초음파 용접 기술 연구 및 전망
요약: 초음파 용접은 에너지 절약, 환경 보호, 조작편리함 등 두드러진 장점을 가지고 있어 사람들의 주목을 받고 있다. 초음파 용접은 이미 많은 분야에서 광범위하게 응용되었다. 초음파 용접의 기본 원리를 간략하게 소개합니다. 국내 초음파 용접의 발전을 총결하고 초음파 용접의 발전을 전망했다.
키워드: 초음파 용접 연구 현황
0 소개
1950 년에 미국인들은 초음파 용접 기술을 발명하여 특수 연결 기술로 공업 생산에 광범위하게 응용하였다. 또한 초음파 용접 기술은 전자 산업, 전기 제조, 신소재 장비, 항공 우주 및 원자력 산업, 식품 포장 상자, 고급 부품의 밀봉 기술 등에 널리 사용되고 있습니다. 초음파 용접의 장점은 에너지 절약, 환경 보호, 조작이 편리하다는 것이다. 이 기술은 우리나라가 자원 절약과 환경 친화적인 사회를 건설하는 데 큰 추진 역할을 했다.
1 초음파 용접의 원리와 특성 [1]
초음파 용접은 특수 용접 방법으로 일반적으로 초음파 주파수 (16KHZ 이상) 의 기계적 진동 에너지를 사용하여 동일하거나 다른 금속, 반도체, 플라스틱 및 서멧을 연결하는 것을 말합니다. 초음파로 금속을 용접할 때, 한편으로는 가공소재에 전류를 공급할 필요가 없고, 다른 한편으로는 고온열원이 가공소재에 들어오지 않는다. 용접 과정에서 정적 압력의 작용으로 탄성 진동 에너지는 마찰, 변형 에너지 및 가공소재 간의 제한된 온도 상승으로 변환됩니다. 모재가 녹지 않은 상태에서 조인트 간의 야금 결합이 이루어지므로 초음파 용접은 솔리드 용접에 속한다.
초음파 발생기의 작용으로, 주파수 전류는 초음파 주파수가 (15 ~ 16 kHz) d 인 진동 전류로 전환되고, 변환기는 자기 변형 효과를 통해 전자기 에너지를 탄성 기계 진동 에너지로 변환한다. 증폭기의 역할은 진폭을 확대하는 동시에 결합봉과 상음전극을 통해 가공소재와 결합하는 것이다. 트랜스 듀서, 증폭기, 커플 링 바 및 상부 초음파 용접 극의 고유 진동수가 서로 일치하면 공진이 생성되어 탄성 진동 에너지가 정적 압력 F 가 있는 가공소재로 전달되고 두 개의 얇은 가공소재가 이 에너지 변환을 통해 함께 접착됩니다.
2 국내 연구 현황
2. 1 초음파 금속 용접 연구 현황
최암 [2] 은 탱크 알루미늄 용접에서 초음파 용접의 응용을 연구하여 알루미늄 및 알루미늄 합금의 용접성을 상세히 분석했다. 그는 솔더 조인트의 품질 안정을 보장하는 중요한 요소가 공진 주파수의 정확성이라고 생각한다. 초음파 용접 과정에서 기계적 하중이 가변적이기 때문에 임의 부조화 현상이 발생하여 용접 점의 품질이 불안정합니다. 초음파 용접의 특징에 따라 상응하는 용접 사양을 제정하였다. 대량의 실험에 따르면 알루미늄 및 알루미늄 합금의 초음파 용접은 금속 표면의 촘촘한 산화막을 효과적으로 제거하여 용접 품질을 보장할 수 있다.
화남공대 양성문 등 [3] 구리-구리 관태양열 집열기 초음파 용접 조인트의 이론적 영역 온도 공식을 유도하고 인공 열전대법으로 용접 영역 온도를 측정하고 온도 편차 측정 원인을 분석한 뒤 스캔글라스 (SEW) 사진과 비교 분석해 구리-구리 관초음파 용접 조인트의 형성 메커니즘을 연구했다. 그 결과 초음파 용접은 두 가지 요소, 즉 접합 영역 미세 톱니 끝의 고온과 소성 변형 후 순수 금속 표면의 완전한 접착을 기반으로 접합이 형성되는 물리적 야금 과정임을 알 수 있습니다.
