अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग: Difference between revisions
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{{Short description|Welding process}}[[Image:Ultrasonic Welding.JPG|thumb|पतली धातु की पन्नी की अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग। [[सोनोट्रोड]] को वेल्ड सीम के साथ घुमाया जाता है।]]'''अल्ट्रासोनिक [[वेल्डिंग]]''' एक [[औद्योगिक प्रक्रिया]] है जिसके तहत ठोस-अवस्था वेल्ड बनाने के लिए दबाव में एक साथ रखे जाने वाले काम के टुकड़ों पर उच्च-आवृत्ति [[अल्ट्रासाउंड|अल्ट्रासोनिक]] ध्वनिक [[कंपन]] को स्थानीय रूप से लागू किया जाता है। इसका उपयोग सामान्यतः [[प्लास्टिक]] और [[धातुओं]] के लिए और विशेष रूप से असमान सामग्रियों को जोड़ने के लिए किया जाता है। अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग में, सामग्रियों को एक साथ बांधने के लिए आवश्यक कोई संयोजी बोल्ट, कील, जोड़ने की सामग्री या आसंजक वाले पदार्थ नहीं होते हैं। जब धातुओं को जोड़ने के लिए उपयोग किया जाता है, तो तापमान सम्मिलित सामग्रियों के पिघलने बिंदु से काफी नीचे रहता है, जिससे धातु के उच्च तापमान के संपर्क से उत्पन्न होने वाले किसी भी अवांछित गुण को रोका जा सकता है।<ref>{{Cite journal|title=अल मिश्र धातु से स्टेनलेस स्टील की अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग में वेल्ड इंटरफ़ेस की माइक्रोस्ट्रक्चर और लैप कतरनी ताकत|author=Hiromichi T. Fujii, Yuta Goto, Yutaka S. Sato, and Hiroyuki Kokawa|date=February 2016|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359646216300483|journal=Scripta Materialia|volume=116|pages=135–138|publisher=ELSEVIER|doi=10.1016/j.scriptamat.2016.02.004 |accessdate=2017-07-04}}</ref><ref>{{cite journal|last1=Mostafavi|first1=Shimaalsadat|last2=Hesser|first2=Daniel Frank|last3=Markert|first3=Bernd|date=December 2018|title=अल्ट्रासोनिक एल्यूमीनियम तार बॉन्डिंग में इंटरफ़ेस तापमान पर प्रक्रिया मापदंडों का प्रभाव|journal=Journal of Manufacturing Processes|volume=36|pages=104–114|doi=10.1016/j.jmapro.2018.09.020|s2cid=139828540 }}</ref> | {{Short description|Welding process}}[[Image:Ultrasonic Welding.JPG|thumb|पतली धातु की पन्नी की अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग। [[सोनोट्रोड|सोटिप्पणी्रोड]] को वेल्ड सीम के साथ घुमाया जाता है।]]'''अल्ट्रासोनिक [[वेल्डिंग]]''' एक [[औद्योगिक प्रक्रिया]] है जिसके तहत ठोस-अवस्था वेल्ड बनाने के लिए दबाव में एक साथ रखे जाने वाले काम के टुकड़ों पर उच्च-आवृत्ति [[अल्ट्रासाउंड|अल्ट्रासोनिक]] ध्वनिक [[कंपन]] को स्थानीय रूप से लागू किया जाता है। इसका उपयोग सामान्यतः [[प्लास्टिक]] और [[धातुओं]] के लिए और विशेष रूप से असमान सामग्रियों को जोड़ने के लिए किया जाता है। अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग में, सामग्रियों को एक साथ बांधने के लिए आवश्यक कोई संयोजी बोल्ट, कील, जोड़ने की सामग्री या आसंजक वाले पदार्थ नहीं होते हैं। जब धातुओं को जोड़ने के लिए उपयोग किया जाता है, तो तापमान सम्मिलित सामग्रियों के पिघलने बिंदु से काफी नीचे रहता है, जिससे धातु के उच्च तापमान के संपर्क से उत्पन्न होने वाले किसी भी अवांछित गुण को रोका जा सकता है।<ref>{{Cite journal|title=अल मिश्र धातु से स्टेनलेस स्टील की अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग में वेल्ड इंटरफ़ेस की माइक्रोस्ट्रक्चर और लैप कतरनी ताकत|author=Hiromichi T. Fujii, Yuta Goto, Yutaka S. Sato, and Hiroyuki Kokawa|date=February 2016|url=https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359646216300483|journal=Scripta Materialia|volume=116|pages=135–138|publisher=ELSEVIER|doi=10.1016/j.scriptamat.2016.02.004 |accessdate=2017-07-04}}</ref><ref>{{cite journal|last1=Mostafavi|first1=Shimaalsadat|last2=Hesser|first2=Daniel Frank|last3=Markert|first3=Bernd|date=December 2018|title=अल्ट्रासोनिक एल्यूमीनियम तार बॉन्डिंग में इंटरफ़ेस तापमान पर प्रक्रिया मापदंडों का प्रभाव|journal=Journal of Manufacturing Processes|volume=36|pages=104–114|doi=10.1016/j.jmapro.2018.09.020|s2cid=139828540 }}</ref> | ||
