Bản quyền của BM Hàn & CNKL

21.09.2007

Hàn Siêu âm
CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

I. Từ khó
khóa: Anh:
Anh: Ultrasonic welding (Ultrasound welding)
Phá
Pháp: Soudage par ultrasons
Đức: Ultraschallschweiß
Ultraschallschweißen
Số hiệ
hiệu theo ISO 4063: 41
II. Khá
Khái niệ
niệm: Hàn siêu âm là quá
quá trì
trình hàn áp lực, sử
dụng năng lượ
lượng cơ học của dao động siêu âm làm
biế
biến dạng dẻo cục bộ tại bề mặt mối ghé
ghép, là
làm cho cá
các
phầ
tán, thẩ
thẩm thấ

thấu lẫ
lẫn
phần tử
tử của chi tiế
tiết hà
hàn khuế
khuếch tá
nhau và
và liên kế
kết vớ
với nhau tạ
tạo thà
thành mố
mối hà
hàn.
II.1. Siêu âm:
- Siêu âm là
là nhữ
những dao độ
động đà
đàn hồ
hồi có
có tần số
số f > 16
16 KHz,
KHz, cao
cao hơn tầ
tần số
số âm mà
mà

con ngườ
người nghe đượ
được
- Dao độ
nguồn phá
phát khá
khác nhau: biế
biến đổ
đổi chuyể
chuyển
động siêu âm nhậ
nhận đượ
được từ
từ các nguồ
độ
động củ
của cá
các dòng thuỷ
thuỷ khí
khí thà
thành dao độ
động siêu âm, chuyể
chuyển đổ
đổi dao độ
động điệ
điện
thà
nhờ các biế
biến tử
tử,...

thành cá
các dao độ
động siêu âm nhờ
- Dao độ
động siêu âm lan truyề
truyền dướ
dưới dạ
dạng só
sóng đà
đàn hồ
hồi trong môi trườ
trường khí
khí,
lỏng và
và rắn.

1 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

- Bướ
Bước só
sóng c là khoả
khoảng cá
cách λ mà sóng truyề
truyền đi sau mộ
một chu kỳ
kỳ T


λ = cT =

c
f

f – tần số
số siêu âm

II.2. Phân loạ
loại só
sóng âm và
và siêu âm:
- Tùy thuộ
thuộc và
vào tí
tính chấ
chất củ
của môi trườ
trường đà
đàn hồ
hồi, có
có 2 loạ
loại só
sóng siêu âm:
* Só
Sóng dọ
dọc: gây nên sự
sự co dãn trong môi trườ
trường rắn, lỏ
lỏng hoặ

hoặc khí
khí
* Só
Sóng trượ
trượt: gây nên sự
sự trượ
trượt giữ
giữa cá
các lớ
lớp củ
của môi trườ
trường chấ
chất rắ
rắn
- Tùy thuộ
được chia ra:
thuộc và
vào nguồ
nguồn phá
phát, 2 loạ
loại só
sóng cơ bả
bản trên đượ
* Só
Sóng phẳ
phẳng: phá
phát ra từ
từ nguồ
nguồn phá
phát là

là mặt phẳ
phẳng, nó
nó truyề
truyền theo phương
thẳ
thẳng gó
góc vớ
với bề
bề mặt phá
phát
* Só
nguồn phá
phát là
là mặt trụ
trụ, nó
nó lan truyề
truyền theo phương hướ
hướng
Sóng trụ
trụ: phá
phát ra từ
từ nguồ
kính, thẳ
thẳng gó
góc vớ
với mặ
mặt trụ
trụ
* Só
cầu, nó

nó lan truyề
truyền theo mọ
mọi phương,
phương,
Sóng cầ
cầu: phá
phát ra từ
từ nguồ
nguồn phá
phát là
là mặt cầ
thẳ
thẳng gó
góc vớ
với mặ
mặt cầ
cầu

2 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

1


Bản quyền của BM Hàn & CNKL

21.09.2007

CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding


- Theo công dụ
dụng, trong
trong môi trườ
trường đà
đàn hồ
hồi hạ
hạn chế
chế, VD: trong cá
các thanh:
* Só
Sóng dọ
dọc: là sóng đà
đàn hồ
hồi, co dãn, hướ
hướng dao độ
động củ
của cá
các phầ
phần tử
tử trù
trùng
với hướ
hướng truyề
truyền só
sóng

* Só
đàn hồ
hồi mà
mà hướ

hướng dao độ
động củ
của cá
các phầ
phần tử
tử thẳ
thẳng gó
góc
Sóng ngang: là sóng đà
với phương truyề
truyền só
sóng

* Só
Sóng dọ
dọc - ngang: là sóng đà
đàn hồ
hồi vừ
vừa có
có dao độ
động dọ
dọc vừ
vừa có
có dao độ
động
ngang củ
của cá
các phầ
phần tử
tử theo phương truyề

truyền só
sóng

3 / 45

CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

* Só
động củ
của cá
các phầ
phần tử
tử
Sóng uố
uốn: là sóng lan truyề
truyền trong thanh mà
mà mặt dao độ
không song song vớ
với nhau như só
sóng ngang mà
mà đổ
đổi hướ
hướng nghiêng vớ
với đườ
đường
trụ
trục dọ
dọc thanh

* Só
tiết diệ
diện ngang nằ
nằm ở vị trí
trí của nó
nó nhưng
Sóng xoắ
xoắn: là sóng trượ
trượt mà
mà mỗi tiế
quay quanh trụ
trục thanh, còn trụ
trục thanh vẫ
vẫn giữ
giữ nguyên. Só
Sóng xoắ
xoắn nhậ
nhận đượ
được
khi thanh chị
chịu tá
tác dụ
dụng củ
của mômen xoắ
xoắn đà
đàn hồ
hồi
II.3. Phương
Phương trì
trình truyề

truyền só
sóng âm và
và siêu âm:

1 ∂2P ⎛ ∂2P ∂2P ∂2P ⎞
⎟
=⎜
+
+
c 2 ∂t 2 ⎜⎝ ∂x 2 ∂y 2 ∂z 2 ⎟⎠

P - áp lự
lực siêu âm
t - thờ
thời gian truyề
truyền só
sóng
c - tốc độ
độ siêu âm
x, y, z - tọa độ
độ Đề
Đề các 3D

Sóng dọ
dọc phẳ
phẳng 2D

4 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543


2


Bản quyền của BM Hàn & CNKL

21.09.2007

CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

Biể
Biểu thứ
thức xá
xác đị
định tố
tốc độ
độ âm trong chấ
chất rắ
rắn

;

5 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

II.4. Áp lự
lực âm (p): sự truyề
truyền só
sóng âm và

và siêu âm trong môi trườ
trường gây nên áp
lực âm và
và đượ
được xá
xác đị
định bở
bởi biể
biểu thứ
thức:

p = p1 − p 2

p1 - áp lự
lực tĩ
tĩnh củ
của môi trườ
trường
p2 - áp lự
lực thay đổ
đổi do só
sóng âm gây ra

p 2 = p 0 . cos( ω t − kx )

ω = 2.π . f

Biên độ
độ áp lự
lực âm:


f - tần số
số siêu âm

p0 = ρ .c.v0 = ρ .c.ω. A

c - tốc độ
độ sóng âm

A - biên độ
độ dao độ
động
ρ - tỷ trọ
trọng củ
của môi trườ
trường
x - tọa độ
độ

6 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

3


Bản quyền của BM Hàn & CNKL

21.09.2007

CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding


II.5. Năng lượ
lượng âm (E): Mật độ
độ năng lượ
lượng âm có
có thể
thể xác đị
định theo độ
động năng
khi tố
tốc độ
độ dao độ
động đạ
đạt cự
cực đạ
đại

1
m.v0
ρ .V .v0
ρ .ω 2 . A2
2
=
= .ρ .v0 =
2.V
2.V
2
2
2


E=

2

Ở đây:
đây: E – mật độ
độ năng lượ
lượng âm; v0 – biên độ
độ tốc độ
độ;
A – biên độ
độ dịch chuyể
chuyển; V – thể
thể tích môi trườ
trường
II.6. Cườ
một đơn vị
vị
Cường độ
độ âm (I): Cườ
Cường độ
độ âm là
là năng lượ
lượng âm truyề
truyền qua mộ
diệ
diện tí
tích bề
bề mặt đặ
đặt thẳ

thẳng gó
góc vớ
với phương truyề
truyền só
sóng
sau mộ
một đơn vị
vị thờ
thời gian

p02
1
2
2
I = E.c = .ρ .c.ω . A =
2
2.ρ .c

[W/cm2]

Cườ
Cường độ
độ âm nghe đượ
được < 1010-3W/cm2
Cường độ
độ âm trung bì
bình từ
từ 0.1 ÷ 2 W/cm2
Cường độ
độ âm cao > 10W/cm2


7 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

II.7. Trở
Trở khá
kháng só
sóng củ
của môi trườ
trường (Z):

Z = ρ .c
Sự liên hệ
hệ giữ
giữa Z và
và p0, v0:

Z=

p0
v0

v0 =

F0
F
= 0
Z .S Z 0


v0 = ω. A = 2.π . f . A

Ở đây:
đây: v0- biên độ
độ tốc độ
độ; SS- diệ
diện tí
tích; F0- biên độ
độ lực; A- Biên độ
độ dao độ
động
- Đạ
Đại lượ
lượng Z và
và Z0 là trở
trở khá
kháng tá
tác dụ
dụng, nó
nó không tí
tích lũ
lũy năng lượ
lượng mà
mà tiêu
hao năng lượ
lượng ở dạng tổ
tổn hao nhiệ
nhiệt.
- Trở

