Lý Thuyết
Siêu âm là sóng âm có tần số cao hơn ngưỡng nghe của con người.
Có hai loại siêu âm:
* Siêu âm tần số cao (trên 100 kHz): Dùng trong y học, kiểm tra không phá hủy. Năng lượng thấp (0.1-0.5W/cm2).
* Siêu âm tần số thấp (20-100 kHz): Dùng trong gia công chế tạo (siêu âm năng lượng cao). Năng lượng cao (trên 10W/cm2).
Năng lượng siêu âm được truyền tới vật liệu qua bộ chuyển đổi, chuyển đổi dao động điện thành dao động cơ.
Hoạt động của nguồn phát siêu âm:
* Nguồn điện: 220V/50Hz được chuyển đổi thành tần số 15-20-28-30-40-70 kHz.
* Chuyển đổi điện - cơ: Năng lượng điện được chuyển thành dao động cơ nhờ gốm áp điện.
* Khuyếch đại: Biên độ dao động được khuếch đại qua bộ khuyếch đại và khuôn hàn.
* Khuôn hàn: Khuôn hàn quyết định chất lượng sản phẩm, được thiết kế tùy theo hình dạng sản phẩm.
Lưu ý:
* Tần số siêu âm 15-20kHz cao hơn ngưỡng nghe của con người, nhưng với người trưởng thành vẫn có thể nghe được.
* Khuôn hàn đóng vai trò quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng mối hàn.
Các thông số siêu âm:
Phương pháp hàn siêu âm có thêm các thông số ảnh hưởng đến chất lượng mối hàn so với hàn áp lực truyền thống:
* Áp lực hàn (F N): Lực tác dụng lên khuôn hàn, cần điều chỉnh phù hợp với từng ứng dụng.
* Tần số siêu âm (f kHz): Tần số của nguồn phát siêu âm, tùy chỉnh theo ứng dụng để đạt chất lượng hàn tốt nhất.
* Biên độ cắt (A μm): Biên độ dao động của khuôn hàn, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và năng suất hàn, có thể thay đổi bằng bộ khuếch đại và hình dạng khuôn hàn.
Lưu ý:
* Cần chọn các thông số phù hợp để đạt hiệu quả hàn tốt nhất.
* Chất lượng mối hàn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau, không chỉ các thông số trên.
Việc chọn thông số hàn siêu âm phù hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm:
* Vật liệu cần hàn: Mỗi loại vật liệu có tính chất khác nhau, đòi hỏi các thông số hàn khác nhau. Ví dụ, nhựa mềm cần áp lực hàn thấp hơn nhựa cứng.
* Kích thước và hình dạng chi tiết: Chi tiết hàn càng nhỏ, cần áp lực hàn và biên độ cắt nhỏ hơn. Chi tiết có hình dạng phức tạp có thể cần tần số siêu âm cao hơn.
* Mối hàn mong muốn: Mối hàn dày cần thời gian hàn dài hơn, áp lực hàn lớn hơn và biên độ cắt lớn hơn.
* Máy hàn siêu âm: Công suất máy, kích thước khuôn hàn cũng ảnh hưởng đến việc lựa chọn thông số hàn.
Dưới đây là một số nguyên tắc chung để chọn thông số hàn siêu âm:
* Bắt đầu với các giá trị thông số thấp và tăng dần cho đến khi đạt được mối hàn mong muốn.
* Theo dõi chất lượng mối hàn và điều chỉnh các thông số cho phù hợp.
* Tham khảo hướng dẫn sử dụng của máy hàn siêu âm.
* Tư vấn từ các nhà cung cấp máy hàn siêu âm hoặc chuyên gia trong ngành.
Một số mẹo hữu ích:
* Ghi lại các thông số hàn cho từng loại vật liệu và ứng dụng.
* Sử dụng bảng tra cứu thông số hàn siêu âm.
* Đầu tư vào thiết bị đo lường chất lượng mối hàn.
Hy vọng những thông tin trên sẽ giúp bạn chọn được thông số hàn siêu âm phù hợp.