== इतिहास == | == इतिहास == | ||
कठोर प्लास्टिक के लिए अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का व्यावहारिक अनुप्रयोग 1960 के दशक में पूरा हुआ। इस बिंदु पर केवल कठोर प्लास्टिक को ही वेल्ड किया जा सकता है। कठोर थर्मोप्लास्टिक भागों की वेल्डिंग के लिए अल्ट्रासोनिक विधि का पेटेंट 1965 में रॉबर्ट सोलोफ़ और सेमुर लिंस्ले को प्रदान किया गया था।<ref name="cuot">{{cite web|url=https://www.ptonline.com/articles/top-50-update |title=Close up on technology: Top 50 Update Who Was First In Hot Runners, Ultrasonic Welding, & PET? |work=Plastics Technology |date=1 December 2005 |access-date=13 November 2020}}</ref> सोनिक्स एंड मटेरियल्स इंक के संस्थापक सोलॉफ, ब्रैनसन उपकरण-समूह में प्रयोगशाला प्रबंधक थे, जहां अल्ट्रासोनिक जांच का उपयोग करके पतली प्लास्टिक की फिल्मों को बैग और ट्यूबों में वेल्ड किया जाता था। उसने अनजाने में जांच को प्लास्टिक टेप डिस्पेंसर के करीब ले जाया और देखा कि डिस्पेंसर के आधे भाग एक साथ वेल्ड हो गए थे। उन्होंने प्रतीत किया कि जांच को भाग के चारों ओर नियम संग्रह रूप से ले जाने की आवश्यकता नहीं है, लेकिन अल्ट्रासोनिक ऊर्जा कठोर प्लास्टिक के माध्यम से और उसके आसपास यात्रा कर सकती है और पूरे जोड़ को वेल्ड कर सकती है।<ref name="cuot" />उन्होंने पहला अल्ट्रासोनिक प्रेस विकसित किया। इस नई तकनीक का पहला प्रयोग खिलौना उद्योग में हुआ।<ref name="am">{{cite web|url=https://www.assemblymag.com/articles/85017-welding-still-ensures-high-strength-joints |title=वेल्डिंग अभी भी उच्च शक्ति वाले जोड़ों को सुनिश्चित करती है|last=Weber |first=Austin |work=Assembly Magazine |date=30 November 2007 |access-date=13 November 2020}}</ref> | कठोर प्लास्टिक के लिए अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का व्यावहारिक अनुप्रयोग 1960 के दशक में पूरा हुआ। इस बिंदु पर केवल कठोर प्लास्टिक को ही वेल्ड किया जा सकता है। कठोर थर्मोप्लास्टिक भागों की वेल्डिंग के लिए अल्ट्रासोनिक विधि का पेटेंट 1965 में रॉबर्ट सोलोफ़ और सेमुर लिंस्ले को प्रदान किया गया था।<ref name="cuot">{{cite web|url=https://www.ptonline.com/articles/top-50-update |title=Close up on technology: Top 50 Update Who Was First In Hot Runners, Ultrasonic Welding, & PET? |work=Plastics Technology |date=1 December 2005 |access-date=13 November 2020}}</ref> सोनिक्स एंड मटेरियल्स इंक के संस्थापक सोलॉफ, ब्रैनसन उपकरण-समूह में प्रयोगशाला प्रबंधक थे, जहां अल्ट्रासोनिक जांच का उपयोग करके पतली प्लास्टिक की फिल्मों को बैग और ट्यूबों में वेल्ड किया जाता था। उसने अनजाने में जांच को प्लास्टिक टेप डिस्पेंसर के करीब ले जाया और देखा कि डिस्पेंसर के आधे भाग एक साथ वेल्ड हो गए थे। उन्होंने प्रतीत किया कि जांच को भाग के चारों ओर नियम संग्रह रूप से ले जाने की आवश्यकता नहीं है, लेकिन अल्ट्रासोनिक ऊर्जा कठोर प्लास्टिक के माध्यम से और उसके आसपास यात्रा कर सकती है और पूरे जोड़ को वेल्ड कर सकती है।<ref name="cuot" />उन्होंने पहला अल्ट्रासोनिक प्रेस विकसित किया। इस नई तकनीक का पहला प्रयोग खिलौना उद्योग में हुआ।<ref name="am">{{cite web|url=https://www.assemblymag.com/articles/85017-welding-still-ensures-high-strength-joints |title=वेल्डिंग अभी भी उच्च शक्ति वाले जोड़ों को सुनिश्चित करती है|last=Weber |first=Austin |work=Assembly Magazine |date=30 November 2007 |access-date=13 November 2020}}</ref> | ||