đối vớ
với sự
sự truyề
truyền só
sóng, nó
nó biể
biểu thị
thị ảnh hưở
hưởng
Trở khá
kháng só
sóng có
có ý nghĩ
nghĩa lớ
lớn đố
của môi trườ
trường đế
đến tố
tốc độ
độ dao độ
động. Nế
Nếu môi trườ
trường không có
có tổn hao thì
thì biên
độ
độ tốc độ
độ sẽ không thay đổ
đổi


8 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

4


Bản quyền của BM Hàn & CNKL

21.09.2007

II.8. Công suấ
suất âm (W): đượ
được xá
xác đị
định bằ
bằng công thứ
thức:

CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

w=

1 2
.v 0 .Z = 2.π 2 . f 2 . A 2 .Z
2

II.9. Sự
Sự hấp thụ
thụ âm: đượ
được đặ

đặc trưng bở
bởi sự
sự suy giả
giảm cườ
cường độ
độ âm và
và biên độ
độ
dao độ
động theo chiề
chiều dà
dài truyề
truyền só
sóng:

I = I0.e-2αx

A = A0.e-2αx

Ở đây: I, A – cường độ âm và biên độ dao động
I0, A0 – cường độ âm và biên độ dao động ban đầu
α - hệ số hấp thụ âm (1/m)
x - chiều dài truyền sóng (m)

9 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

II.10. Sự

Sự phả
phản xạ
xạ và khú
khúc xạ
xạ của só
sóng âm:
Sóng âm khi truyề
truyền qua biên giớ
giới phân chia giữ
giữa hai môi trườ
trường có
có sinh ra hiệ
hiện
tượ
tượng phả
phản xạ
xạ và khú
khúc xạ
xạ. Cườ
Cường độ
độ phả
phản xạ
xạ của só
sóng âm xá
xác đị
định theo biể
biểu
thứ
thức:


I = I0.K2
Ở đây:
đây: I0 – cườ
cường độ
độ sóng tớ
tới
I – cườ
cường độ
độ sóng phả
phản xạ
xạ
K – hệ số phả
phản xạ
xạ :

K=

ρ1.c1 − ρ 2 .c2 Z1 − Z 2
=
ρ1.c1 + ρ 2 .c2 Z1 + Z 2

- Nếu sóng tới từ môt trường 1 đập vào biên giới phân chia môi trường với góc
tới θ1, và khúc xạ vào môi trường 2 với góc khúc xạ θ2 thì sự liên hệ giữa
θ1và θ2 được xác định theo biểu thức:

sin θ1 c1
=
sin θ 2 c 2

Nếu c2 > c1 thì θ2 > θ1; khi θ2 = 90o thì góc tới lúc này gọi là góc

tới “tới hạn” θth. Nếu θ1 > θth thì xảy ra phản xạ hoàn toàn, năng
lượng dao động không truyền được từ môi trường 1 vào môi
trường 2

10 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

5


Bản quyền của BM Hàn & CNKL

21.09.2007

III. Nguyên lý hà
hàn siêu âm:

CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

HF

1- Oscillator – nguồ
nguồn dao độ
động siêu âm (tầ
(tần số
số không đổ
đổi)
2- Coupler – thanh truyề
truyền só
sóng

3- Fixing – khớ
khớp nố
nối cố
cố đị
định
4- Sonotrode – cực hà
truyền và
và khuế
khuếch đạ
đại biên độ
độ dao độ
động)
hàn (thanh truyề
5- Workpiece – chi tiế
tiết hà
hàn
6- Anvil – giá
giá đỡ
đỡ (đe
(đe))
7- Clamping force – bộ tạo lự
lực ép
8- Direction of vibration – hướ
hướng dao độ
động

11 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding


III.1. Mô tả
tả quá
quá trì
trình:

HF

Dòng điệ
điện cao tầ
tần từ
từ máy phá
phát HF
truyề
truyền và
vào biế
biến tử
tử 1 để tạo ra dao độ
động
cơ họ
học vớ
với tầ
tần số
số siêu cao.
Siêu âm từ
từ biế
biến tử
tử 1 truyề
truyền qua thanh
truyề

truyền só
sóng 2 qua khớ
khớp nố
nối 3, rồ
rồi
truyề
truyền và
vào cự
cực hà
hàn 4 và
và truyề
truyền dao
động siêu âm cho chi tiế
tiết hà
hàn 5.
Cực hà
hàn 4 ép cá
các chi tiế
tiết hà
hàn 5 bằ
bằng
một lự
nhất đị
định nhờ
nhờ bộ tạo lự
lực ép 7.
7.
lực nhấ
Dướ
Dưới tá

tác dụ
dụng củ
của dao độ
động đà
đàn hồ
hồi
siêu cao tầ
tần, lớ
lớp mà
màng bề
bề mặt củ
của chi
tiế
sẽ bị phá
phá hủy và
và các phầ
phần tử
tử
tiết hà
hàn sẽ
của vậ
vật liệ
liệu ở vùng hà
hàn có
có sự khuế
khuếch
tán, thẩ
thẩm thấ
thấu lẫ
lẫn nhau rấ

rất nhanh (từ
(từ
1/10 đế
đến và
vài giây) tạ
tạo nên liên kế
kết hà
hàn.
Biế
Biến dạ
dạng dẻ
dẻo cụ
cục bộ
bộ tại cá
các đỉ
đỉnh tiế
tiếp
xúc và
và nhiệ
nhiệt do ma sá
sát sẽ
sẽ làm cho quá
quá
trì
hơn!
trình hà
hàn dễ
dễ dàng hơn!

- Chi tiế

tiết hà
hàn phí
phía trên sẽ
sẽ dao độ
động
theo phương song song vớ
với bề
bề mặt
tiế
tiếp xú
xúc giữ
giữa 2 chi tiế
tiết hà
hàn
- Nhờ
sẽ có ma sá
sát giữ
giữa
Nhờ có lực ép nên sẽ
2 chi tiế
tiết hà
hàn Æ sinh nhiệ
nhiệt tạ
tại chỗ
chỗ tiế
tiếp
xú c
- Nhờ
làm
Nhờ có lực ép và

và sự trượ
trượt mạ
mạnh là
cho cá
các đỉ
đỉnh tiế
tiếp xú
xúc bị
bị biế
biến dạ
dạng dẻ
dẻo
cục bộ
bộ

12 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

6


Bản quyền của BM Hàn & CNKL

21.09.2007

III.2. Quá
Quá trì
trình hì
hình thà
thành mố

mối hà
hàn siêu âm:

CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

1. Phá
Phá vỡ lớp mà
màng
ôxit củ
của cả
cả 2 chi tiế
tiết
hàn

Liên kế
kết kim loạ
loại khi hà
hàn siêu âm

2. Cá
Các nguyên tử
tử
khuế
khuếch tá
tán lẫ
lẫn nhau
khi lớ
lớp ôxit bị
bị phá
phá

hủy

3. Khi không còn
lớp ôxit ngăn cá
cách,
liên kế
kết kim loạ
loại
đượ
được hì
hình thà
thành

Biế
Biến dạ
dạng dẻ
dẻo cụ
cục bộ
bộ khi hà
hàn
siêu âm

Nhiệ
Nhiệt sinh ra khi hà
hàn siêu âm

13 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding


III.3. Cá
Các dạ
dạng hà
hàn siêu âm:

Hàn siêu âm điể
điểm

Hàn siêu âm đườ
đường

14 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

7


CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

Bản quyền của BM Hàn & CNKL

21.09.2007

Hàn siêu âm chu vi
kín – dao độ
động xoắ
xoắn

Hàn siêu âm

chấ
chất dẻ
dẻo
- Hướ
Hướng dao độ
động vuông gó
góc vớ
với
mặt tiế
tiếp xú
xúc củ
của cá
các chi tiế
tiết hà
hàn

15 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

IV. Đặ
Đặc điể
điểm củ
của hà
hàn siêu âm:

CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

Ưu điể
điểm củ
của hà

hàn siêu âm:
- Có khả
mỡ nhờ
nhờ có ma
khả năng tự
tự phá
phá bỏ lớp oxýt bề
bề mặt và
và làm sạ
sạch tố
tốt dầ
dầu mỡ
sát, dị
dịch trượ
trượt giữ
giữa cá
các vậ
vật hà
hàn. Hà
Hàn siêu âm có
có khả
khả năng hà
hàn nố
nối cá
các chi tiế
tiết
kim loạ
loại mà
mà không cầ
cần là

làm sạ
sạch lớ
lớp bề
bề mặt, không cầ
cần nấ
nấu chả
chảy chỗ
chỗ hàn.
Điề
Điều nà
này rấ
rất lợ
lợi khi hà
hàn dây dẫ
dẫn trong thiế
thiết bị
bị điệ
điện, điệ
điện tử
tử.
- Hàn siêu âm có
có thể
thể hàn tố
tốt nhữ
những kim loạ
loại có
có điệ
điện trở
trở nhỏ
nhỏ (như

(như đồ
đồng điệ
điện kỹ
kỹ
thuậ
thuật, nhôm, bạ
bạc, và
vàng, …) mà
mà các phương phá
pháp khá
khác khó
khó khăn.
khăn.
- Hàn siêu âm không hạ
hạn chế
chế chiề
chiều dà
dày vậ
vật hà
hàn, đặ
đặc biệ
biệt có
có thể
thể hàn đượ
được cá
các
lá kim loạ
giấy kim loạ
loại.
loại rấ

rất mỏ
mỏng, hà
hàn cá
các giấ
- Hàn siêu âm có
có thể
thể hàn cá
các kim loạ
loại khá
khác nhau vớ
với nhau, hà
hàn kim loạ
loại vớ
với phi
kim, hà
hàn chấ
chất dẻ
dẻo, hà
hàn xương,...
xương,...
- Hàn siêu âm cho phé
phép cá
các chi tiế
tiết hà
hàn có
có tỷ lệ chiề
chiều dà
dày tớ
tới 1:1000.
- Hàn siêu âm tiêu tố

tốn ít năng lượ
lượng, dễ
dễ tự độ
động hó
hóa, thờ
thời gian hà
hàn nhanh
Nhượ
hàn siêu âm:
Nhược điể
điểm củ
của hà
- Nhượ
Nhược điể
điểm cơ bả
bản củ
của hà
hàn siêu âm là
là chấ
chất lượ
lượng mố
mối hà
hàn không ổn đị
định do
ξ, f, F0 không ổn đị
định và
và bề mặt vậ
vật hà
hàn không tố
tốt.


