được hàn và mỏ hàn. Khoảng cách này cần được tính toán để tập trung sóng siêu âm vào một điểm nhất định.
• Vật liệu hàn cần được giữ cố định bởi giá đỡ. Máy nén khí thường được gắn thêm vào máy hàn để có thể chuyển áp lực của sóng nén đến vật liệu thông qua rãnh.

Sóng siêu âm được cấp một lượng nhỏ và liên tục vào vật liệu, cường độ rung của sóng sẽ khiến cho vật liệu rung theo, tần số rung càng lớn nhưng biên độ chỉ cỡ 1/2mm, khiến cho các vật liệu xảy ra ma sát với nhau và tạo ra nhiệt lượng làm nóng chảy. Nguyên lý này tương tự như khi ta xoa 2 bàn tay lại với nhau càng nhanh và nhiều ma sát thì sẽ càng nóng. Tuy nhiên tần số mà máy hàn siêu âm cấp ra để có thể nung chảy kim loại không thể nhìn thấy được bằng mắt thường.

Lợi ích của máy hàn siêu âm:

• Không cần sử dụng các nguồn nhiệt lượng từ bên ngoài:Nhiệt lượng sử dụng để hàn các chi tiết có được từ ma sát sản sinh ra giữa điểm tiếp xúc của nguyên liệu. Đây là ưu điểm vượt trội của máy hàn siêu âm so với các phương pháp hàn khác và cũng là lý do khiến hàn siêu âm là phương pháp hàn nhanh chóng nhất trong sản xuất công nghiệp tính đến thời điểm hiện tại.
• Mang tính tự động hóa cao: Cấu tạo của máy hàn siêu âm không quá phức tạp nên rất dễ dàng để thực hiện hàn tự động. Máy hàn siêu âm được tích hợp những cảm biến có thể theo dõi trực tiếp nhiệt độ mối hàn một cách liên tục.
• Chất lượng cao: Sản phẩm của hàn siêu âm có chất lượng rất tốt, mối hàn chắc chắn, không bắn tóe, không tạo xỉ hàn.

Nhược điểm của máy hàn siêu âm:

• Hạn chế khi hàn những khớp có độ gập cao: Với những chi tiết có độ gập lớn, máy hàn không thể hàn được với mỏ hàn thông thường. Cần có những mỏ hàn đặc biệt thiết kế riêng cho từng kiểu khớp nối.
• Hạn chế về độ rộng mối hàn: Mỏ hàn của máy hàn siêu âm thường nhỏ để tối đa hóa sự tập trung của sóng siêu âm, cho nên việc sử dụng máy hàn siêu âm để hàn những mối hàn có diện tích 250×205 .
• Không thể hàn những kim loại dày và cứng: Những kim loại dày và có độ cứng cao khó có thể rung theo sóng siêu âm như những loại mỏng và mềm hơn.

Những ứng dụng thực tế của công nghệ hàn siêu âm:

Hàn siêu âm được sử dụng trong nhiều lĩnh vực của sản xuất công nghiệp. Một trong những ứng dụng tuyệt vời nhất là hàn các loại cáp tín hiệu. Hàn siêu âm còn được ứng dụng trong ngành y tế, sản xuất ô tô hay các ngành ứng dụng trong xây dựng nhà ở bởi hàn siêu âm không làm tăng trọng lượng của vật liệu như những phương pháp hàn khác nhưng vẫn giữ nguyên được độ bền và chắc chắn của mối hàn.

Mặc dù công nhệ hàn siêu âm được nghiên cứu từ những năm 1940, nhưng công nghệ này vẫn có tiềm năng phát triển rất lớn trong tương lai với những phương pháp tạo ra các mối hàn sạch, chắc chắn hơn giữa các chất liệu khác nhau.

Văn phòng NSCL biên dịch