남경항공우주대학교 기계공학원 장 [4] 은 1Cr 18Ni9Ti 및 TC4 이종 금속의 고체 확산 용접 공정을 연구하여 초음파 로드 솔리드 확산 용접 공정을 기존 기준으로 사용했습니다. 김상 검사 결과 초음파 로드 확산 용접 공정을 통해 스테인리스강과 티타늄이 잘 연결되어 있는 것으로 나타났다.
하얼빈공업대학의 손등 [5]. 복잡한 구조에 적합하고 개방 환경에서 안정적으로 연결할 수 있는 구조를 연구했다. 초음파 진동 보조 브레이징 기술? 알루미늄 매트릭스 복합 재질, 알루미늄 합금, 세라믹/알루미늄 및 유리/알루미늄 용접에 대한 예비 실험 결과도 소개합니다. 용접 결과에 따르면 땜납 접합 시 적절한 초음파 진동을 가하면 모재 표면의 산화막을 효과적으로 제거하여 모재와 솔더의 습윤을 더욱 촉진시킬 수 있다. 저온 대기 환경에서 미세 조직 및 역학 성능이 우수한 커넥터를 얻었습니다.
남창대학교 주 등 [6] 전자등 산란회절 (EBSD) 방법을 이용하여 알루미늄 합금 AA606 1 초음파 용접 하의 미시조직 변화를 연구하여 미시적 각도에서 초음파 금속 용접에 대한 인식을 심화시켰다. 실험을 통해 원래 알루미늄 호일과 용접 알루미늄 호일의 방향이 떨어지는 분포도를 얻었다. 결정립 방향, 결정립 구조 및 결정계 특징을 분석하여 초음파 용접이 알루미늄 합금 미세 조직 및 구조에 미치는 영향을 파악합니다.
2.2 초음파 비금속 용접 연구 현황
곽옥봉 [7] 12? M 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (애완 동물)/30? M 폴리에틸렌 (PE) 박막의 초음파 용접 공정을 연구한 결과 용접 진폭이 2- 10? M 용접 조인트의 열 밀봉 강도에 거의 영향을 미치지 않습니다. 용접 진폭이 4-7 일 때? 용접 조인트의 최대 열 밀봉 강도는 M 에 나타나며 용접 시간이 길어지고 용접 압력이 증가함에 따라 용접 조인트의 열 밀봉 강도가 먼저 증가한 후 감소합니다. 다양한 프로세스 매개변수 아래 용접 영역의 결정도를 분석하여 접합의 결정도가 PET/PE 박막 용접 접합의 열 봉인 강도에 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 용접 시간, 용접 진폭 및 용접 압력이 증가함에 따라 용접 영역 샘플의 결정도가 먼저 감소한 후 증가하고 용접 접합의 열 봉인 강도가 먼저 증가한 후 감소합니다.
조강 [8] 등은 자동차 센서 패키지에서 초음파 용접의 응용을 연구했다. 요약: 재료 및 용접 방법 선택, 용접 조인트 및 툴링 설계, 제조 공정 설계를 통해 자동차 센서 패키징을 구현하는 방법을 설명합니다.
조세빈 [9] 은 커넥터에서의 초음파 용접의 응용을 연구했다. 초음파 용접의 원리, 결합면의 설계 방법 및 요점, 커넥터에서의 특정 적용 및 사용 범위에 대해 간략하게 설명합니다.
노스웨스턴 공업대학 니종명 [10] 은 고저항 CdZnTe 반도체 (CZT) 접촉 전극과 지시선의 초음파 용접을 연구했다. CZT 칩이 기계적 마감 표면으로 처리된 후 이온 스퍼터링으로 제작된 금 전극과 외부 지시선의 초음파 결합률이 높아 최적의 솔더 조인트 품질을 얻을 수 있는 전극 두께는 180nm 입니다. 또한 CZT 접촉 전극의 제비 공정이 확정되면 쐐기 압력이 CZT 접촉 전극과 지시선 초음파 용접의 품질에 영향을 미치는 주요 요인이 되고 용접 전력은 보조 요인이 됩니다.