16 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

8


Bản quyền của BM Hàn & CNKL

21.09.2007

V. Ứng dụ
dụng củ
của hà
hàn siêu âm:

CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

- Hàn siêu âm là
là một phương phá
pháp hà
hàn tiên tiế
tiến, rấ
rất có
có triể
triển vọ
vọng.
- Phạ
Phạm vi ứng dụ
dụng rấ

rất rộ
rộng rãi và
và đa dạ
dạng
V.1. Hà
Hàn cá
các dây dẫ
dẫn điệ
điện

17 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

V.2. Hà
Hàn cá
các tiế
tiếp điể
điểm, hà
hàn nố
nối cá
các linh kiệ
kiện

18 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

9



Bản quyền của BM Hàn & CNKL

21.09.2007

CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

V.3. Hà
Hàn cá
các ống vớ
với tấ
tấm siêu mỏ
mỏng

19 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

V.4. Hà
Hàn cá
các liên kế
kết chồ
chồng cho nhôm, đồ
đồng, ...

) Hàn siêu âm thườ
thường dù
dùng để
để

hàn cá
các mà
màng mỏ
mỏng, tấ
tấm mỏ
mỏng,
dây kim loạ
loại,... trong công nghiệ
nghiệp
điệ
điện, điệ
điện tử
tử và cơ khí
khí chí
chính xá
xác

20 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

10


Bản quyền của BM Hàn & CNKL

21.09.2007

VI. Công nghệ
nghệ hàn siêu âm:


CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

VI.1. Nhữ
Những đặ
đặc điể
điểm củ
của công nghệ
nghệ hàn siêu âm:
1. Hà
Hàn siêu âm là
là quá
quá trì
trình đưa dao độ
động và
vào vù
vùng hà
hàn ở tần số
số siêu âm.
Trong vù
có sự truyề
truyền ứng suấ
suất đà
đàn hồ
hồi nên dễ
dễ phá
phát sinh cá
các vế
vết
vùng hà
hàn do có

nứt tế
tế vi. Kim loạ
loại hà
hàn cà
càng ké
kém dẻ
dẻo thì
thì vết nứ
nứt tế
tế vi cà
càng nhiề
nhiều. Để
Để giả
giảm cá
các
vết nứ
nứt tế
tế vi ngườ
người ta kẹ
kẹp chắ
chắc vậ
vật hà
hàn bằ
bằng cá
các bà
bàn kẹ
kẹp có
có tấm đệ
đệm cao su
và làm sạ

sạch sơ bộ
bộ ba via, ủ sơ bộ
bộ vật hà
hàn nế
nếu cầ
cần.
2. khi hà
hàn dễ
dễ xảy ra hiệ
hiện tượ
tượng tá
tách cá
các chi tiế
tiết hà
hàn ra vớ
với nhau. Để
Để khắ
khắc phụ
phục
hiệ
hiện tượ
tượng nà
này cũ
cũng cầ
cần dù
dùng bà
bàn kẹ
kẹp để
để kẹp chặ
chặt chi tiế

tiết ở vị trí
trí hàn. Điề
Điều
này có
hàn lên 60%.
có thể
thể làm tăng sứ
sức bề
bền mố
mối hà
3. Khi hà
hàn siêu âm cự
cực hà
hàn cà
càng ép chặ
chặt và
vào vậ
vật hà
hàn thì
thì năng lượ
lượng siêu âm
truyề
truyền và
vào vù
vùng hà
hàn cà
càng tăng nhưng cự
cực hà
hàn dễ
dễ dính bá

bám và
vào vậ
vật hà
hàn. Để
Để
khắ
ắ
c
phụ
ụ
c
hiệ
ệ
n
tượ
ợ
ng
nà
à
y
ngườ
ờ
i
ta
chọ
ọ
n
vậ
ậ
t

liệ
ệ
u
là
à
m
cự
ự
c
hà
à
n
sao
cho
dễ
ễ
kh ph hi tư
n ngư
ch
v li l
c
h
d
bám chắ
chắc và
vào cự
cực hà
hàn nhưng chưa đủ
đủ khả
khả năng dí

dính bá
bám.
4. Hà
Hàn siêu âm là
làm việ
việc ở chế
chế độ
độ cộng hưở
hưởng để
để có biên độ
độ dao độ
động cự
cực đạ
đại.
Nếu trệ
trệch ra khỏ
khỏi vù
vùng cộ
cộng hưở
hưởng hiệ
hiệu quả
quả sẽ giả
giảm. Để
Để đả
đảm bả
bảo điề
điều nà
này
không đượ
dáng kí

kích thướ
thước củ
của hệ
hệ dao độ
động nhấ
nhất là
là
được tù
tùy tiệ
tiện thay đổ
đổi hì
hình dá
thanh truyề
truyền só
sóng.

21 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

VI.2. Vậ
Vật liệ
liệu và
và tổ hợp vậ
vật liệ
liệu có
có thể
thể hàn bằ
bằng siêu âm: theo Ruge


22 / 45

Ngoà
Ngoài ra có
có thể
thể hàn:
Nhôm – thủ
thủy tinh
Kim loạ
loại – chấ
chất dẻ
dẻo
Kim loạ
sứ
loại – gốm sứ
Hàn cá
các loạ
loại sợ
sợi vả
vải trong ngà
ngành dệ
dệt
Hàn cá
các vậ
vật liệ
liệu composite vớ
với nhau
Hàn kim loạ
loại vớ

với composite
V.v...

Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

11


Bản quyền của BM Hàn & CNKL

21.09.2007

VI.3. Cá
Các thông số
số quá
quá trì
trình hà
hàn siêu âm:

CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

- Tần số
số siêu âm: 20 ... 65 KHz (mỗ
(mỗi má
máy hà
hàn có
có duy nhấ
nhất 1 giá
giá trị
trị tần số

số)
- Biên độ
độ dao độ
động siêu âm: 1 ... 50 µm
- Lực ép: 1 ... 6000 N

Các thông số
số đượ
được điề
điều
chỉ
chỉnh trong quá
quá trì
trình hà
hàn

- Thờ
Thời gian hà
hàn: 0,005 ... 1 s
- Chuẩ
Chuẩn bị
bị bề mặt chỗ
chỗ hàn: không cầ
cần
- Nhiệ
chảy lỏ
lỏng
Nhiệt độ
độ cực đạ
đại tạ

tại vù
vùng hà
hàn: < 60% To chả
- Biế
Biến dạ
dạng dẻ
dẻo cụ
cục bộ
bộ: < 5% chiề
chiều dà
dày phôi hà
hàn
Khoả
Khoảng chiề
chiều dà
dày có
có thể
thể hàn củ
của phôi ở phí
phía tiế
tiếp giá
giáp vớ
với điệ
điện cự
cực hà
hàn [mm]
(chiề
(chiều dà
dày phôi ở phí
phía gá

gá kẹp là
là không hạ
hạn chế
chế)

Hàn siêu âm điểm
Hàn siêu âm đường

Hợp kim nhôm

Thép

0 ... 3

0 ... 0,5

0 ... 0,5

0 ... 0,1

23 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

VI.4. Nhữ
Những thông số
số cơ bả
bản xá
xác đị

định quá
quá trì
trình hà
hàn và
và ảnh hưở
hưởng củ
của chú
chúng:
VI.4.1. Ảnh hưở
hưởng củ
của biên độ
độ dao độ
động đầ
đầu hà
hàn ξ đế
đến quá
quá trì
trình hà
hàn:
- Biên độ
ộ
dao
độ
ộ
ng
đầ
ầ
u
hà
à

n
ξ
l
à
thông
số
ố
cơ
bả
ả
n
củ
ủ
a
hà
à
n
siêu
âm,
nó
đ
đ
đ h
s
b c h
nó xác đị
định
khả
khả năng khử
khử bỏ lớp oxýt ở bề mặt vậ

vật hà
hàn, nó
nó ảnh hưở
hưởng đế
đến kí
kích thướ
thước
vùng biế
nối.
biến dạ
dạng dẻ
dẻo và
và ảnh hưở
hưởng đế
đến chấ
chất lượ
lượng mố
mối nố
- Nếu tăng ξ thì
thì độ
độ bền mố
mối hà
hàn tăng.
tăng. Nhưng
Nhưng nế
nếu tăng ξ quá
quá mức thì
thì có thể
thể xảy
ra sự

mối hà
hàn. Ngượ
Ngược lạ
lại nế
nếu ξ nhỏ
nhỏ quá
quá thì
thì không đủ
đủ công suấ
suất để
để tạo
sự phá
phá hủy mố
thà
thành mố
mối hà
hàn.
- Nếu chiề
chiều dà
dày vậ
vật hà
hàn tăng thì
thì tổn hao sẽ
sẽ tăng,
tăng, đòi hỏ
hỏi biên độ
độ dao độ
động ξ
phả
phải tăng.

tăng. Trị
Trị số của biên độ
độ tỷ lệ với áp lự
lực phá
pháp tuyế
tuyến và
và có thể
thể xác đị
định
bằng biể
biểu thứ
thức:

ξ=

τx

G

.h + k

Ở đây:
số ≈ 1µk; h - chiề
chiều cao vù
vùng biế
biến dạ
dạng dẻ
dẻo củ
của mố
mối hà

hàn;
đây: k - là hằng số

τ

x

- ứng suấ
suất tiế
tiếp trong vù
vùng biế
biến dạ
dạng; G - môđun trượ
trượt.

