Ultrasonic welding (UW) hay còn được gọi là hàn siêu âm, đây là quá trình hàn gắn các kim loại bằng cách sử dụng sóng siêu âm. Để hiểu rõ hơn được hàn siêu âm là gì? Cùng tìm hiểu rõ hơn về công nghệ này và những ứng dụng của nó trong các lĩnh vực công nghiệp trong bài viết sau đây.
Hàn siêu âm là gì?
Hàn siêu âm có tên tiếng Anh là Ultrasonic welding (UW), là quá trình hàn áp lực sử dụng năng lượng cơ học của dao động siêu âm để làm biến dạng dẻo cục bộ tại bề mặt mối ghép. Từ đó làm cho các phần tử của các chi tiết hàn khuếch tán, thẩm thấu lẫn nhau và liên kết với nhau tạo thành mối liên kết chặt chẽ và mạnh mẽ.
Quy trình hàn siêu âm gồm các bước sau:
- Chuẩn bị bề mặt: Các bề mặt của vật liệu được nối cần được chuẩn bị phẳng và sạch sẽ.
- Đặt vật liệu: Đặt các vật liệu cần nối vào chính xác vị trí và áp dụng áp lực với chúng.
- Phát sóng siêu âm: Sóng siêu âm được phát thông qua một bộ chuyển đổi sóng (transducer) và truyền vào khu vực nối.
- Tạo nhiệt độ và áp lực: Sóng siêu âm tạo ra nhiệt độ và áp lực tại điểm tiếp xúc giữa hai vật liệu và làm chúng nóng chảy rồi kết hợp lại với nhau.
- Làm mát và cứng: Sau khi mối hàn được tạo ra, quá trình làm mát nhanh chóng sẽ giúp làm cứng mối hàn và tạo ra được kết nối vững chắc.
Tìm hiểu về phương pháp hàn siêu âm trong công nghiệp (Ảnh: Internet)
Các loại hàn siêu âm
Vậy có những loại hàn siêu âm nào? Tùy vào từng ứng dụng cụ thể và yêu cầu kỹ thuật của quá trình hàn mà ta có thể phân thành các loại hàn siêu âm sau:
- Hàn siêu âm nóng chảy (Ultrasonic Melt Bonding): Dùng để hàn và kết nối các vật liệu thermoplastic với bề mặt tiếp xúc sẽ được nung chảy, sau đó sẽ làm lạnh và tạo ra mối hàn.
- Hàn siêu âm diện động (Ultrasonic Vibrational Welding): Được dùng để nối các bộ phận kim loại, nhựa bằng cách tạo ra dao động siêu âm để tạo nhiệt độ cần thiết tạo mối hàn.
- Hàn siêu âm quay tròn (Ultrasonic Rotary Welding): Được dùng để hàn các bộ phận tròn, có hình dạng xoay và thường được dùng trong sản xuất ống, ống mảnh.
- Hàn siêu âm dải (Ultrasonic Seam Welding): Dùng cho hàn được dài, thường được ứng dụng trong sản xuất ống và vỏ máy.
- Hàn siêu âm bằng tần số cao (High-Frequency Ultrasonic Welding): Tần số cao hơn được dùng để tạo ra mối hàn chất lượng cao và thường được sử dụng trong sản xuất điện tử, ngành công nghiệp chính xác.
- Hàn siêu âm cảm ứng (Ultrasonic Induction Welding): Dùng cảm ứng để tạo ra nhiệt độ và kết nối vật liệu. Thường được dùng trong sản xuất ống mảnh và ống.
- Hàn siêu âm chân không (Ultrasonic Vacuum Welding): Được thực hiện trong môi trường chân không để giảm thiểu ô xy hóa và ô nhiễm, thích hợp với các ứng dụng đặc biệt yêu cầu về sự sạch sẽ.
- Hàn siêu âm phản ứng (Ultrasonic Reaction Welding): Dùng trong việc nối các vật liệu không thể sử dụng cách hàn dùng đến một vật liệu phản ứng để tạo ra mối nối.
Phân loại hàn siêu âm – Các phương pháp hàn siêu ẩm phổ biến hiện nay (Ảnh: Internet)
Ưu và nhược điểm của hàn siêu âm là gì?
Ưu điểm
- Chất lượng cao: Hàn siêu âm tạo ra mối hàn có chất lượng cao, không tạo ra chất thải hay bong tróc giúp làm giảm thiểu ô nhiễm.
- Không tạo ra nhiệt độ cao: Quá trình hàn siêu âm tạo ra nhiệt độ thấp hơn so với nhiều phương pháp hàn khác giúp làm giảm nguy cơ biến dạng vật liệu.
- Không cần đến dây hàn hoặc chất trợ dung: Hàn siêu âm không sử dụng đến dây hàn, que hàn hay chất trợ dung giúp giảm được chi phí vật liệu.
- Sử dụng được trong môi trường chân không: Có thể dùng được trong môi trường chân không, thích hợp với nhiều ứng dụng không khí.
- Thời gian hàn nhanh chóng: Quá trình hàn siêu âm thường diễn ra nhanh giúp hiệu suất sản xuất tăng lên.
- Tiết kiệm năng lượng: Hàn siêu âm sử dụng năng lượng hiệu quả hơn so với một số phương pháp hàn khác.
- Ứng dụng rộng rãi: Có thể sử dụng với nhiều loại vật liệu gồm cả kim loại và phi kim loại.
