Кіріспе
Дәнекерлеу процесі
Ультрадыбыстық дәнекерлеу – бұл өндірістік процесс, онда қатты күйде дәнекерлеуді жасау үшін бір-біріне қысыммен ұсталып тұрған детальдерге жоғары жиілікті ультрадыбыстық акустикалық дірілдер қолданылады. Ол көбінесе пластик және металдар үшін, әсіресе әртүрлі материалдарды біріктіру үшін қолданылады. Ультрадыбыстық дәнекерлеуде материалдарды байланыстыру үшін қосымша бұрандалар, шегелер, лездету материалдары немесе жақсырушы заттар қажет емес. Металдарды біріктіру үшін қолданылғанда температура қатысты материалдардың балқу температурасынан төмен қалады, бұл металдың жоғары температураға ұшырауынан туындауы мүмкін жағымсыз қасиеттердің алдын алады.
Тарих
Қатты пластиктерде ультрадыбыстық дәнекерлеуді практикалық қолдану 1960 жылдары аяқталды. Ол кезде тек қатты пластиктерді ғана дәнекерлеуге болатын. 1965 жылы Роберт Солофф пен Сеймур Линслиге қатты термопластикалық бөлшектерді дәнекерлеудің ультрадыбыстық әдісіне патент берілді. «Соникс және Материалдар» компаниясын құрған Солофф, «Брэнсон Инструментс» зертханасының менеджері болды, онда ультрадыбыстық зондтарды пайдаланып, жұқа пластик пленкалар қаптар мен түтіктерге дәнекерленді. Ол зондты пластик таспаны сақтайтын диспенсерге жақындатып, диспенсердің екі жартысы бірігіп кеткенін байқады. Ол зондты қолмен жылжытудың қажеті жоқ екенін, ультрадыбыстық энергия қатты пластик арқылы және оның айналасымен өтіп, бүкіл біріктіру нүктесін дәнекерлей алатынын түсінді. 1969 жылы ультрадыбыстық дәнекерлеу арқылы толығымен пластиктен жасалған алғашқы автомобиль құрастырылды. Ультрадыбыстық дәнекерлеудің бір артықшылығы – дәстүрлі жабысқыштар немесе еріткіштер сияқты кептіру уақыты болмайды, сондықтан дайындамалар дәнекерленгеннен кейін салқындау үшін қажетті уақыттан артық тіректе тұруы қажет емес. Дәнекерлеуді автоматтандыру оңай, таза және дәл біріктірулер жасалады; дәнекерленген жер өте таза болады және көбінесе қосымша жөндеу жұмыстарын қажет етпейді. Материалдарға төмен жылу әсері тигізу көптеген материалдарды біріктіруге мүмкіндік береді. Бұл процесс желімге, бұрандаларға немесе жылдам құрастыру конструкцияларына жақсы автоматтандырылған балама болып табылады. Ультрадыбыстық дәнекерлеу әдетте кішкентай бөлшектерде (мысалы, ұялы телефондар, тұтыну электроникасы, бір рет қолданылатын медициналық құралдар, ойыншықтар және т.б.) қолданылады, бірақ оны шағын автомобиль приборлар панелі сияқты үлкен бөлшектерде де қолдануға болады. Ультрадыбыс металдарды дәнекерлеу үшін де қолданылуы мүмкін, бірақ әдетте алюминий, мыс және никель сияқты жұқа, иілгіш металдардың кішкентай дәнекерлеулерімен шектеледі. Автомобильдің шассиін немесе велосипедтің бөліктерін дәнекерлеу үшін қажетті қуат деңгейлеріне байланысты ультрадыбыс қолданылмайды.
