Hàn siêu âm là phương pháp liên kết vật liệu bằng cách sử dụng dao động cơ học tần số cao kết hợp với áp lực. Công nghệ này được ứng dụng phổ biến trong hàn các chi tiết nhựa, đặc biệt trong các ngành ô tô, điện tử, thiết bị y tế, đồ gia dụng và sản xuất linh kiện công nghiệp.
Vậy nguyên lý hàn siêu âm hoạt động như thế nào? Hãy cùng tìm hiểu chi tiết dưới đây.
Hàn siêu âm là quá trình sử dụng sóng siêu âm, thường ở tần số 15kHz, 20kHz, 30kHz hoặc cao hơn, để tạo ra dao động cơ học tốc độ cao. Dao động này được truyền từ hệ thống phát siêu âm đến đầu hàn và tác động trực tiếp lên vị trí cần liên kết.
Khi kết hợp với lực ép phù hợp, năng lượng dao động tạo ra nhiệt tại vùng tiếp xúc giữa các chi tiết. Vật liệu tại khu vực này nóng chảy cục bộ và liên kết với nhau. Sau khi ngừng dao động và tiếp tục giữ áp trong một khoảng thời gian ngắn, mối hàn nguội và hình thành liên kết chắc chắn.
Bạn có thể đọc tại đây để tìm hiểu thêm: Hàn siêu âm – Wikipedia tiếng Việt
Nguyên lý hàn siêu âm có thể hiểu đơn giản qua quá trình chuyển đổi và truyền năng lượng theo các bước:
Nguồn điện → Bộ phát siêu âm → Bộ chuyển đổi → Bộ khuếch đại → Horn hàn → Chi tiết sản phẩm
Nguồn điện được đưa vào bộ phát siêu âm (Generator). Bộ phận này chuyển đổi điện năng thành tín hiệu điện có tần số cao, phù hợp với hệ thống hàn.
Tần số phổ biến của máy hàn siêu âm là 15kHz và 20kHz. Việc lựa chọn tần số phụ thuộc vào kích thước, hình dạng, vật liệu và yêu cầu của sản phẩm.
Tín hiệu điện tần số cao được truyền đến bộ chuyển đổi (Transducer).
Bên trong Transducer có các phần tử áp điện. Khi nhận tín hiệu điện, các phần tử này rung với tần số tương ứng và chuyển đổi điện năng thành dao động cơ học tần số cao.
Đây là bước quan trọng giúp tạo ra nguồn năng lượng siêu âm phục vụ quá trình hàn.
Dao động từ Transducer tiếp tục được truyền đến Booster.
Booster có chức năng truyền năng lượng và điều chỉnh biên độ dao động. Tùy vào thiết kế của hệ thống, Booster có thể giúp tăng hoặc giảm biên độ trước khi năng lượng được truyền đến Horn.
Horn hàn là bộ phận tiếp xúc trực tiếp với chi tiết sản phẩm và truyền dao động siêu âm đến vị trí cần hàn.
Horn được thiết kế theo hình dạng của sản phẩm để đảm bảo năng lượng được truyền chính xác và tương đối đồng đều đến khu vực hàn.
Khi máy hoạt động, Horn vừa tạo lực ép xuống sản phẩm vừa dao động với tần số cao theo phương dọc trục.
Khi Horn tác động lên sản phẩm, hai yếu tố cùng hoạt động:
Năng lượng tập trung tại vùng tiếp xúc giữa các chi tiết làm vật liệu rung và biến dạng ở mức rất nhỏ với tốc độ cao. Quá trình này tạo ra nhiệt cục bộ, khiến vật liệu tại vùng liên kết mềm hoặc nóng chảy.
Đối với các chi tiết nhựa, nhiệt thường tập trung tại khu vực thiết kế để hàn, chẳng hạn như đường Energy Director hoặc bề mặt tiếp xúc giữa hai chi tiết.
Khi vật liệu đạt trạng thái phù hợp, nhựa tại vùng hàn bắt đầu chảy và liên kết với nhau.
Sau khi đạt thời gian hoặc năng lượng cài đặt, máy ngừng phát dao động. Tuy nhiên, Horn vẫn tiếp tục giữ áp lực trong một khoảng thời gian nhất định để vật liệu ổn định và nguội.
Trong giai đoạn Hold Time, đầu hàn tiếp tục ép sản phẩm.
Phần nhựa nóng chảy dần nguội và đông đặc, tạo thành mối liên kết chắc chắn. Sau đó, Horn nâng lên và chu trình hàn hoàn thành.
Một chu trình hàn siêu âm thường gồm các giai đoạn sau:
Chi tiết được đặt vào đồ gá (Jig/Fixture) để cố định đúng vị trí.
Horn hạ xuống và tạo lực ép lên sản phẩm.