3 요약
현재 초음파 금속 용접 메커니즘에 대한 인식이 부족하다. 초음파 금속 용접은 솔리드 용접입니까, 아니면 금속 대 금속입니까? 용접 과정에서 금속 용융의 결합이 있는지 여부는 아직 더 연구해야 한다. 또한, 재료 용접에서 초음파의 응용은 용접 효과가 좋지만 초음파 발생기, 음향 시스템 및 기계 시스템으로 구성된 전체 시스템에는 안정성, 조작성 및 신뢰성에 문제가 남아 있습니다. 따라서 음향 시스템 설계 및 음향 시스템과 시편의 연결 방식은 매우 중요합니다. 또한 미시역학 각도에서 초음파 진동이 입자와 조직에 미치는 영향을 연구하는 것도 중요한 방향이다.
참고 자료:
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산업 제품 설계에 초음파 용접 기술 적용
초음파 용접 기술의 원리를 설명하고 초음파의 영향 요인을 검토하여 초음파 용접 기술의 장단점을 분석합니다. 이 글은 저자의 설계 관행과 결합해 초음파 용접 기술의 발전을 탐구하고 초음파 용접 기술을 바탕으로 미래의 응용 분야를 탐구하고 있다.
초음파; 용접 기술 공업제품
산업 제품 설계에 초음파 용접 기술 적용? 탐험하다
하군-화 1- 후안 2- 쌍삼옹무-홍 1 관군 1 공운 1
(1. 저장농업대학교 공학대학 F 대학, 린? 안절강, 3 1 1300, 중국
절강 농업 대학 농업 식품 과학 대학; F 대학, 린? 안절강, 3 1 1300, 중국
절강 농업 대학 조경 건축 및 건축 대학; F 대학, 린? 안절강, 3 1 1300, 중국)
문장 (WHO) 는 초음파 용접 원리와 초음파 탐침의 영향 요인에 대한 설명을 통해 저자의 업무 관행과 결합해 초음파 용접 기술의 장단점을 분석했다. 설계 관행과 결합해 초음파 용접 기술의 발전을 탐구하고 초음파 용접 기술의 응용 전망을 논의한다.
키워드 초음파 용접 기술 공업제품
공업 제품의 생산에서 플라스틱, 금속, 목재 및 기타 공업 재료와 같은 일부 공업 재료를 자주 사용한다. 일상생활에서, 우리는 종종 하나의 제품이 단 하나의 재료로 만들어진 것이 아니라는 것을 알게 된다. 우리는 한 제품이 여러 부품으로 구성되어 있고 부품 사이에 틈이 있는 것을 자주 볼 수 있어 제품의 품질뿐만 아니라 제품의 미관에도 영향을 줄 수 있다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 제품명언) 이를 위해서는 그것들을 함께 용접해야 한다. 과학기술이 발전함에 따라 용접 기술에 대한 요구가 갈수록 높아지고 있다. 현재, 전통적인 용접 기술은 비용이 많이 들 뿐만 아니라 용접 품질이 높지 않아 작은 균열이 자주 발생한다. 따라서 사람들은 새로운 용접 기술을 채택하여 제품의 품질을 향상시키기를 원한다.
1943 년, 미국 Behl 은 선인의 이론과 실천을 총결하는 기초 위에서 초음파 용접을 발명하여 초음파 용접 기술의 발전을 촉진시켰다. 초음파 용접 기술은 에너지 절약, 조립이 필요 없고, 용접이 필요 없고, 비용이 낮고, 효율이 높으며, 밀봉성이 좋고, 자동화 생산이 쉽다는 장점이 있기 때문에 초음파 용접 기술이 점점 더 빠르게 발전하고 있습니다.
1 초음파 용접 기술의 산업 제품 적용 현황
항공 우주, 원자력 산업, 전자공업 등 정확도가 높은 공업 제품은 전통적인 용접 기술로 기술 요구 사항을 충족하기가 어렵고 비용이 많이 들고 비효율적이다. 현재, 초음파 용접 기술은 의료 기계, 포장, 철금 등 모든 업종에서 광범위하게 사용되고 있습니다. 자동차 부품, 광학 렌즈, USB 디스크 등 용접할 수 있는 제품이 많이 있습니다.