Қолданбалар
Ультрадыбыстық дәнекерлеутің қолданылу аясы кең және электр және компьютер, автомобиль және aerospace, медициналық және қаптама салалары сияқты көптеген индустрияларда қолданылады. Екі затты ультрадыбыстық дәнекерлеуге болатыны олардың қалыңдығымен анықталады. Егер олар тым қалың болса, бұл процесс оларды біріктіре алмайды. Бұл металдарды дәнекерлеудегі негізгі қиындық. Дегенмен, сымдар, микросхемалық қосылыстар, металл парақтар, фольгалар, ленталар және торлар көбінесе ультрадыбыстық дәнекерлеу арқылы біріктіріледі. Ультрадыбыстық дәнекерлеу термопластиктерді байланыстырудың өте танымал әдісі болып табылады. Бұл процесс жылдам және оңай автоматтандырылады, дәнекерлеу уақыты көбінесе бір секундтан кем болады және жылуды немесе газдарды шығару үшін желдету жүйесі қажет емес. Бұл дәнекерлеу түрі көбінесе дәстүрлі дәнекерлеу әдістері үшін тым кішкентай, тым күрделі немесе тым нәзік болып табылатын конструкцияларды құру үшін қолданылады.
Компьютерлік және электрлік өнеркәсіптер
Электр және компьютер өнеркәсібінде ультрадыбыстық дәнекерлеу сымдық қосылымдарды біріктіру және кішкентай, нәзік тізбектерде қосылыстар жасау үшін жиі қолданылады. Сым тораптарының түйісулері көбінесе ультрадыбыстық дәнекерлеу арқылы біріктіріледі. Сым тораптары – электр сигналдарын және қуатты тарату үшін қолданылатын көптеген сымдардың жиынтығы. Электр моторлары, өріс орамдары, трансформаторлар және конденсаторлар да ультрадыбыстық дәнекерлеумен құрастырылуы мүмкін. Сонымен қатар, үлкен көлемдер қажет болғандықтан флэш-жетектер және компьютерлік дискілер сияқты сақтау құрылмаларын құрастыруда да жиі пайдаланылады. Компьютерлік дискілерді ультрадыбыстық дәнекерлеудің цикл уақыты 300 мс-тен кем екендігі анықталды.
Ультрадыбыстық дәнекерлеу ең көп қолданылатын және жаңа зерттеулер мен тәжірибелерге бағытталған салалардың бірі – микросхемалар. Ол сымдар мен ленталарды, сондай-ақ микросхемаларға толық чиптерді жалғау үшін де қолданылады. Микросхемалардың қолданылуына мысал ретінде, жүрек айналым жолындағы пациенттерде жүректің жұмысын бақылайтын медициналық сенсорларды келтіруге болады. Ультрадыбыстық дәнекерлеу мен дәстүрлі дәнекерлеудің арасындағы бір айырмашылық – ультрадыбыстық дәнекерлеудің әртүрлі материалдарды біріктіру мүмкіндігі. Батарея компоненттерін құрастыру осы мүмкіндікті пайдаланудың жақсы мысалы. Батареялар мен жанармай элементтерінің компоненттерін жасағанда, жұқа мыс, никель және алюминий қосылыстары, фольга қабаттары және металл торлары көбінесе ультрадыбыстық дәнекерлеу арқылы біріктіріледі. Автомобильдерді жобалау және өндіруде пластик басқа материалдарды ығыстырып шығарғандықтан, пластик компоненттерді құрастыру және біріктіру маңызды мәселеге айналды. Ультрадыбыстық дәнекерлеудің артықшылықтарына циклдің қысқа уақыты, автоматтандыру, төмен капиталдық шығындар және икемділік жатады. Ультрадыбыстық дәнекерлеу беткі қаптаманы зақымдамайды, өйткені жоғары жиілікті дірілдер іздердің пайда болуын болдырмайды, бұл көптеген автомобиль өндірушілері үшін маңызды фактор. Алюминий авиакосмик өнеркәсібінде кеңінен қолданылатындықтан, ультрадыбыстық дәнекерлеу маңызды өндірістік процесті құрайды. Жаңа композиттік материалдардың пайда болуымен ультрадыбыстық дәнекерлеу одан да кеңінен таралды. Ол танымал композиттік материал – карбон талшығын біріктіруде қолданылады. Осы материал үшін сапалы дәнекерлеуді қамтамасыз ететін оңтайлы параметрлерді анықтау үшін көптеген зерттеулер жүргізілді.