Máy phát dao động siêu âm trong thời gian đã cài đặt. Năng lượng được truyền đến vùng cần hàn.
Vật liệu tại vị trí tiếp xúc nóng chảy cục bộ dưới tác động của dao động và áp lực.
Sau khi ngừng dao động, máy tiếp tục giữ áp để mối hàn ổn định.
Đầu hàn trở về vị trí ban đầu và sản phẩm được lấy ra để kiểm tra.
Chất lượng mối hàn không chỉ phụ thuộc vào nguyên lý hoạt động của máy mà còn chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố.
Tần số và công suất cần phù hợp với kích thước và đặc điểm của sản phẩm.
Ví dụ, hệ thống 15kHz thường phù hợp hơn với các chi tiết có kích thước lớn hoặc yêu cầu năng lượng cao, trong khi 20kHz thường được sử dụng phổ biến cho nhiều chi tiết nhựa có kích thước nhỏ và vừa.
Biên độ ảnh hưởng trực tiếp đến lượng năng lượng truyền đến sản phẩm. Nếu biên độ không phù hợp, mối hàn có thể không đạt độ bền yêu cầu hoặc gây ảnh hưởng đến bề mặt sản phẩm.
Áp lực quá thấp có thể khiến năng lượng truyền không hiệu quả. Ngược lại, áp lực quá cao có thể làm sản phẩm biến dạng hoặc ảnh hưởng đến quá trình nóng chảy tại vùng hàn.
Thời gian hàn cần được cài đặt phù hợp với vật liệu và cấu trúc sản phẩm.
Thời gian quá ngắn có thể khiến liên kết chưa hoàn toàn, trong khi thời gian quá dài có thể gây nóng chảy quá mức, ba via hoặc biến dạng sản phẩm.
Horn và đồ gá có ảnh hưởng lớn đến khả năng truyền năng lượng và độ ổn định của quá trình hàn.
Thiết kế không phù hợp có thể khiến năng lượng phân bố không đều, gây hiện tượng mối hàn yếu hoặc chất lượng sản phẩm không đồng nhất.
Thiết kế vùng hàn đóng vai trò rất quan trọng. Các chi tiết có cấu trúc phù hợp, đặc biệt là vị trí tập trung năng lượng hợp lý, sẽ giúp quá trình hàn diễn ra ổn định hơn.
Tìm hiểu thêm: CÁCH GIẢM TỶ LỆ SẢN PHẨM NG TRONG HÀN NHỰA – 10 GIẢI PHÁP GIÚP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG
Nhờ nguyên lý tạo nhiệt trực tiếp tại vùng liên kết, hàn siêu âm mang lại nhiều ưu điểm:
Công nghệ hàn siêu âm được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như:
Nguyên lý hàn siêu âm là quá trình chuyển đổi điện năng thành dao động cơ học tần số cao, sau đó truyền năng lượng qua Transducer – Booster – Horn đến sản phẩm. Sự kết hợp giữa dao động siêu âm và áp lực tạo ra nhiệt cục bộ tại vùng tiếp xúc, giúp vật liệu nóng chảy và liên kết với nhau.
Để đạt được mối hàn chất lượng cao, cần lựa chọn phù hợp tần số, công suất, biên độ, áp lực, thời gian hàn, Horn, đồ gá và thiết kế sản phẩm.
Với ưu điểm về tốc độ, khả năng tự động hóa và không cần sử dụng keo, công nghệ hàn siêu âm đang là giải pháp được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất nhựa công nghiệp.
DIZO Ultrasonic cung cấp các giải pháp máy hàn siêu âm phù hợp với nhiều yêu cầu sản xuất và ứng dụng khác nhau. Việc lựa chọn máy và cấu hình phù hợp cần dựa trên vật liệu, kích thước sản phẩm, yêu cầu về độ bền mối hàn và năng suất thực tế.
Liên hệ – DIZO VIỆT NAM để được tư vấn, báo giá luôn
Nơi cung cấp giải pháp công nghệ hàn cao cấp
Máy hàn nhựa của chúng tôi giúp bạn đáp ứng thời hạn dự án, duy trì chất lượng và tăng hiệu quả để có lợi tức đầu tư lớn.
Kỹ thuật viên của chúng tôi sẽ giúp bạn thiết kế miễn phí và lựa chọn máy hàn phù hợp với các sản phẩm có kích thước khác nhau và vật liệu đặc biệt của bạn.
Không có kinh nghiệm? Không vấn đề gì. Kỹ sư của chúng tôi sẽ hỗ trợ bạn hướng dẫn ứng dụng miễn phí để đảm bảo sử dụng tối ưu và cung cấp dịch vụ bảo trì.
Vui lòng để lại lời nhắn, đội ngũ chuyên gia của chúng tôi sẽ liên hệ lại với bạn trong thời gian sớm nhất để hỗ trợ nhanh chóng và hiệu quả.