) Thườ
Thường nế
nếu chiề
chiều dà
dày vậ
vật hà
hàn δ = 0.01 ÷ 0.2 mm thì
thì ξ = 3 ÷ 4 µk;
nếu δ = 1 ÷ 2 mm thì
thì ξ = 10 ÷ 13 µk.

24 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

12



CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

Bản quyền của BM Hàn & CNKL

21.09.2007

VI.4.2. Ảnh hưở
hưởng củ
của áp lự
lực ép tĩ
tĩnh:
- Khi hà
à
n
siêu
âm,
để
ể
nhậ
ậ
n
đượ
ợ
c
mố
h
đ nh đư
mối hà

hàn, cự
cực hà
hàn cầ
cần ép lên vậ
vật hà
hàn mộ
một lự
lực
ép tĩ
ĩ
nh
nhấ
ấ
t
đị
ị
nh
F
.
Lự
ự
c
é
p
tĩ
ĩ
nh
F
r
ấ

t
quan
trọ
ọ
ng
khi
hà
à
n,
nó
ó
đả
ả
m
bả
ả
o
sự
ự
t
nh đ
t
tr
h
n đ
b s tiế
tiếp
0 L
0
xúc củ

của cự
cực hà
hàn vớ
với vậ
vật hà
hàn, đả
đảm bả
bảo ma sá
sát cầ
cần thiế
thiết để
để phá
phá hủy lớ
lớp oxýt bề
bề
mặt vậ
vật hà
hàn, gây nên sự
sự chả
chảy dẻ
dẻo trong vù
vùng hà
hàn và
và mang năng lượ
lượng và
vào
vùng hà
hàn, truyề
truyền năng lượ
lượng cho cá

các phầ
phần tử
tử vật hà
hàn để
để chú
chúng khuế
khuếch tá
tán,
thẩ
thẩm thấ
thấu lẫ
lẫn nhau.
- F0 tăng vớ
với sự
sự tăng giớ
giới hạ
hạn chả
chảy, độ
độ cứng và
và chiề
chiều dà
dày vậ
vật liệ
liệu hà
hàn.
Xác đị
định lự
lực ép tĩ
tĩnh F0 theo biể
biểu thứ

thức sau:
F0 = б T . S
Ở đây:
đây: бT – giớ
giới hạ
hạn chả
chảy củ
của vậ
vật liệ
liệu hà
hàn.
S – diệ
diện tí
tích điệ
điện cự
cực hà
hàn – vết cự
cực hà
hàn trên phôi.
- Khi F0 = 0 thì
thì trở
trở khá
kháng củ
của tả
tải trọ
trọng và
và công suấ
suất đưa và
vào vù
vùng hà

hàn = 0.
- Khi F0

→ ∞ thì
thì ξ→ 0 và
và cực hà
hàn coi như bị
bị kẹp chặ
chặt.

Thườ
Thường F0 = 30; 60; 90; 120; 150KG.
150KG.
Chú
Chú ý: khi hà
hàn, do vậ
vật hà
hàn biế
biến dạ
dạng nên có
có sự thay đổ
đổi diệ
diện tí
tích tiế
tiếp xú
xúc củ
của
cực hà
hàn vớ
với vậ

vật hà
hàn dẫ
dẫn đế
đến thay đổ
đổi trở
trở khá
kháng cơ họ
học củ
của hệ
hệ và thay
đổ
đổi lự
lực ép tĩ
tĩnh F0.

25 / 45

CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

VI.4.3. Quan hệ
hệ giữ
giữa lự
lực ép tĩ
tĩnh F0, biên
biên độ
độ dao độ
động ξ của đầ
đầu cự

cực hà
hàn và
và công
suấ
suất củ
của hệ
hệ dao độ
động P:
- Quan hệ
hệ giữ
giữa F0 , ξ và P quyế
quyết đị
định hiệ
hiệu suấ
suất củ
của hà
hàn siêu âm. Thự
Thực nghiệ
nghiệm
ngườ
người ta đã chứ
chứng minh rằ
rằng: lự
lực ép tĩ
tĩnh F0 tăng tỷ
tỷ lệ với biên độ
độ dao độ
động
đầ
đầu cự

cực hà
hàn. ξ tăng khi tăng công suấ
suất củ
của hệ
hệ dao độ
động.
- Quan hệ
hệ giữ
giữa F0 , ξ và P đượ
được cho dướ
dưới đây:
đây:

P [W]

ξ [µm]

F0 [Kg]

500

25

33 – 54

500

15

55 – 90


500

7

120 - 200

) Ngoà
Ngoài ra khi chiề
chiều dà
dày vậ
vật hà
hàn tăng thì
thì công suấ
suất yêu cầ
cầu P cũ
cũng phả
phải tăng

26 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

13


Bản quyền của BM Hàn & CNKL

21.09.2007

CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding


VI.5. Cơ chế
chế hình thà
thành mố
mối hà
hàn khi hà
hàn siêu âm:
VI.5.1. Điề
Điều kiệ
kiện hì
hình thà
thành mố
mối hà
hàn:
- Sự hình thà
thành mố
mối hà
hàn khi hà
hàn siêu âm quyế
quyết đị
định bở
bởi biên độ
độ và tốc độ
độ dao
độ
động, áp lự
lực hà
hàn và
và thờ
thời gian hà

hàn. Mặ
Mặt khá
khác chị
chịu ảnh hưở
hưởng bở
bởi tí
tính chấ
chất củ
của
vật liệ
liệu hà
hàn và
và cơ lý lớ
lớp mỏ
mỏng bề
bề mặt vậ
vật hà
hàn.
- Khi hà
hàn siêu âm, năng lượ
lượng siêu âm đưa và
vào vù
vùng hà
hàn là
làm cho cá
các phầ
phần tử
tử
của vậ
vật liệ

liệu vậ
vật hà
hàn dao độ
động đà
đàn hồ
hồi, là
làm tăng nhiệ
nhiệt độ
độ vùng hà
hàn, là
làm vỡ
vỡ lớp
cứng nguộ
lớp dầ
dầu mỡ
mỡ bám và
vào bề
bề mặt và
và làm
nguội ở bề mặt vậ
vật liệ
liệu, là
làm chả
chảy lớ
biế
biến dạ
dạng dẻ
dẻo vậ
vật liệ
liệu vậ

vật hà
hàn gây nên hiệ
hiện tượ
tượng khuế
khuếch tá
tán, thẩ
thẩm thấ
thấu củ
của
các vậ
vật liệ
liệu hà
hàn rấ
rất mãnh liệ
liệt và
và gây nên hiệ
hiện tượ
tượng kế
kết tinh lạ
lại đố
đối vớ
với vậ
vật hà
hàn
kim loạ
loại là
làm cho cá
các vậ
vật hà
hàn dí

dính lạ
lại vớ
với nhau.

Liên kế
kết kim loạ
loại khi hà
hàn siêu âm

27 / 45

CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

- Thự
Thực nghiêm chứ
chứng minh rằ
rằng điề
điều kiệ
kiện để
để các vậ
vật hà
hàn từ
từ các kim loạ
loại khá
khác
nhau khuế
khác
khuếch tá

tán thẩ
thẩm thấ
thấu và
và dính bá
bám vớ
với nhau khi hà
hàn siêu âm là
là sự khá
nhau củ
của đườ
đường kí
kính nguyên tử
tử của chú
chúng nhỏ
nhỏ hơn 15 ÷ 18%.
- Khi đườ
đường kí
kính nguyên tử
tử của chú
chúng khá
khác nhau từ
từ 19 đến 44% thì
thì không xả
xảy
ra quá
quá trì
trình thẩ
thẩm thấ
thấu. Điề
Điều kiệ

kiện nà
này trù
trùng vớ
với điề
điều kiệ
kiện hòa tan cá
các kim loạ
loại.
) Như vậ
vậy cá
các kim loạ
loại có
có thể
thể hàn đượ
được vớ
với nhau khi chú
chúng có
có khả
khả năng hòa
tan và
vào nhau ở thể
thể đặ
đặc.
- Tính hà
hàn củ
của kim loạ
loại khi hà
hàn siêu âm đượ
được xá
xác đị

định bở
bởi tí
tính chấ
chất cơ lý củ
của
vật liệ
liệu ở nhiệ
nhiệt độ
độ hàn, tí
tính chấ
chất củ
của hệ
hệ dao độ
động và
và hàng loạ
loạt cá
các yế
yếu tố
tố khá
khác
(như
(như trạ
trạng thá
thái bề
bề mặt củ
của vậ
vật hà
hàn, cự
cực hà
hàn…).