Медициналық өнеркәсіп
Медициналық өнеркәсіпте ультрадыбыстық дәнекерлеу көбінесе қолданылады, себебі ол дәнекерлеуге қорымсыздықтарды немесе бұзуды енгізбейді, ал машиналарды таза бөлмелерде пайдалану үшін мамандандыруға болады. Бұл процесті жоғары деңгейде автоматтандыруға болады, өлшемдік төзімділіктерді қатаң бақылауды қамтамасыз етеді және бөлшектердің биоүйлесімділігіне кедергі келтірмейді. Сондықтан ол бөлшектердің сапасын арттырып, өндіріс шығындарын азайтады. Артериялық сүзгілер, анестезиялық сүзгілер, қан сүзгілері, IV катетерлер, диализ түтікшелері, пипеткалар, кардиометриялық резервуарлар, қан/газ сүзгілері, бет маскалары және IV ұштығы/сүзгілері сияқты заттар ультрадыбыстық дәнекерлеу арқылы жасалуы мүмкін. Медициналық өнеркәсіпте ультрадыбыстық дәнекерлеудің тағы бір маңызды қолданылуы – тоқыма өнімдері. Ауруханалық халаттар, стерильді киімдер, маскалар, трансдермальді жамбастар және таза бөлмелерге арналған маталар ультрадыбыстық дәнекерлеу арқылы біріктіріліп тігілуі мүмкін. Бұл қорымсыздықтың алдын алып, шаң пайда болуын азайтады және инфекция қаупін төмендетеді.
Қаптама жасау өнеркәсібі
Ультрадыбыстық дәнекерлеу қаптама саласында жиі қолданылады. Көптеген таралған заттар ультрадыбыстық дәнекерлеу арқылы жасалады немесе қапталады. Контейнерлерді, түтіктерді және блистерлік қаптамаларды жабу – бұл кең таралған қолданыстар. Ультрадыбыстық дәнекерлеу жарылғыш заттар, фейерверктер және басқа да реактивті химиялық заттар сияқты қауіпті материалдарды қаптау үшін де қолданылады. Мұндай заттар герметикалық жабылуды қажет етеді, бірақ оларды жоғары температураға ұшыратуға болмайды. Мысалы, оқ-дәрі мен жанар майды қаптау да осыған жатады. Бұл қаптамалар тұтынушыны ішкі құрамнан қорғау үшін жоғары қысым мен кернеуге төтеп беруі керек. Тамақ өнеркәсібі ультрадыбыстық дәнекерлеуді дәстүрлі қосылу әдістерінен артық деп санайды, себебі ол жылдам, санитарлық және герметикалық жабыстарды жасауға мүмкіндік береді. Сүт және шырынға арналған контейнерлер ультрадыбыстық дәнекерлеу арқылы жабылатын өнімдердің мысалы болып табылады. Жабылатын қағаз бөліктері полипропилен немесе полиэтилен сияқты пластикпен қапталады, содан кейін ауа өткізбейтін жабыс жасау үшін біріктіріледі.
Қауіпсіздік
Ультрадыбыстық дәнекерлеудің қауіптері жоғары температураға және кернеуге ұшырауды қамтиды. Жарақаттарды болдырмау үшін осы жабдықты өндіруші ұсынған қауіпсіздік ережелеріне сәйкес пайдалану керек. Мысалы, операторлар машина іске қосылғанда қолдарын немесе дене мүшелерін дәнекерлеу ұшына жақын қоймауы тиіс. Сондай-ақ, операторларға есітуді қорғау құралдары мен қауіпсіздік көзілдіріктері берілуі керек. Операторлар ультрадыбыстық дәнекерлеу жабдықтарына қатысты мемлекеттік органдардың регламенттері туралы хабардар болуы керек, және осы регламенттерді сақтау міндетті. Ультрадыбыстық дәнекерлеу машиналарына жүйелі техникалық қызмет көрсету және тексеру қажет. Техникалық қызмет көрсету үшін панель есіктерін, корпус қақпақтарын және қорғаныш қалқандарын алу қажет болуы мүмкін.