Dưới đây là bảng tra cứu khả năng hàn siêu âm của một số vật liệu nhựa nhiệt dẻo, biên độ dao động tối ưu cho từng loại vật liệu và ứng dụng của nó:
Thiết kế mối hàn dạnh định hướng năng lượng siêu âm:
1. Butt Joint (Mối hàn dạng khe hở):
* Dễ thiết kế và sản xuất khuôn ép nhựa.
* Mối hàn dạng tam giác với đầu nhọn.
* Năng lượng nóng chảy làm tan chảy vật liệu xung quanh tạo thành mối hàn.
2. Step Joint (Mối hàn dạng bậc):
* Bền hơn Butt Joint.
* Mối hàn dạng tam giác tiếp xúc với bề mặt chi tiết còn lại.
* Năng lượng nóng chảy làm tan chảy vật liệu xung quanh tạo thành mối hàn.
3. Tông và Rãnh (Tonge and Groove Joint):
* Kín khít, tự định vị mối hàn, ngăn ngừa xâm nhập.
* Mối hàn bền và kín nhất.
* Kích thước được thiết kế theo công thức trên hình vẽ.
Một số ứng dụng siêu âm năng lượng cao tiêu biểu:
1. Hàn siêu âm:
* Hàn các vật liệu khó hàn bằng phương pháp truyền thống như kim loại mỏng, nhựa, kim loại khác kim loại, v.v.
* Mối hàn chắc chắn, độ bền cao, chịu lực tốt và chống thấm.
* Quá trình hàn nhanh chóng, tiết kiệm thời gian và năng lượng.
* Ít biến dạng vật liệu, thích hợp cho các chi tiết có độ chính xác cao.
* Thân thiện với môi trường, không sử dụng chất kết dính, dung môi hoặc khí độc hại.
2. Làm sạch siêu âm:
* Loại bỏ bụi bẩn, dầu mỡ, rỉ sét và các chất bẩn khác khỏi bề mặt vật liệu.
* Sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp như: sản xuất ô tô, điện tử, y tế, thực phẩm, v.v.
* Hiệu quả cao, tiết kiệm thời gian và công sức.
* An toàn cho môi trường và không gây hại cho vật liệu.
3. Khử trùng siêu âm:
* Loại bỏ vi khuẩn, virus và nấm mốc khỏi bề mặt vật liệu.
* Sử dụng trong y tế, nha khoa, công nghiệp thực phẩm và các ngành công nghiệp khác.
* Hiệu quả cao, nhanh chóng và an toàn.
* Không gây hại cho môi trường và không ảnh hưởng đến chất lượng vật liệu.
4. Nhũ hóa và phân tán:
* Tạo ra các hỗn hợp đồng nhất từ các chất lỏng không hòa tan với nhau.
* Sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp như: mỹ phẩm, dược phẩm, thực phẩm, hóa chất, v.v.
* Tăng hiệu quả sản xuất và cải thiện chất lượng sản phẩm.
5. Xử lý hạt:
* Thay đổi kích thước, hình dạng và tính chất của các hạt.
* Sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp như: dược phẩm, thực phẩm, hóa chất, khai thác mỏ, v.v.
* Tăng hiệu quả sản xuất và cải thiện chất lượng sản phẩm.
6. Sonochemistry:
* Gây ra các phản ứng hóa học bằng cách sử dụng năng lượng siêu âm.
* Sử dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khoa học và ứng dụng công nghiệp.
* Mở ra những khả năng mới cho việc tổng hợp vật liệu, sản xuất dược phẩm và xử lý môi trường.
Ngoài ra, siêu âm tần số thấp, năng lượng cao còn có nhiều ứng dụng khác như:
* Làm mềm và đông lạnh thực phẩm: Năng lượng siêu âm có thể làm thay đổi cấu trúc phân tử của thực phẩm, giúp làm mềm hoặc đông lạnh nhanh chóng và hiệu quả.
* Lọc khí và nước: Năng lượng siêu âm có thể tạo ra các bong bóng khí nhỏ, giúp thu giữ các hạt bụi bẩn và tạp chất trong khí và nước.
* Phá hủy tế bào: Năng lượng siêu âm có thể phá vỡ màng tế bào, giúp giải phóng các thành phần bên trong tế bào cho các mục đích nghiên cứu hoặc sản xuất.
Có thể thấy, siêu âm tần số thấp, năng lượng cao là một công nghệ đa năng với nhiều ứng dụng tiềm năng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.