초음파 용접 기술의 원리와 특성
초음파는 주파수가 20,000Hz 보다 높은 음파이므로 에너지가 크다. 초음파 용접은 초음파 주파수 (20000 Hz 이상) 의 기계적 진동 에너지를 이용하여 동일하거나 다른 금속, 반도체, 플라스틱 및 서멧을 연결하는 특수 용접 방법 [1] 입니다. 초음파가 열가소성 표면에 작용하면 초당 수만 번의 고주파 진동이 발생합니다. 진폭이 있는 이 고주파 진동은 상단 용접물을 통해 초음파 에너지를 용접 영역으로 전달하며, 용접 영역, 즉 두 용접의 인터페이스에서 음향 저항이 크기 때문에 국부 고온이 발생합니다. 소성 제품의 열전도율이 좋지 않아 축적된 에너지가 제때에 발산되지 않기 때문에, 에너지는 용접 영역에 집중되어 두 플라스틱의 접촉면이 빠르게 녹고 일정한 압력을 받으면 하나로 융합된다. 초음파가 멈 추면 압력이 몇 초 동안 경화되어 고체 분자 체인이 형성되어 용접 목적을 달성합니다. 금속의 초음파 용접에서는 가공소재에 전류를 가하거나 고온 열원을 가하지 않고, 정적 압력의 작용으로 탄성 진동 에너지를 마찰공, 변형 에너지 및 가공소재 인터페이스의 제한된 온도 상승으로 변환하여 용접 영역의 금속 원자를 순식간에 활성화시키고, 2 상 인터페이스의 분자가 서로 침투하여 결국 금속 용접물의 고체 연결을 실현합니다. 용접 원리 다이어그램은 1 [2] 와 같습니다.
2. 1 초음파 용접 기술의 장점
초음파 용접 기술은 기존 용접 기술에 비해 (1) 용접 속도가 빠르고, 용접 정확도가 높으며, 땜납 접합 강도가 높다는 장점이 있습니다. (2) 넓은 용접 범위, 좋은 안정성, 작은 용접 공작물 변형; (3) 용접 표면은 깨끗하고 아름답고 평평하며 매끄 럽습니다. (4) 용접할 때 용접제가 필요 없고, 가공물을 오염시키지 않고, 유해 가스를 생산하지 않는 것은 친환경적인 용접 방법이다. (5) 용접할 때, 적은 전력으로 용접할 수 있고, 에너지 소비량이 낮다. (6) 조작이 간단하고, 비용이 저렴하며, 효율이 높고, 밀봉 성능이 좋다.
그림 1 초음파 금속 용접 원리 다이어그램
2.2 초음파 용접 기술의 단점
초음파 용접 기술은 많은 장점이 있지만 단점도 있어 중시해야 한다. 초음파 용접 기술에는 다음과 같은 단점이 있습니다. (1) 초음파 용접 메커니즘에 대한 인식이 포괄적이지 않습니다. (2) 금속을 용접할 때 용접물은 너무 두꺼워서는 안 된다. (3) 초음파 용접 공정에 영향을 미치는 요인이 많아 분석하고 요약하기가 어렵다. (4) 일부 고출력 초음파 용접기는 제조 비용이 높고 난이도가 높다. (5) 용접물의 품질은 검사하기 어려워 대량 생산을 방해한다. 3 초음파 용접의 품질에 영향을 미치는 요인
초음파 용접 기술은 많은 장점을 가지고 있지만, 용접 품질은 그림 2 와 같이 용융 양, 재질 등의 요소와 관련이 있습니다.
그림 2 초음파 용접의 품질에 영향을 미치는 요인
(1) 용접 재료의 텍스쳐: 일반적으로 용접 품질은 재료의 물리적 특성 및 변형과 관련이 있습니다. 재질의 물리적 특성에는 탄성 계수, 마찰 계수, 열전도도, 융점 등이 있습니다. 물체의 용접 질량은 재료의 탄성 계수, 마찰 계수 및 열전도율에 비례하며 밀도 및 융점에 반비례합니다. 재료의 개조성이란 적절한 공정 조건 하에 약간의 충전재를 넣어 재료의 원래 성능을 개선하여 고객의 요구를 충족시키는 것을 말합니다. 적절한 공정 조건 하에서 유사한 성능을 가진 재질을 추가하면 용접 접합의 강도를 높일 수 있습니다.