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पूरी तरह से प्लास्टिक से बनी पहली कार 1969 में अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग करके बनाई गई थी।<ref name="am" />ऑटोमोटिव उद्योग ने 1980 के दशक से इसका नियमित रूप से उपयोग किया है, और अब इसका उपयोग कई अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है।<ref name="am" /> | पूरी तरह से प्लास्टिक से बनी पहली कार 1969 में अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग करके बनाई गई थी।<ref name="am" />ऑटोमोटिव उद्योग ने 1980 के दशक से इसका नियमित रूप से उपयोग किया है, और अब इसका उपयोग कई अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है।<ref name="am" /> | ||
==प्रक्रिया== | ==प्रक्रिया== | ||
[[File:Ultrasonic Machine Process.jpg|thumb|अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग]]जटिल अन्तःक्षेपण मोल्डेड [[ थर्माप्लास्टिक |थर्माप्लास्टिक]] भागों को जोड़ने के लिए, अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग उपकरण को वेल्ड किए जा रहे भागों के सटीक विनिर्देशों को उपयुक्त करने के लिए आसानी से अनुकूलित किया जा सकता है। भागों को एक निश्चित आकार के निलय ([[निहाई]]) और एक ट्रांसड्यूसर से जुड़े | [[File:Ultrasonic Machine Process.jpg|thumb|अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग]]जटिल अन्तःक्षेपण मोल्डेड [[ थर्माप्लास्टिक |थर्माप्लास्टिक]] भागों को जोड़ने के लिए, अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग उपकरण को वेल्ड किए जा रहे भागों के सटीक विनिर्देशों को उपयुक्त करने के लिए आसानी से अनुकूलित किया जा सकता है। भागों को एक निश्चित आकार के निलय ([[निहाई]]) और एक ट्रांसड्यूसर से जुड़े सोटिप्पणी्रोड (शृंगी) के बीच सैंडविच किया जाता है, और ~20 [[किलोहर्ट्ज]] कम-आयाम ध्वनिक कंपन उत्सर्जित होता है। (टिप्पणी: थर्मोप्लास्टिक्स की अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग में उपयोग की जाने वाली सामान्य आवृत्तियाँ 15 किलोहर्ट्ज़, 20 किलोहर्ट्ज़, 30 किलोहर्ट्ज़, 35 किलोहर्ट्ज़, 40 किलोहर्ट्ज़ और 70 किलोहर्ट्ज़ हैं)। प्लास्टिक को वेल्डिंग करते समय, दो भागों का अंतराफलक विशेष रूप से पिघलने की प्रक्रिया को केंद्रित करने के लिए बनावट किया गया है। सामग्रियों में से एक में सामान्यतः एक नुकीला या गोलाकार ऊर्जा निदेशक होता है जो दूसरे प्लास्टिक भाग से संपर्क करता है। अल्ट्रासोनिक ऊर्जा भागों के बीच बिंदु संपर्क को पिघला देती है, जिससे एक जोड़ बन जाता है। थर्मोप्लास्टिक्स की अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग वेल्ड किए जाने वाले जोड़ के साथ कंपन ऊर्जा के अवशोषण के कारण प्लास्टिक के स्थानीय पिघलने का कारण बनती है। धातुओं में, वेल्डिंग सतह ऑक्साइड के उच्च दबाव फैलाव और सामग्री की स्थानीय गति के कारण होती है। यद्यपि तापक है, यह आधार सामग्री को पिघलाने के लिए पर्याप्त नहीं है। | ||
अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग कठोर और नरम प्लास्टिक, जैसे [[ अर्धक्रिस्टलीय |सेमीक्रिस्टलाइन]] प्लास्टिक और धातुओं दोनों के लिए किया जा सकता है। अनुसंधान और परीक्षण से अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग की समझ बढ़ी है। अधिक परिष्कृत और सस्ते उपकरणों के आविष्कार और प्लास्टिक और | अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग कठोर और नरम प्लास्टिक, जैसे [[ अर्धक्रिस्टलीय |सेमीक्रिस्टलाइन]] प्लास्टिक और धातुओं दोनों के लिए किया जा सकता है। अनुसंधान और परीक्षण से अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग की समझ बढ़ी है। अधिक परिष्कृत और सस्ते उपकरणों के आविष्कार और प्लास्टिक और विद्युत घटकों की बढ़ती मांग के कारण मूलभूत प्रक्रिया का ज्ञान बढ़ गया है।<ref name="am"/>यद्यपि, अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग के कई पहलुओं को अभी भी अधिक अध्ययन की आवश्यकता जैसे कि वेल्ड गुणवत्ता को प्रक्रिया मापदंडों से संबंधित करना है। अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग एक तेजी से विकसित होने वाला क्षेत्र बना हुआ है। | ||