Hàn siêu âm tạo ra chất lượng mối hàn cao, dùng được trên nhiều vật liệu (Ảnh: Internet)
Nhược điểm
Vậy nhược điểm của phương pháp hàn siêu âm là gì?
- Chi phí thiết bị đầu tư ban đầu lớn.
- Hạn chế đối với dạng hàn phức tạp: Hàn siêu âm không thích hợp cho những ứng dụng yêu cầu dạng hàn phức tạp hoặc có chi tiết lớn.
- Yêu cầu chính xác trong quá trình chuẩn bị: Đôi khi, để có thể đạt được mối hàn chất lượng sẽ cần có sự chính xác và sạch sẽ trong khâu chuẩn bị vật liệu.
- Khả năng hàn dựa trên loại vật liệu: Với một số vật liệu nhất định như nhựa, sẽ không phù hợp với phương pháp hàn siêu âm.
Mặc dù hàn siêu âm vẫn có những ưu và nhược điểm nhất định nhưng đây là phương pháp hàn hiệu quả và linh hoạt trong nhiều ứng dụng công nghiệp.
Ứng dụng của hàn siêu âm
Để hiểu rõ hơn về phương pháp hàn siêu âm là gì, cùng đi tìm hiểu những ứng dụng của phương pháp này nhé.
Trong sản xuất điện tử:
- Hàn siêu âm giúp kết nối dây dẫn và các linh kiện điện tử.
- Lắp ráp và kết nối bảng mạch điện tử.
Trong ngành sản xuất ô tô và hàng hải:
- Giúp nối các bộ phận và chi tiết trong sản xuất ô tô.
- Sửa chữa, lắp ráp các thành phần trong hàng hải.
Trong ngành y tế:
- Hàn siêu âm được sử dụng trong việc sản xuất, lắp ráp các thiết bị y tế như bộ điều khiển và cảm biến y tế.
- Giúp gắn kết các phần nhỏ của các thiết bị y tế.
Ứng dụng của hàn siêu âm là gì (Ảnh: Internet)
Trong ngành dược học:
- Giúp kết nối các ống và những vật liệu nhỏ trong sản xuất dược phẩm.
- Lắp ráp và kết nối các sản phẩm y tế.
Trong sản xuất đèn led:
- Giúp kết nối, lắp ráp các thành phần của đèn led.
- Giúp gia công và kết nối các linh kiện với bảng mạch.
Trong sản xuất gia dụng: Giúp kết nối và lắp rá các thành phần trong sản xuất tủ lạnh, máy lạnh và sản phẩm gia dụng khác.
Trong sản xuất vật liệu nhẹ: Hàn siêu âm được dùng trong việc gia công và lắp ráp các vật liệu như nhựa và kim loại nhẹ.
Trong sản xuất hàng loạt nhỏ: Hàn siêu âm được dùng trong các quy trình sản xuất hàng loạt nhỏ đòi hỏi sự chính xác cao.
Trong ngành công nghiệp năng lượng mặt trời: Giúp lắp ráp, kết nối các thành phần của các tấm pin năng lượng mặt trời.
Trong sản xuất hàng hóa tiêu dùng: Phương pháp hàn siêu âm được dùng để kết nối các thành phần của sản phẩm tiêu dùng như máy là, máy cạo râu và những thiết bị khác.
Nguyên lý hàn siêu âm là gì?
Hàn siêu âm hoạt động nhờ sử dụng năng lượng siêu âm tần số cao (Ảnh: Internet)
Phương pháp hàn này sử dụng năng lượng siêu âm với tần số cao (20 – 40 kHz) để tạo ra dao động cơ học biên độ thấp (1 – 25 μm). Các rung động sẽ tạo ra nhiệt tại bề mặt tiếp giáp của bộ phận được hàn. Điều này làm nóng chảy vật liệu và hình thành lên mối hàn chắc chắn, có tính thẩm mỹ ngay sau khi được làm mát. Ngoài rung sẽ cần phải duy trì áp suất cần thiết để tạo ra mối hàn. Nhiệt lượng tỏa ra sau khi các bề mặt nối đã bị nung chảy sẽ phụ thuộc vào biên độ dao động, áp suất giữa hai bề mặt, tần số và khoảng thời gian tiếp tục dao động khi tiếp xúc.
Hàn siêu âm là kỹ thuật hàn nhanh nhất được áp dụng trong công nghiệp với thời gian hàn chỉ từ 0,1 đến 1,0 giây.
Nếu các tấm vật liệu dẻo nhiệt được đặt giữa các điểm dao động sẽ hình thành nhiệt bên trong vật liệu nơi chúng tiếp xúc. Nếu đủ nhiệt sẽ nóng chảy và có thể bị ép lại với nhau để tạo thành một liên kết.
>>> Có thể bạn quan tâm: Máy đo độ nhớt kem hàn thiếc Malcom PCU-203
Kết luận
Trên đây, Hapoin đã cùng bạn đi tìm hiểu về hàn siêu âm là gì và những ưu nhược điểm của phương pháp này. Đây là một công nghệ hàn tiên tiến, hiệu quả và có vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp. Hy vọng những thông tin mà chúng tôi chia sẻ trên đây sẽ giúp bạn có thể tận dụng tối đa được những lợi ích mà nó mang lại cho quá trình sản xuất của mình.
Jasmine Wu – Hapoin