(2) 용접과 용접물의 접촉 면: 용접면의 청결도와 재질 표면의 거칠기가 용접물의 용접 품질에 영향을 줍니다. 재료의 표면 거칠기를 늘리면 용접 품질이 향상됩니다. 용접 표면의 청결도가 높을수록 용접 품질이 높아집니다.
(3) 기타 요인: 용접 공정의 프로세스 매개변수, 용접물의 구조, 연결 형태, 용접 시 용융량, 초음파 동력 등 최상의 용접 효과를 얻기 위해서는 제품 개발 단계에서 이러한 요소들을 종합적으로 고려해야 한다.
4 산업 제품 설계에서의 초음파 용접 기술의 응용 사례
앞서 언급했듯이 초음파 용접 기술을 기반으로 한 제품 개발은 먼저 용접 품질에 영향을 미치는 요소를 종합적으로 고려한 다음 시장 전망, 제품 비용, 생산 기술 요구 사항 등의 조건을 결합하여 설계 요소를 합리적으로 생산해야 합니다.
다음은 미국 애플이 발명한 초음파 플라스틱 및 금속 용접 특허 기술인 디자인 사례일 뿐, 실용적인 관점에서 초음파 용접 기술이 실제로 어떻게 적용되었는지 알 수 있다. (데이비드 아셀, Northern Exposure (미국 TV 드라마), 예술명언) 원래 기술의 단점: 이 특허 기술이 발명될 때까지 휴대폰과 같은 모든 휴대용 장치는 금속과 플라스틱을 융합할 수 없기 때문에 일부 부품은 플라스틱 부품으로 대체할 수 없습니다. 이렇게 생산된 휴대전화는 육중하고, 외관이 굳을 뿐만 아니라, 디자인에 개성과 자유, 유연성이 결여되어 있다. 또한 제작 비용이 높고, 조작이 복잡하고, 사용이 불편하며, 키 조작이 너무 많으면 접촉이 무효가 됩니다. 해결책: 새로운 초음파 플라스틱과 금속 용접 기술을 채택하고, 휴대폰 내부의 일부 부품은 플라스틱을 사용하여 휴대전화 무게를 줄이고 금속 사용량을 줄입니다. 껍데기는 한 번의 성형공예를 채택하여 껍데기를 더욱 간결하고 매끄럽게 만들고, 조작이 간단하고, 디자인이 유연하며, 고급스러운 분위기를 자아낸다. 고급 초음파 용접 기술은 일반적으로 다양한 재료 융합 기술을 채택하여 디자인이 더욱 자유롭고 유연합니다. 디자인 라인은 매우 간단하고, 색채가 담백하여 가볍고 즐거운 느낌을 준다. 구조는 초음파 용접의 작동 원리에 더 부합하며 용접 품질이 더 좋습니다.
초음파 용접 기술의 응용 요약 및 전망
이번 조사를 통해 저자는 초음파 용접 기술에 대한 자신의 이해를 통해 초음파 용접 기술의 응용을 연구했다. 조건이 제한되어 있어, 조사 연구 과정에서 여전히 부족한 점이 있다. 여기서는 조사에 관련된 문제와 해결 방법을 총결하여 진일보한 연구를 위한 길을 닦는다. 용접 품질 문제에 대해 용접 과정에서 접촉면은 청결을 유지하고 재질 표면은 거칠기를 유지해야 한다는 결론을 내렸습니다. 사용자 요구 사항을 이해하고, 특정 사용자를 위해 설계하고, 다양한 외관을 설계하고, 다양한 고객을 위해 맞춤형으로 구성할 수 있습니다. 디자인에서도 재미있는 문제를 고려해 더 재미있는 제품을 디자인하고 편안하고 즐거운 환경을 조성해야 한다. 초음파 용접 기술의 제품 설계 전망에 대해 필자는 작업에 음악 재생 기능을 추가하여 용접 과정을 쉽고 즐겁게 할 수 있다는 것을 발견했다. 미래의 초음파 용접 기술도 더욱 인간화될 것이다.
참고
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