कैसरस्लॉटर्न विश्वविद्यालय के इंस्टीट्यूट ऑफ मैटेरियल्स साइंस एंड इंजीनियरिंग (डब्ल्यूकेके) के वैज्ञानिक, [[जर्मन रिसर्च फाउंडेशन]] (डॉयचे फोर्सचुंग्सगेमिंसचाफ्ट) के सहयोग से, यह साबित करने में सफल रहे हैं कि अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग प्रक्रियाओं का उपयोग करने से हल्की धातुओं और कार्बन के बीच अत्यधिक टिकाऊ बंधन बन सकते हैं। | कैसरस्लॉटर्न विश्वविद्यालय के इंस्टीट्यूट ऑफ मैटेरियल्स साइंस एंड इंजीनियरिंग (डब्ल्यूकेके) के वैज्ञानिक, [[जर्मन रिसर्च फाउंडेशन]] (डॉयचे फोर्सचुंग्सगेमिंसचाफ्ट) के सहयोग से, यह साबित करने में सफल रहे हैं कि अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग प्रक्रियाओं का उपयोग करने से हल्की धातुओं और कार्बन-फाइबर-प्रबलित पॉलिमर (सीएफआरपी) शीटों के बीच अत्यधिक टिकाऊ बंधन बन सकते हैं।<ref>{{cite journal|url=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/mawe.200700212 |last1=Balle |first1=F |last2=Wagner |first2=G |last3=Eifler |first3=D |title=Ultrasonic spot welding of aluminum sheet/carbon fiber reinforced polymer–joints |journal=Materialwissenschaft und Werkstofftechnik: Entwicklung, Fertigung, Prüfung, Eigenschaften und Anwendungen Technischer Werkstoffe |volume=38 |number=11 |pages=934–938 |date=November 2007 |doi=10.1002/mawe.200700212|s2cid=136559923 }}</ref> | ||
अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का लाभ यह है कि सुखाने का समय पारंपरिक आसंजक वाले या सॉल्वैंट्स की तुलना में बहुत कम होता है, इसलिए वर्कपीस को लंबे समय तक एक स्थिरता में रहने की आवश्यकता नहीं होती है जब तक कि जोड़ सूख न जाए या ठीक न हो जाए। वेल्डिंग को आसानी से स्वचालित किया जा सकता है, जिससे साफ और सटीक जोड़ बन सकते हैं; वेल्ड की साइट बहुत साफ है और शायद ही कभी किसी टच-अप कार्य की आवश्यकता होती है। इसमें सम्मिलित सामग्रियों पर कम तापीय प्रभाव अधिक संख्या में सामग्रियों को एक साथ वेल्ड करने में सक्षम बनाता है। यह प्रक्रिया [[गोंद]], [[शिकंजा|स्क्रू]] या [[ तस्वीर फिट | स्नैप-उपयुक्त]] | अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का लाभ यह है कि सुखाने का समय पारंपरिक आसंजक वाले या सॉल्वैंट्स की तुलना में बहुत कम होता है, इसलिए वर्कपीस को लंबे समय तक एक स्थिरता में रहने की आवश्यकता नहीं होती है जब तक कि जोड़ सूख न जाए या ठीक न हो जाए। वेल्डिंग को आसानी से स्वचालित किया जा सकता है, जिससे साफ और सटीक जोड़ बन सकते हैं; वेल्ड की साइट बहुत साफ है और शायद ही कभी किसी टच-अप कार्य की आवश्यकता होती है। इसमें सम्मिलित सामग्रियों पर कम तापीय प्रभाव अधिक संख्या में सामग्रियों को एक साथ वेल्ड करने में सक्षम बनाता है। यह प्रक्रिया [[गोंद]], [[शिकंजा|स्क्रू]] या [[ तस्वीर फिट | स्नैप-उपयुक्त]] बनावट का एक अच्छा स्वचालित विकल्प है। इसका उपयोग आम तौर पर छोटे हिस्सों (जैसे सेल फोन, उपभोक्ता विद्युत्स, डिस्पोजेबल चिकित्सा उपकरण, खिलौने इत्यादि) के साथ किया जाता है, लेकिन इसका उपयोग छोटे ऑटोमोटिव उपकरण क्लस्टर जैसे बड़े हिस्सों पर भी किया जा सकता है। अल्ट्रासोनिक्स का उपयोग धातुओं को वेल्ड करने के लिए भी किया जा सकता है, लेकिन सामान्यतः पतली, निंदनीय धातुओं के छोटे वेल्ड तक सीमित होते हैं, जैसे एल्यूमीनियम, तांबा, निकल। आवश्यक बिजली स्तर के कारण, अल्ट्रासोनिक्स का उपयोग ऑटोमोबाइल के चेसिस को वेल्डिंग करने या [[साइकिल]] के टुकड़ों को एक साथ वेल्डिंग करने में नहीं किया जाएगा। | ||
== घटक == | == घटक == | ||
सभी अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग | सभी अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग प्रणाली समान मूल तत्वों से बने होते हैं: | ||
* दबाव में दो भागों को जोड़ने के लिए एक प्रेस, सामान्यतः वायवीय या इलेक्ट्रिक ड्राइव के साथ | * दबाव में दो भागों को जोड़ने के लिए एक प्रेस, सामान्यतः वायवीय या इलेक्ट्रिक ड्राइव के साथ | ||
* एक | * एक निलय या निहाई या स्थिरता जहां भागों को रखा जाता है और उच्च आवृत्ति कंपन को अंतराफलक पर निर्देशित करने की अनुमति देता है | ||
* एक | * एक परिवर्त्तक या [[piezoelectric|पीज़ोइलेक्ट्रिक]] [[ट्रांसड्यूसर]], एक वैकल्पिक बूस्टर और एक शृंगी से बना एक अल्ट्रासोनिक स्टैक। स्टैक के सभी तीन तत्वों को विशेष रूप से एक ही सटीक अल्ट्रासोनिक आवृत्ति (सामान्यतः 15, 20, 30, 35 या 40 kHz) पर प्रतिध्वनित करने के लिए ट्यून किया गया है। | ||