- Ta xé
xét ảnh hưở
hưởng củ
của tố
tốc độ
độ dao độ
động v, áp lự
lực F0, và
và thờ
thời gian hà
hàn t đế
đến quá
quá
trì
ì
nh
tạ
ạ
o
thà
à
nh
mố
ố
i
hà
à
n:
V
ậ

t
hà
à
n
trướ
ớ
c
khi
hà
à
n
đượ
ợ
c
é
p
lạ
ạ
i
vớ
ớ
i
nhau
bở
ở
i
lự
ự
c
tr

t th
m h
h trư
h đư
l v
b l
ờng ≈ 2 µm)
ép tĩ
Dưới tá
tác dụ
dụng củ
của F0, lớ
lớp nhấ
nhấp nhô tế
tế vi bề
bề mặt vậ
vật hà
hàn (thư
(thườ
tĩnh F0. Dướ
bị biế
biến dạ
dạng dẻ
dẻo gây nên sự
sự “chả
chảy trà
tràn”. Khi
Khi đưa dao độ
động siêu âm và
vào vù

vùng hà
hàn,
gây nên sự
sự biế
biến dạ
dạng trượ
trượt củ
của lớ
lớp kim loạ
loại bề
bề mặt tiế
tiếp xú
xúc. Sự
Sự “chả
chảy trà
tràn” tiế
tiếp tụ
tục
tăng và
và xuấ
xuất hiệ
hiện nhữ
những điể
điểm tiế
tiếp xú
xúc mớ
mới. Đồ
Đồng thờ
thời lớ
lớp oxýt bề

bề mặt bị
bị vỡ vụn và
và
phá
tiếp tụ
tục, cứ
cứ
phát sinh nhữ
những vù
vùng thẩ
thẩm thấ
thấu kim loạ
loại hà
hàn lẫ
lẫn nhau. Biế
Biến dạ
dạng dẻ
dẻo tiế
thế
thế tiế
tiếp tụ
tục là
làm tăng kí
kích thướ
thước vù
vùng thẩ
thẩm thấ
thấu và
và tạo thà
thành mố

mối hà
hàn.

28 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

14


Bản quyền của BM Hàn & CNKL

21.09.2007

Cấu trú
trúc kim loạ
loại củ
của mố
mối hà
hàn siêu âm

CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

không có
có lớp ôxit

có
có lớp ôxit bề
bề mặt

VD:

viện hà
hàn Lêningrat (Liên Xô cũ
cũ) đã nghiên cứ
cứu thự
thực nghiệ
nghiệm cơ cấ
cấu tạ
tạo
VD: Ở việ
thà
thành mố
mối hà
hàn vớ
với cá
các kim loạ
loại khá
khác nhau (nhôm,
(nhôm, đồ
đồng, thé
thép, mangan, kẽ
kẽm,...)
Chiề
hàn δ = 1 + 1 mm; biên
biên độ
độ dao độ
động ξ = 16 µm;
Chiều dà
dày vậ
vật hà
Lực ép tĩ

thời gian hà
hàn t = 1,2 giây.
tĩnh F0 = 440KG; thờ

Ngườ
Người ta đã quan sá
sát đượ
được khi hà
hàn xả
xảy ra cá
các hiệ
hiện tượ
tượng biế
biến dạ
dạng dẻ
dẻo, sự
sự thẩ
thẩm
thấ
tán, nhữ
những phả
phản ứng
thấu củ
của kim loạ
loại nà
này vớ
với kim loạ
loại khá
khác, quá
quá trì

trình khuế
khuếch tá
hóa họ
học, sự
sự chả
chảy trong vù
vùng hà
hàn và
và hiệ
hiện tượ
tượng kế
kết tinh lạ
lại.

29 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

) Có thể
thể giả
giả thiế
thiết rằ
rằng: dao
dao độ
động siêu âm tạ
tạo nên nhữ
những lỗ
lỗ trố
trống củ
của mạ
mạng tinh


CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

thể
thẩm thấ
thấu phá
phát triể
triển
thể ở vùng thẩ
thẩm thấ
thấu do đó
đó càng tạ
tạo điề
điều kiệ
kiện cho sự
sự thẩ
- Thự
Thực nghiề
nghiềm ngườ
người ta còn chứ
chứng minh rằ
rằng sứ
sức bề
bền mố
mối hà
hàn không phụ
phụ thuộ
thuộc
vào thờ
thời gian hà

hàn mà
mà sức bề
bền mố
mối hà
hàn chỉ
chỉ tăng khi tăng số
số lượ
lượng vù
vùng thẩ
thẩm
thấ
thấu.
- Chế
Chế độ
độ hàn cũ
cũng ảnh hưở
hưởng lớ
lớn tớ
tới quá
quá trì
trình tạ
tạo thà
thành mố
mối hà
hàn. Ngườ
Người ta cho
rằng chế
chế độ
độ hàn hợ
hợp lý (biên

(biên độ
độ dao độ
động ξ , tố
tốc độ
độ hàn v, lự
lực ép tĩ
tĩnh F0) gây
nên ma sá
sát trên bề
bề mặt và
và trong vậ
vật hà
hàn, gây nên sự
sự mài mòn và
và phá
phá hủy lớ
lớp bề
bề
mặt tiế
xúc, tiế
tiếp theo là
là xuấ
xuất
tiếp xú
xúc, tạ
tạo nên sự
sự trượ
trượt và
và biế
biến dạ

dạng dẻ
dẻo lớ
lớp tiế
tiếp xú
hiệ
hiện cá
các vù
vùng thẩ
thẩm thấ
thấu và
và kết tinh lạ
lại bề
bền vữ
vững hơn.
hơn.
- Thự
Thực nghiệ
nghiệm chứ
chứng minh rằ
rằng:
+ Chế
Chế độ
độ hàn có
có ma sá
sát mạ
mạnh sẽ
sẽ gây ra mà
mài mòn quá
quá nhiề
nhiều ở bề mặt tiế

tiếp xú
xúc
tạo thà
thành mố
mối hà
hàn có
có sức bề
bền thấ
thấp .
+ Chế
hợp lý cho phé
phép nhậ
nhận đượ
được mố
mối hà
hàn không có
có dấu vế
vết
Chế độ
độ hàn có
có ξ và F0 hợ
mài mòn và
và có biế
biến dạ
dạng dẻ
dẻo lớ
lớn là
làm cho sứ
sức bề
bền mố

mối hà
hàn tố
tốt

30 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

15


CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

Bản quyền của BM Hàn & CNKL

21.09.2007

VI.5.2. Quá
Quá trì
trình nhiệ
nhiệt khi hà
hàn siêu âm:
- Đưa dao độ
động siêu âm và
vào vù
vùng hà
hàn, dẫ
dẫn đế
đến nung nó
nóng vù
vùng hà

hàn (vì
(vì dao
độ
Việc tăng nhiệ
nhiệt độ
độ vùng hà
hàn có
có ảnh
động đà
đàn hồ
hồi → ma sá
sát → sinh nhiệ
nhiệt). Việ
hưở
hưởng lớ
lớn tớ
tới sự
sự tạo thà
thành mố
mối hà
hàn. Khi hà
hàn siêu âm có
có 2 nguồ
nguồn phá
phát sinh
nhiệ
nhiệt: mộ
một do ma sá
sát ở vùng tiế
tiếp xú

xúc giữ
giữa cự
cực hà
hàn và
và vật hà
hàn, mộ
một do ma sá
sát ở
vùng tiế
tiếp xú
xúc giữ
giữa cá
các vậ
vật hà
hàn vớ
với nhau.
- Bằng thự
thực nghiệ
nghiệm ngườ
người ta đo đượ
được nhiệ
nhiệt độ
độ ở vùng hà
hàn bằ
bằng 0,6T0 chả
chảy củ
của
kim loạ
loại hà
hàn, nó

nó phụ
phụ thuộ
thuộc và
vào tí
tính chấ
chất lý nhiệ
nhiệt củ
của vậ
vật hà
hàn, tí
tính dẫ
dẫn nhiệ
nhiệt và
và
nhiệ
vào chế
chế độ
độ hàn.
nhiệt dung củ
của vậ
vật liệ
liệu, và
và phụ
phụ thuộ
thuộc và

Nhiệ
Nhiệt sinh ra khi hà
hàn siêu âm


31 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

- Khi tăng lự
lực ép tĩ
tĩnh F0 sẽ làm giả
giảm giá
giá trị
trị cực đạ
đại củ
của nhiệ
nhiệt độ
độ (vì
(vì: tăng F0 làm
giả
giảm công suấ
suất P, là
làm tăng diệ
diện tí
tích tiế
tiếp xú
xúc, là
làm tả
tản nhiệ
nhiệt nhanh. Đồ
Đồng thờ
thời
tăng F0 sẽ làm giả

giảm ma sá
sát ngoà
ngoài, giả
giảm khả
khả năng truyề
truyền nhiệ
nhiệt).
Thự
Thực nghiệ
nghiệm cho thấ
thấy khi hà
hàn đồ
đồng, chiề
chiều dà
dày vậ
vật hà
hàn δ = 0.8 + 0.8mm; công
suấ
và
suất P = 1,5 KW; lự
lực ép tĩ
tĩnh F0 = 375KG; thì
thì nhiệ
nhiệt độ
độ ở vùng hà
hàn t0 = 115oC và
chấ
chất lượ
lượng mố
mối hà

hàn tố
tốt.

- Khi tăng biên độ
độ dao độ
động ξ thì
thì nhiệ
nhiệt độ
độ vùng hà
hàn tăng và
và khi tăng thờ
thời gian
hàn thì
thì nhiệ
nhiệt tỏ
tỏa ra cà
càng nhiề
nhiều cà
càng là
làm nhiệ
nhiệt độ
độ vùng hà
hàn tăng

32 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

16



CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

Bản quyền của BM Hàn & CNKL

21.09.2007

VI.6. Cá
Các chú
chú ý khi hà
hàn siêu âm:
VI.6.1. Áp lự
lực tiế
tiếp xú
xúc F0:
- Áp lự
lực tiế
tiếp xú
xúc F0 cần bả
bảo đả
đảm đủ
đủ lớn để
để năng lượ
lượng siêu âm truyề
truyền và
vào
vùng hà
hàn tố
tốt tạ
tạo điề
điều kiệ

kiện cho cá
các chi tiế
tiết hà
hàn liên kế
kết vớ
với nhau. Khi áp lự
lực ép
F0 tăng thì
thì công suấ
suất hà
hàn P tăng,
tăng, dộ
dộ bền mố
mối hà
hàn tăng .
- Nhưng nế
nếu tăng F0 lớn quá
quá sẽ làm cự
cực hà
hàn bị
bị buộ
buộc chặ
chặt do đó
đó thay đổ
đổi tí
tính
chấ
chất hệ
hệ dao độ
động là

làm độ
độ bền mố
mối hà
hàn giả
giảm. Trị
Trị số hợp lý củ
của F0 xác đị
định bằ
bằng
thự
thực nghiệ
nghiệm
VI.6.2. Thờ
Thời gian hà
hàn t:
- Nói chung thờ
thời gian hà
hàn cà
càng tăng thì
thì công suấ
suất hà
hàn P tăng và
và độ
độ bền mố
mối
hàn tăng.
tăng.
- Khi tăng thờ
thời gian hà
hàn t, có

có 3 thờ
thời kỳ
kỳ:
+ Thờ
Thời kỳ
kỳ 1:
1: P tăng nhanh,
nhanh, kim loạ
loại vậ
vật hà
hàn thẩ
thẩm thấ
thấu mạ
mạnh
+ Thờ
Thời kỳ
kỳ 2:
2: P tăng ít.
+ Thờ
Thời kỳ
kỳ 3:
3: giai
giai đoạ
đoạn ổn đị
định, P không tăng.
tăng.

33 / 45

CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding


Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

VI.6.3. Biên
Biên độ
độ dao độ
động ξ và công suấ
suất hà
hàn P:
- Ngườ
Người ta thấ
thấy rằ
rằng tăng công suấ
suất P thì
thì biên độ
độ dao độ
động tăng nên độ
độ bền
mối hà
hàn tăng.
tăng.
- Tuy nhiên việ
việc tăng ξ dẫn đế
đến việ
việc giả
giảm lự
lực ép tĩ
tĩnh F0 sao cho hợ
hợp lý. Nế
Nếu

tăng biên độ
độ ξ mà giữ
giữ nguyên F0 sẽ dẫn đế
đến sự
sự dính bá
bám củ
của kim loạ
loại vậ
vật hà
hàn
vào cự
cực hà
hàn. Còn tăng ξ mà giả
giảm F0 thì
thì dẫn đế
đến sự
sự thay đổ
đổi đặ
đặc tí
tính tiế
tiếp xú
xúc
của vậ
vật hà
hàn là
làm ảnh hưở
hưởng đế
đến chấ
chất lượ
lượng mố

mối hà
hàn
VI.6.4. Hì
kích thướ
thước vậ
vật hà
hàn:
Hình dá
dáng kí
- Hình dá
dáng kí
kích thướ
thước củ
của vậ
vật hà
hàn đượ
được thiế
thiết kế
kế sao cho tầ
tần số
số riêng củ
của nó
nó
tham gia và
vào hệ
hệ dao độ
động trù
trùng vớ
với tầ
tần số

số riêng củ
của cả
cả hệ để
để khi dao độ
động
đạ
đạt biên độ
độ cực đạ
đại (cộ
(cộng hưở
hưởng), là
làm tăng độ
độ bền mố
mối hà
hàn
VI.6.5. Số
lượng cự
cực hà
hàn:
Số lượ
- Số lượ
lượng cự
cực hà
hàn cà
càng nhiề
nhiều thì
thì độ
độ bền mố
mối hà
hàn cà

càng giả
giảm. Khi hà
hàn mộ
một mố
mối
năng lượ
lượng siêu âm tậ
tập trung hơn và
và chấ
chất lượ
lượng mố
mối hà
hàn cao hơn
VI.6.6. Tố
Tốc độ
độ dịch chuyể
chuyển củ
của chi tiế
tiết hà
hàn:
- Khi tăng tố
tốc độ
độ dịch chuyể
chuyển củ
của chi tiế
tiết hà
hàn, là
làm hệ
hệ dao độ
động dễ

dễ lệch khỏ
khỏi
vùng cộ
cộng hưở
hưởng là
làm giả
giảm độ
độ bền mố
mối hà
hàn. Giá
Giá trị
trị tối ưu củ
của tố
tốc độ
độ dịch
chuyể
chuyển chi tiế
tiết hà
hàn phả
phải đượ
được xá
xác đị
định bằ
bằng thự
thực nghiệ
nghiệm

34 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543


17


CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

Bản quyền của BM Hàn & CNKL

21.09.2007

VI.6.7. Độ
Độ sạch bụ
bụi bẩ
bẩn, dầ
dầu mỡ
mỡ, ... trên mặ
mặt vậ
vật hà
hàn:
- Một trong nhữ
những ưu việ
việt củ
của hà
hàn siêu âm là
là nhậ
nhận đượ
được mố
mối hà
hàn tố
tốt mà
mà không

cần gia công sơ bộ
bộ bề mặt vậ
vật hà
hàn để
để làm sạ
sạch dầ
dầu mỡ
mỡ và lớp oxýt. Tuy nhiên
trong mộ
một số
số trườ
trường hợ
hợp hà
hàn không cầ
cần là
làm sạ
sạch bề
bề mặt vậ
vật hà
hàn thì
thì độ
độ bền
giả
giảm đi 10 ÷ 15%
VI.6.8. Hì
Hình dá
dáng đầ
đầu cự
cực hà
hàn:

- Đầ
nhiệt độ
độ cao nên rấ
rất mau mòn, ảnh
Đầu cự
cực hà
hàn khi là
làm việ
việc do ma sá
sát lớ
lớn ở nhiệ
hưở
hưởng lớ
lớn đế
đến chấ
chất lượ
lượng mố
mối hà
hàn.
- Ngoà
Ngoài ra khi hà
hàn còn xả
xảy ra hiệ
hiện tượ
tượng kim loạ
loại hà
hàn dí
dính bá
bám và
vào đầ

đầu cự
cực
hàn (đôi khi sau 2 ÷ 3 lầ
lần hà
hàn phả
phải là
làm sạ
sạch đầ
đầu cự
cực hà
hàn ).
). Để khắ
khắc phụ
phục,
đầ
kế hợp lý:
đầu cự
cực hà
hàn phả
phải thiế
thiết kế
+ Đầu cự
cực hà
hàn hì
hình chỏ
chỏm cầ
cầu: loạ
loại nà
này hà
hàn đượ

được nhưng không ổn đị
định do
ứng suấ
suất phân bố
bố ở vùng hà
hàn không đề
đều.
+ Đầu cự
cực hà
hàn hì
hình chỏ
chỏm cầ
cầu có
có vát: áp lự
lực tiế
tiếp xú
xúc củ
của cự
cực hà
hàn vớ
với vậ
vật
liệ
định hơn.
hơn.
liệu hà
hàn đề
đều hơn,
hơn, do
do đó

đó ổn đị
+ Đầu cự
cực hà
hàn có
có vấu côn hoặ
hoặc vấ
vấu trụ
trụ, mặ
mặt phẳ
phẳng: loạ
loại nà
này ưu việ
việt hơn cả
cả
vì làm việ
Nhờ có gờ vai là
làm cho cự
cực hà
hàn và
và vật hà
hàn tiế
tiếp xú
xúc tố
tốt
việc ổn đị
định. Nhờ
hơn và
làm cho vậ
vật hà
hàn

và chỉ
chỉ có vấu hà
hàn lú
lún sâu và
vào vậ
vật hà
hàn khi biế
biến dạ
dạng là
không bị
bị rách

35 / 45

CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

VI.6.9. Trạ
Trạng thá
thái bề
bề mặt đầ
đầu cự
cực hà
hàn:
- Có ảnh hưở
hưởng lớ
lớn tớ
tới sự
sự hình thà

thành mố
mối hà
hàn và
và độ
độ bền cơ họ
học mố
mối hà
hàn.
Thông thườ
thường bề
bề mặt đầ
đầu cự
cực hà
hàn đượ
được khí
khía nhá
nhám để
để đả
đảm bả
bảo cho cự
cực hà
hàn
không bị
bị trượ
trượt trên chi tiế
tiết hà
hàn, trá
tránh tổ
tổn hao công suấ
suất hà

hàn
- Yêu cầ
cầu chung là
là bề mặt cự
cực hà
hàn phả
phải đả
đảm bả
bảo tiế
tiếp xú
xúc tố
tốt vớ
với chi tiế
tiết hà
hàn
VI.6.10. sự
sự mài mòn đầ
đầu cự
cực hà
hàn:
- Khi hà
hàn siêu âm, đầ
đầu cự
cực hà
hàn dướ
dưới tá
tác dụ
dụng củ
của dao độ
động đà

đàn hồ
hồi ở nhiệ
nhiệt độ
độ
cao khi ma sá
sát dễ
dễ sinh nhữ
những vế
vết nứ
nứt tế
tế vi. Kim loạ
loại vậ
vật hà
hàn khi biế
biến dạ
dạng dẻ
dẻo
dễ nhé
nhét và
vào cá
các vế
vết nứ
nứt đó
đó gây ra sự
sự dính kế
kết giữ
giữa cự
cực hà
hàn và
và vật liệ

liệu.
- Để
Để trá
tránh hiệ
hiện tượ
tượng nà
này đầ
đầu cự
cực hà
hàn phả
phải bề
bền, cứ
cứng, dai, ít bị
bị nứt khi là
làm
việ
được tôi
việc. Để
Để trá
tránh nứ
nứt cự
cực hà
hàn có
có thể
thể làm bằ
bằng BKBK-8, sau khi gia công đượ
cứng để
để đạ
đạt HRC = 40 ÷ 45
- Thự

Thực tế
tế vật liệ
liệu cự
cực hà
hàn khi hà
hàn siêu âm thườ
thường dù
dùng thé
thép C45, thé
thép gió
gió P18,
thé
thép vòng bi,..
- Nói chung cự
cực hà
hàn cà
càng cứ
cứng thì
thì đầ
đầu cự
cực hà
hàn cà
càng ít mòn,
khó
ó
d
í
nh
và
à

o
vậ
ậ
t
hà
à
n
kh
v v h

36 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

18


Bản quyền của BM Hàn & CNKL

21.09.2007

CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

VII. Thiế
Thiết bị
bị hàn siêu âm:

Máy hà
hàn siêu âm
đườ
đường (trá

(trái) và
và điể
điểm (phả
(phải)

Sơ đồ
đồ cấu tạ
tạo má
máy hà
hàn siêu âm điể
điểm

37 / 45

- Thiế
Thiết bị
bị để
để hàn siêu âm (không phụ
phụ thuộ
thuộc và
vào tí
tính chấ
chất vậ
vật liệ
liệu hà
hàn) gồ
gồm nhữ
những
khâu sau: nguồ
động cơ họ

học
nguồn cung cấ
cấp, thiế
thiết bị
bị điề
điều khiể
khiển chu kỳ
kỳ hàn, hệ
hệ dao độ
và bộ phậ
phận truyề
truyền áp lự
lực.
- Bộ phậ
nó dùng để
để
phận quan trọ
trọng nhấ
nhất củ
của thiế
thiết bị
bị hàn là
là hệ dao độ
động cơ họ
học, nó
biế
biến dao độ
động điệ
điện thà
thành dao độ

động cơ và
và truyề
truyền dao độ
động cơ và
vào vù
vùng hà
hàn. Hệ
Hệ
dao độ
với hiệ
hiệu suấ
suất điệ
điện – cơ cao nhấ
nhất ở tần số
số cộng
động cầ
cần phả
phả làm việ
việc vớ
hưở
hưởng không phụ
phụ thuộ
thuộc và
vào sự
sự thay đổ
đổi củ
của trở
trở khá
kháng tả
tải trọ

trọng
VII.1. Nguồ
Nguồn phá
phát dao độ
động siêu âm – biế
biến tử
tử:
Nguồ
Nguồn điệ
điện cao tầ
tần

Biế
Biến tử
tử từ giả
giảo
(hợ
(hợp kim Ni)

độ
ộ dao đ
độ
ộng
Biên đ

CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

Phầ

Phần tử
tử thay đổ
đổi kí
kích thướ
thước khi
bị đặ
đặt trong điệ
điện từ
từ trườ
trường

Nguồ
Nguồn có
có điệ
điện áp không đổ
đổi
để từ hóa ban đầ
đầu
- Điệ
Điện áp đặ
đặt và
vào biế
biến tử
tử thay đổ
đổi thì
thì kích thướ
thước
của biế
biến tử
tử bị thay đổ

đổi theo
Điể
Điểm nú
nút dao độ
động

- Tần số
của biế
biến tử
tử = tầ
tần số
số
số thay đổ
đổi kí
kích thướ
thước củ
của nguồ
nguồn điệ
điện cao tầ
tần

38 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

19


CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

Bản quyền của BM Hàn & CNKL


21.09.2007

Bộ biế
biến đổ
đổi điệ
điện - cơ (biế
(biến tử
tử) đượ
được là
làm bằ
bằng vậ
vật liệ
liệu từ
từ giả
giảo (Ni, FeFe-C0, hoặ
hoặc
vật liệ
tử làm bằ
bằng vậ
vật liệ
liệu từ
từ giả
giảo có
có hình dạ
dạng như mộ
một lõi
liệu áp điệ
điện). Biế
Biến tử

biế
biến thế
thế đượ
được ghé
ghép từ
từ nhữ
những tấ
tấm mỏ
mỏng, lõi
lõi đượ
được cuố
cuốn dây. Dòng điệ
điện cao tầ
tần
khi truyề
truyền và
vào cuộ
cuộn dây sẽ
sẽ tạo nên trườ
trường điệ
điện từ
từ. Dướ
Dưới tá
tác dụ
dụng củ
của trườ
trường
điệ
điện từ
từ này trong lõi phá

phát sinh ra ứng suấ
suất cơ họ
học và
và gây ra biế
biến dạ
dạng đà
đàn hồ
hồi
của vậ
vật liệ
liệu. Bở
Bởi vậ
vậy biế
biến tử
tử là nguồ
nguồn phá
phát ra dao độ
động đà
đàn hồ
hồi. Thanh truyề
truyền
sóng 2, dù
dùng để
để truyề
truyền năng lượ
lượng từ
từ nguồ
nguồn dao độ
động 1 đế
đến cự

cực hà
hàn 4,
4, đồng
thờ
ờ
i
nó
ó
còn
có
ó
nhiệ
ệ
m
vụ
ụ
khuế
ế
ch
đạ
ạ
i
biên
độ
ộ
dao
độ
ộ
ng.
Cự

ự
c
hà
à
n
4
truyề
ề
th n
c nhi
v khu
đ
đ
đ
C
h
truy n trự
trực
tiế
tiếp dao độ
động đà
đàn hồ
hồi và
vào vù
vùng hà
hàn, nó
nó quyế
quyết đị
định diệ
diện tí

tích và
và khố
khối lượ
lượng
vùng hà
hàn
HF

39 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

VII.2. Đặ
Đặc tí
tính củ
của tả
tải trọ
trọng khi hà
hàn:
Xét mộ
một thanh truyề
truyền só
sóng củ
của hệ
hệ dao độ
động
siêu âm khi hà
à
n,

tá
á
c
dụ
ụ
ng
và
à
o
đầ
ầ
u
thanh
mộ
h
t d
v đ
một
lực dao độ
động Fm (do biế
biến tử
tử siêu âm phá
phát ra),
lực nà
này là
làm cho thanh dao độ
động vớ
với biên độ
độ
ξm và tốc độ

độ dao độ
động vm ở đầ
đầu thanh. Nế
Nếu
như mộ
một đầ
đầu thanh truyề
truyền và
vào cự
cực hà
hàn và
và ép
lên vậ
vật hà
hàn ta nó
nói thanh đã bị
bị tác dụ
dụng mộ
một tả
tải
trọ
trọng.
- Trở
Trở khá
kháng Z củ
của tả
tải trọ
trọng trong trườ
trường hợ
hợp chung có

có thể
thể viế
viết: Z = R + jX
Ở đây:
thành phầ
phần tá
tác dụ
dụng củ
của trở
trở khá
kháng tả
tải trọ
trọng:
đây: R – là thà

R=

Fm
. cos ϕ
vm

X =

Fm
. sin ϕ
vm

j = −1

φ là góc pha củ

của dao độ
động
x- là thà
thành phầ
phần phả
phản khá
kháng củ
của trở
trở khá
kháng tả
tải trọ
trọng
Trở
Trở khá
kháng củ
của tả
tải trọ
trọng ảnh hưở
hưởng lớ
lớn đế
đến quá
quá
trì
trình dao độ
động củ
của hệ
hệ:
- Nếu R = 0 tứ
tức là
là đầ

đầu cự
cực hà
hàn tự
tự do mà
mà không
tiế
tiếp xú
xúc vớ
với vậ
vật hà
hàn, khi ấy ngườ
người ta thấ
thấy ξm = ξmax,
nghĩ
nghĩa là
là biên độ
độ dao độ
động cự
cực đạ
đại.

40 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

20


Bản quyền của BM Hàn & CNKL

CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding


- N ếu

21.09.2007

R=

Fm
= S .W = S .ρ .c
vm

(Ở đây:
đây: W = ρ.c là
là trở
trở khá
kháng riêng củ
của só
sóng,
ρ - mật độ
độ vật liệ
liệu, c – tốc độ
độ truyề
truyền só
sóng,
S - diệ
diện tí
tích tiế
tiết diệ
diện thanh).


Trong thanh ngườ
người ta quan sá
sát thấ
thấy có
có sóng chạ
chạy và
và tại điể
điểm đầ
đầu thanh biên
độ dao độ
động có
có trị
trị số ξm
- Nếu R >> SW → ∞ thì
thì tại điể
điểm đầ
đầu thanh ξ = 0, nghĩ
nghĩa là
là đầ
đầu cự
cực hà
hàn hoà
hoàn toà
toàn
bị kẹp chặ
chặt và
và không có
có dao độ
động
) Thà

Thành phầ
phần phả
phản khá
kháng X củ
của tả
tải trọ
trọng là
làm thay đổ
đổi tầ
tần số
số riêng củ
của hệ
hệ dao
độ
động (vì
(vì làm thay đổ
đổi khố
khối lượ
lượng củ
của hệ
hệ dao độ
động…
ng…), do đó
đó làm cho hệ
hệ dao
độ
động chệ
chệch ra khỏ
khỏi phạ
phạm vi tầ

tần số
số cộng hưở
hưởng. Điề
Điều nà
này ngườ
người ta rấ
rất không
mong muố
muốn vì
vì quá
quá trì
trình hà
hàn hay gia công siêu âm chỉ
chỉ có thể
thể thự
thực hiệ
hiện có
có
hiệ
hiệu quả
quả khi hệ
hệ dao độ
động là
làm việ
việc ở chế
chế độ
độ cộng hưở
hưởng.
) Thà
trọng R đượ

được xá
xác đị
định bở
bởi nhữ
những tổ
tổn hao trong
Thành phầ
phần tá
tác dụ
dụng củ
của tả
tải trọ
vùng hà
hàn do nơi ma sá
sát (phụ
(phụ thuộ
thuộc và
vào tí
tính chấ
chất vậ
vật liệ
liệu, tầ
tần số
số dao độ
động,
nhiệ
nhiệt độ
độ…) và
và do ma sá
sát ngoà

ngoài giữ
giữa cự
cực hà
hàn vớ
với vậ
vật hà
hàn, giữ
giữa cá
các chi tiế
tiết
hàn vớ
với nhau

41 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

VII.3. Sự
Sự liên hệ
hệ giữ
giữa tả
tải trọ
trọng và
và hệ dao độ
động:
- Hệ dao độ
động cơ họ
học, củ
của thiế

thiết bị
bị hàn siêu âm cầ
cần phả
phải là
làm việ
việc ở chế
chế độ
độ cộng
hưở
ở
ng
để
ể
đạ
ạ
t
biên
độ
ộ
dao
độ
ộ
ng
cự
ự
c
đạ
ạ
i.
Tả

ả
i
trọ
ọ
ng
có
ó
xu
hướ
ớ
ng
lôi
trệ
ệ
ch
hệ
hư
đ đ
đ
đ
c
đ T tr
c
hư
tr
hệ
này ra khỏ
khỏi cù
cùng cộ
cộng hưở

hưởng (vì
(vì nó thay đổ
đổi kí
kích thướ
thước, thay đổ
đổi khố
khối
lượ
lượng…
ng…). Để duy trì
trì chế
chế độ
độ cộng hưở
hưởng có
có thể
thể thự
thực hiệ
hiện bằ
bằng 2 cá
cách:
+ Thay
đổi tầ
tần số
số dòng điệ
điện cung cấ
cấp để
để làm cho tầ
tần số
số dòng điệ
điện trù

trùng vớ
với
Thay đổ
tần số
số riêng củ
của hệ
hệ dao độ
động khi có
có tải trọ
trọng.
+ Điề
Điều chỉ
chỉnh tầ
tần số
số riêng củ
của hệ
hệ dao độ
động.
- Trong quá
quá trì
trình hà
hàn, trở
trở khá
kháng củ
của tả
tải trọ
trọng luôn thay đổ
đổi (vì
(vì nhiệ
nhiệt độ

độ thay đổ
đổi,
tính chấ
chất ma sá
sát thay đổ
đổi,…
i,…) do
do đó
đó công suấ
suất cơ họ
học củ
của hệ
hệ dao độ
động cũ
cũng
thay đổ
đổi là
làm ảnh hưở
hưởng đế
đến độ
độ bền và
và chấ
chất lượ
lượng mố
mối hà
hàn.
- Ta xé
xét điề
điều kiệ
kiện chủ

chủ yếu để
để làm ổn đị
định công suấ
suất tiêu hao trong vù
vùng hà
hàn:
Biế
được xá
xác đị
định theo biể
biểu thứ
thức:
Biết công suấ
suất cơ họ
học củ
của hệ
hệ dao độ
động đượ

ξm
v 2 .R
S R
R
= ( )2. =
. = 2(πf .ξ m ) 2 .R
1 2 2
t
2
2
)

(
2πf
2

p=

Ở đây:
đây: v – tốc độ
độ dao độ
động, s – chuyể
chuyển vị
vị dài, t – thờ
thời gian, f – tần số
số dao độ
động,
ξm – biên độ
độ dao độ
động, R – tải trọ
trọng.

42 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

21


Bản quyền của BM Hàn & CNKL

21.09.2007


CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

Nhưng lự
lực dao độ
động F = v.R = 2π
2πf.ξ
f.ξ.R
Do đó
đó :
P = πf.ξ
f.ξ.F
Từ biể
biểu thứ
thức nà
này cho thấ
thấy:
+ Công suấ
suất củ
của mỗ
mỗi phầ
phần tử
tử của hệ
hệ dao độ
động (trong số
số đó
đó có cực hà
hàn) phụ
phụ
thuộ
thuộc và

vào tầ
tần số
số dao độ
động f, biên độ
độ dao độ
động ξ, và
và lực dao độ
động F.
+ Để ổn đị
độ dao đông ξ thì
thì phả
phải giả
giảm lự
lực F.
định công suấ
suất P nế
nếu tăng biên độ
+ Hệ
Hệ dao độ
động còn chị
chịu ảnh hưở
hưởng lớ
lớn bở
bởi áp lự
lực tĩ
tĩnh củ
của đầ
đầu hà
hàn ép lên vậ
vật

hàn. Bằ
Bằng thự
thực nghiệ
nghiệm ngườ
người ta thấ
thấy rằ
rằng lự
lực ép tĩ
tĩnh cà
càng lớ
lớn thì
thì biên độ
độ
dao độ
động ξ càng giả
giảm.
) Như vậ
vậy, để
để ổn đị
định biên độ
độ dao độ
động, ổn đị
định công suấ
suất củ
của hệ
hệ và ổn đị
định
ụ
ng
nhữ

ữ
ng
hệ
ệ
thố
ố
ng
hợ
ợ
p
lý
sao
độ
ộ
b
ề
n,
chấ
ấ
t
lượ
ợ
ng
mố
ố
i
hà
à
n
cầ

ầ
n
phả
ả
i
sử
ử
d
nh
h th
h
đ
ch lư
m h c ph s
cho đạ
đạt đượ
được biên độ
độ dao độ
động cự
cực đạ
đại.
) Khi sử
sử dụng thiế
thiết bị
bị, không
không đượ
được tự
tự ý sử
sửa đổ
đổi kế

kết cấ
cấu củ
của hệ
hệ dao độ
động!!!

43 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

VIII. Cá
Các ứng dụ
dụng khá
khác củ
của siêu âm:
Ngà
Ngày nay ứng dụ
dụng củ
của dao độ
động siêu âm rấ
rất rộ
rộng rãi, tậ
tập trung và
vào hai hướ
hướng:
ể
:
thông
tin

liên
lạ
ạ
c,
đo
lườ
ờ
ng
kiể
- Sử dụng só
ó
ng
siêu
âm
có
ó
biên
độ
ộ
nhỏ
ỏ
để
l
lư
kiểm
s
c
đ nh đ
tra,
tra, thăm

thăm dò khuyế
khuyết tậ
tật, chuẩ
chuẩn đoá
đoán và
và điề
điều trị
trị bệnh, tự
tự độ
động hoá
hoá sản xuấ
xuất, tự
tự
độ
động hoá
hoá điề
điều khiể
khiển,...
- Sử dụng só
sóng siêu âm có
có biên độ
độ lớn để
để: tác dụ
dụng và
vào vậ
vật chấ
chất và
và các quá
quá
trì

cường hoá
hoá các quá
quá trì
trình hoá
hoá lý (tăng tố
tốc cho phả
phản ứng
trình công nghệ
nghệ như:
như: cườ
hóa họ
học); tăng cườ
cường cá
các quá
quá trì
trình phân huỷ
huỷ; khử
khử khí
khí và các tạ
tạp chấ
chất trong
chấ
chất lỏ
lỏng; rử
rửa sạ
sạch chi tiế
tiết và
và vật liệ
liệu (nhờ
(nhờ hiệ

hiệu ứng xâm thự
thực – cavitation);
gia công (cắ
(cắt gọ
gọt) kí
kích thướ
thước cá
các vậ
vật liệ
liệu cứ
cứng dòn; hà
hàn kim loạ
loại, hợ
hợp kim và
và
chấ
chất dẻ
dẻo; đú
đúc kim loạ
loại đen và
và kim loạ
loại mà
màu; gia công, nhiệ
nhiệt luyệ
luyện và
và hoá
hoá nhiệ
nhiệt
luyệ
địa chấ

chất, quố
quốc phòng,
luyện. Siêu âm còn ứng dụ
dụng có
có hiệ
hiệu quả
quả trong ngà
ngành đị
nông nghiệ
nghiệp và
và thự
thực phẩ
phẩm v.v...

44 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

22


Bản quyền của BM Hàn & CNKL

21.09.2007

IX. Mộ
Một số
số hãng chế
chế tạo thiế
thiết bị
bị hàn siêu âm:


CÁC QT HÀN ĐẶC BIỆT: Hàn siêu âm – Ultrasonic welding

- Telsonic – Thụ
Thụy sỹ
sỹ
- AmTech – Mỹ
- Dukane - Nga

45 / 45
Biên soạn: ThS. KSHQT. Vũ Đình Toại - Bộ môn Hàn & CNKL - ĐHBK HN, , Tel: 04.868 4542, Fax: 04.868 4543

23