** | ** परिवर्त्तक: पीजो इलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग करके विद्युत सिग्नल को यांत्रिक कंपन में परिवर्तित करता है | ||
** बूस्टर: यांत्रिक रूप से कंपन के आयाम को संशोधित करता है। इसका उपयोग प्रेस में स्टैक को क्लैंप करने के लिए मानक प्रणालियों में भी किया जाता है। | ** बूस्टर: यांत्रिक रूप से कंपन के आयाम को संशोधित करता है। इसका उपयोग प्रेस में स्टैक को क्लैंप करने के लिए मानक प्रणालियों में भी किया जाता है। | ||
** | ** शृंगी: भाग का आकार लेता है, यांत्रिक रूप से आयाम को भी संशोधित करता है और वेल्ड किए जाने वाले भागों पर यांत्रिक कंपन लागू करता है। | ||
* एक | * एक विद्युत अल्ट्रासोनिक जनरेटर (यूएस: पावर सप्लाई) स्टैक की अनुनाद आवृत्ति से मेल खाने वाली आवृत्ति के साथ एक उच्च शक्ति विद्युत संकेत प्रदान करता है। | ||
* एक नियंत्रक जो प्रेस की गति और अल्ट्रासोनिक ऊर्जा के वितरण को नियंत्रित करता है। | * एक नियंत्रक जो प्रेस की गति और अल्ट्रासोनिक ऊर्जा के वितरण को नियंत्रित करता है। | ||
==अनुप्रयोग== | ==अनुप्रयोग== | ||
अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग के अनुप्रयोग व्यापक हैं | अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग के अनुप्रयोग व्यापक हैं, विद्युतीय और कंप्यूटर, ऑटोमोटिव और एयरोस्पेस, चिकित्सा और पैकेजिंग सहित कई उद्योगों में पाए जाते हैं। दो वस्तुओं को अल्ट्रासोनिक रूप से वेल्ड किया जा सकता है या नहीं यह उनकी मोटाई से निर्धारित होता है। यदि वे बहुत मोटे हैं तो यह प्रक्रिया उनमें सम्मिलित नहीं होगी। धातुओं की वेल्डिंग में यह मुख्य बाधा है। यद्यपि, तार, माइक्रोपरिपथ संयोजन, शीट मेटल, फ़ॉइल, रिबन और जाल प्रायः अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग करके जुड़े होते हैं। थर्मोप्लास्टिक्स को जोड़ने के लिए अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग एक बहुत लोकप्रिय तकनीक है। यह तेजी से और आसानी से स्वचालित हो जाता है, जिसमें वेल्डिंग का समय प्रायः एक सेकंड से कम होता है और इसमें गर्मी या निकास को हटाने के लिए किसी वायु-संचालन प्रणाली की आवश्यकता नहीं होती है। इस प्रकार की वेल्डिंग का उपयोग प्रायः ऐसी संयोजन बनाने के लिए किया जाता है जो अधिक सामान्य वेल्डिंग तकनीकों के लिए बहुत छोटी, जटिल या उत्कृष्ट होती हैं। | ||
===कंप्यूटर और विद्युत उद्योग=== | ===कंप्यूटर और विद्युत उद्योग=== | ||
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[[File:Intel_C8751H.jpg|thumb|Intel C8751H सिलिकॉन डाई के किनारों के चारों ओर पतले एल्यूमीनियम तारों को अल्ट्रासाउंड द्वारा [[ तार का जोड़ ]] किया गया था।]] | [[File:Intel_C8751H.jpg|thumb|Intel C8751H सिलिकॉन डाई के किनारों के चारों ओर पतले एल्यूमीनियम तारों को अल्ट्रासाउंड द्वारा [[ तार का जोड़ ]] किया गया था।]] | ||
विद्युतीय और कंप्यूटर उद्योग में अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग प्रायः तार संयोजन को जोड़ने और छोटे, उत्कृष्ट परिपथ में संयोजन बनाने के लिए किया जाता है। तार साज़ के संयोजनों को प्रायः अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग करके जोड़ा जाता है।<ref name="ahmed260">Ahmed, p. 260.</ref> तार साज़ तारों के बड़े समूह हैं जिनका उपयोग विद्युत संकेतों और शक्ति को वितरित करने के लिए किया जाता है।[[ विद्युत मोटर | विद्युत मोटर]] , [[फील्ड कॉइल]], [[ट्रांसफार्मर]] और[[ संधारित्र | संधारित्र]] को भी अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग के साथ जोड़ा जा सकता है।<ref>American Welding Society, ''Jefferson's Welding Encyclopedia'', p. 571.</ref> उच्च मात्रा की आवश्यकता के कारण इसे प्रायः फ्लैश ड्राइव और कंप्यूटर डिस्क जैसे स्टोरेज मीडिया की संयोजन में भी पसंद किया जाता है। कंप्यूटर डिस्क की अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का चक्र समय 300 एमएस से कम पाया गया है।<ref>Grewell, p. 169.</ref> | |||
अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग और पारंपरिक वेल्डिंग के बीच एक अंतर असमान सामग्रियों को जोड़ने की अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग की क्षमता है। बैटरी घटकों का संयोजन इस बात का एक अच्छा उदाहरण है कि इस क्षमता का उपयोग कहाँ किया जाता है। बैटरी और [[ईंधन सेल]] घटक बनाते समय, पतले गेज तांबे, निकल और एल्यूमीनियम | उन क्षेत्रों में से एक जिसमें अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है और जहां नए अनुसंधान और प्रयोग केंद्रित हैं, वह माइक्रो-परिपथ है।<ref name="ahmed260" />यह प्रक्रिया माइक्रो-परिपथ के लिए आदर्श है क्योंकि यह घटकों में अशुद्धियाँ या थर्मल विरूपण लाए बिना विश्वसनीय बंधन बनाती है। सेमीकंडक्टर उपकरण, [[ट्रांजिस्टर]] और [[डायोड]] प्रायः अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग करके पतले एल्यूमीनियम और सोने के तारों से जुड़े होते हैं।<ref name="American Welding Society p. 570">American Welding Society, ''Jefferson's Welding Encyclopedia'', p. 570.</ref> इसका उपयोग वायरिंग और रिबन के साथ-साथ पूरे चिप्स को माइक्रोपरिपथ से जोड़ने के लिए भी किया जाता है। माइक्रोपरिपथ का उपयोग कहां किया जाता है इसका एक उदाहरण मेडिकल सेंसर में है जिसका उपयोग बाईपास रोगियों में मानव हृदय की निगरानी के लिए किया जाता है। | ||
अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग और पारंपरिक वेल्डिंग के बीच एक अंतर असमान सामग्रियों को जोड़ने की अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग की क्षमता है। बैटरी घटकों का संयोजन इस बात का एक अच्छा उदाहरण है कि इस क्षमता का उपयोग कहाँ किया जाता है। बैटरी और [[ईंधन सेल]] घटक बनाते समय, पतले गेज तांबे, निकल और एल्यूमीनियम संयोजन, फ़ॉइल परतें और धातु जाल को प्रायः अल्ट्रासोनिक रूप से एक साथ वेल्ड किया जाता है।<ref name="ahmed260" />पन्नी या जाल की कई परतें प्रायः एक ही वेल्ड में लगाई जा सकती हैं जिससे चरण और लागत समाप्त हो जाती है। | |||
===एयरोस्पेस और ऑटोमोटिव उद्योग=== | ===एयरोस्पेस और ऑटोमोटिव उद्योग=== | ||
ऑटोमोबाइल के लिए, अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग बड़े प्लास्टिक और विद्युत घटकों जैसे उपकरण पैनल, दरवाजा पैनल, लैंप, वायु नलिकाएं, स्टीयरिंग व्हील, असबाब और इंजन घटकों को इकट्ठा करने के लिए किया जाता है।<ref name="pdl">Plastics Design Library, ''Handbook of Plastics Joining: A Practical Guide'', p. 56.</ref> चूंकि प्लास्टिक ने ऑटोमोबाइल के डिजाइन और निर्माण में अन्य सामग्रियों को प्रतिस्थापित करना जारी रखा है, इसलिए प्लास्टिक घटकों की | ऑटोमोबाइल के लिए, अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग बड़े प्लास्टिक और विद्युत घटकों जैसे उपकरण पैनल, दरवाजा पैनल, लैंप, वायु नलिकाएं, स्टीयरिंग व्हील, असबाब और इंजन घटकों को इकट्ठा करने के लिए किया जाता है।<ref name="pdl">Plastics Design Library, ''Handbook of Plastics Joining: A Practical Guide'', p. 56.</ref> चूंकि प्लास्टिक ने ऑटोमोबाइल के डिजाइन और निर्माण में अन्य सामग्रियों को प्रतिस्थापित करना जारी रखा है, इसलिए प्लास्टिक घटकों की संयोजन और जुड़ना तेजी से एक महत्वपूर्ण मुद्दा बन गया है। अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग के कुछ फायदे कम चक्र समय, [[स्वचालन]], कम पूंजी लागत और लचीलापन हैं।<ref>Grewell, p. 141.</ref> अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग सतह की फिनिश को नुकसान नहीं पहुंचाती है क्योंकि उच्च आवृत्ति कंपन निशान उत्पन्न होने से रोकते हैं, जो कई कार निर्माताओं के लिए एक महत्वपूर्ण विचार है।<ref name="pdl"/> | ||
अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग सामान्यतः एयरोस्पेस उद्योग में पतली शीट गेज धातुओं और अन्य हल्के सामग्रियों को जोड़ते समय किया जाता है। [[अल्युमीनियम|एल्युमीनियम]] अपनी उच्च तापीय चालकता के कारण पारंपरिक तकनीकों का उपयोग करके वेल्ड करने के लिए एक कठिन धातु है। | अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग सामान्यतः एयरोस्पेस उद्योग में पतली शीट गेज धातुओं और अन्य हल्के सामग्रियों को जोड़ते समय किया जाता है। [[अल्युमीनियम|एल्युमीनियम]] अपनी उच्च तापीय चालकता के कारण पारंपरिक तकनीकों का उपयोग करके वेल्ड करने के लिए एक कठिन धातु है। यद्यपि, यह अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग करके वेल्ड करने के लिए आसान सामग्रियों में से एक है क्योंकि यह एक नरम धातु है और इस प्रकार एक ठोस-अवस्था वेल्ड प्राप्त करना आसान है।<ref>Ahmed, p. 251.</ref> चूंकि एयरोस्पेस उद्योग में एल्यूमीनियम का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, इसलिए यह निम्नानुसार है कि अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग एक महत्वपूर्ण विनिर्माण प्रक्रिया है। नई मिश्रित सामग्रियों के आगमन के साथ, अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग और भी अधिक प्रचलित हो रही है। इसका उपयोग लोकप्रिय मिश्रित सामग्री [[कार्बन फाइबर]] की बॉन्डिंग में किया गया है। इस सामग्री के लिए गुणवत्ता वाले वेल्ड का उत्पादन करने वाले इष्टतम मापदंडों को खोजने के लिए कई अध्ययन किए गए हैं।<ref>{{cite journal|doi=10.1177/073168449601500203 |title=PEEK-कार्बन कंपोजिट की अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का अनुकूलन|last1=Harras |first1=B |last2=Cole |first2=K C |last3=Vu-Khanh |first3=T |journal=[[Journal of Reinforced Plastics and Composites]] |volume=15 |number=2 |date=February 1996 |pages=174–182|s2cid=137009954 }}</ref> | ||
===चिकित्सा उद्योग=== | ===चिकित्सा उद्योग=== | ||
चिकित्सा उद्योग में अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग | चिकित्सा उद्योग में अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग प्रायः किया जाता है क्योंकि यह वेल्ड में दूषित पदार्थ या गिरावट नहीं लाता है और मशीनों को साफ कमरे में उपयोग के लिए विशेषीकृत किया जा सकता है।<ref>Plastics Design Library, ''Handbook of Plastics Joining: A Practical Guide'', p. 54.</ref> यह प्रक्रिया अत्यधिक स्वचालित भी हो सकती है, आयामी सहनशीलता पर सख्त नियंत्रण प्रदान करती है और भागों की जैव-अनुकूलता में हस्तक्षेप नहीं करती है। इसलिए, यह भाग की गुणवत्ता बढ़ाता है और उत्पादन लागत कम करता है। धमनी फिल्टर, एनेस्थीसिया फिल्टर, रक्त फिल्टर, आईवी कैथेटर, डायलिसिस ट्यूब, [[ विंदुक |पिपेट]], कार्डियोमेट्री जलाशय, रक्त/गैस फिल्टर, फेस मास्क और आईवी स्पाइक/फिल्टर जैसी वस्तुएं सभी अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग करके बनाई जा सकती हैं।<ref>The Welding Institute, Ultrasonic Welding Technique</ref> अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग के लिए चिकित्सा उद्योग में एक अन्य महत्वपूर्ण अनुप्रयोग कपड़ा है। अस्पताल के गाउन, बाँझ कपड़े, मास्क,[[ ट्रांस्देर्मल पैच ]]और साफ कमरे के लिए वस्त्र जैसी वस्तुओं को अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग करके सील और सिल दिया जा सकता है।<ref>Plastics Design Library, ''Handbook of Plastics Joining: A Practical Guide'', p. 57.</ref> यह संदूषण और धूल उत्पादन को रोकता है और संक्रमण के खतरे को कम करता है। | ||
===पैकेजिंग उद्योग=== | ===पैकेजिंग उद्योग=== | ||
[[Image:The Green Lighter 1 ies.jpg|thumb|ब्यूटेन लाइटर]]अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग | [[Image:The Green Lighter 1 ies.jpg|thumb|ब्यूटेन लाइटर]]अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग प्रायः पैकेजिंग अनुप्रयोगों में किया जाता है। कई सामान्य वस्तुएं या तो अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग करके बनाई या पैक की जाती हैं। सीलिंग कंटेनर, ट्यूब और [[ब्लिस्टर पैक]] सामान्य अनुप्रयोग हैं। | ||
अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग खतरनाक सामग्रियों, जैसे विस्फोटक, आतिशबाजी और अन्य प्रतिक्रियाशील रसायनों की पैकेजिंग में भी किया जाता है। इन वस्तुओं को भली भांति सील करने की आवश्यकता होती है, लेकिन इन्हें उच्च तापमान के अधीन नहीं किया जा सकता है।<ref name="American Welding Society p. 570"/>एक उदाहरण ब्यूटेन लाइटर है। यह कंटेनर वेल्ड उच्च दबाव और तनाव का सामना करने में सक्षम होना चाहिए और ब्यूटेन को सम्मिलित करने के लिए वायुरोधी होना चाहिए।<ref name="grewell171">Grewell, p. 171.</ref> एक अन्य उदाहरण गोला-बारूद और प्रणोदक की पैकेजिंग है। उपभोक्ता को सामग्री से बचाने के लिए इन पैकेजों को उच्च दबाव और तनाव का सामना करने में सक्षम होना चाहिए। | अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग खतरनाक सामग्रियों, जैसे विस्फोटक, आतिशबाजी और अन्य प्रतिक्रियाशील रसायनों की पैकेजिंग में भी किया जाता है। इन वस्तुओं को भली भांति सील करने की आवश्यकता होती है, लेकिन इन्हें उच्च तापमान के अधीन नहीं किया जा सकता है।<ref name="American Welding Society p. 570"/>एक उदाहरण ब्यूटेन लाइटर है। यह कंटेनर वेल्ड उच्च दबाव और तनाव का सामना करने में सक्षम होना चाहिए और ब्यूटेन को सम्मिलित करने के लिए वायुरोधी होना चाहिए।<ref name="grewell171">Grewell, p. 171.</ref> एक अन्य उदाहरण गोला-बारूद और प्रणोदक की पैकेजिंग है। उपभोक्ता को सामग्री से बचाने के लिए इन पैकेजों को उच्च दबाव और तनाव का सामना करने में सक्षम होना चाहिए। | ||
खाद्य उद्योग पारंपरिक जुड़ाव तकनीकों की तुलना में अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग को बेहतर मानता है, क्योंकि यह तेज़, स्वच्छतापूर्ण है और हेमेटिक सील का उत्पादन कर सकता है। दूध और जूस के कंटेनर ऐसे उत्पादों के उदाहरण हैं जिन्हें | खाद्य उद्योग पारंपरिक जुड़ाव तकनीकों की तुलना में अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग को बेहतर मानता है, क्योंकि यह तेज़, स्वच्छतापूर्ण है और हेमेटिक सील का उत्पादन कर सकता है। दूध और जूस के कंटेनर ऐसे उत्पादों के उदाहरण हैं जिन्हें प्रायः अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग करके सील किया जाता है। सील किए जाने वाले कागज के हिस्सों को प्लास्टिक, आम तौर पर पॉलीप्रोपाइलीन या पॉलीइथाइलीन के साथ लेपित किया जाता है, और फिर एक वायुरोधी सील बनाने के लिए एक साथ वेल्ड किया जाता है। [17] इस प्रक्रिया में पार पाने वाली मुख्य बाधा मापदंडों की सेटिंग है। उदाहरण के लिए, यदि ओवर-वेल्डिंग होती है, तो वेल्ड ज़ोन में प्लास्टिक की सांद्रता बहुत कम हो सकती है और सील टूटने का कारण बन सकती है। यदि इसे कम वेल्ड किया गया है, तो सील अधूरी है।[17] सामग्रियों की मोटाई में भिन्नता वेल्ड गुणवत्ता में भिन्नता पैदा कर सकती है। अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग करके सील किए गए कुछ अन्य खाद्य पदार्थों में कैंडी बार रैपर, जमे हुए खाद्य पैकेज और पेय कंटेनर सम्मिलित हैं। | ||
खाद्य उद्योग पारंपरिक जुड़ाव तकनीकों की तुलना में अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग को बेहतर मानता है, क्योंकि यह तेज़, स्वच्छतापूर्ण है और हेमेटिक सील का उत्पादन कर सकता है। दूध और जूस के कंटेनर ऐसे उत्पादों के उदाहरण हैं जिन्हें | खाद्य उद्योग पारंपरिक जुड़ाव तकनीकों की तुलना में अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग को बेहतर मानता है, क्योंकि यह तेज़, स्वच्छतापूर्ण है और हेमेटिक सील का उत्पादन कर सकता है। दूध और जूस के कंटेनर ऐसे उत्पादों के उदाहरण हैं जिन्हें प्रायः अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग करके सील किया जाता है। सील किए जाने वाले कागज के हिस्सों को प्लास्टिक, आम तौर पर [[ polypropylene | पॉलीप्रोपाइलीन]] या [[POLYETHYLENE|पॉलीइथाइलीन]] के साथ लेपित किया जाता है, और फिर एक वायुरोधी सील बनाने के लिए एक साथ वेल्ड किया जाता है।<ref name="grewell171" />इस प्रक्रिया में पार पाने वाली मुख्य बाधा मापदंडों की सेटिंग है। उदाहरण के लिए, यदि ओवर-वेल्डिंग होती है, तो वेल्ड ज़ोन में प्लास्टिक की सांद्रता बहुत कम हो सकती है और सील टूटने का कारण बन सकती है। यदि इसे कम वेल्ड किया गया है, तो सील अधूरी है।<ref name="grewell171" />सामग्रियों की मोटाई में भिन्नता वेल्ड गुणवत्ता में भिन्नता पैदा कर सकती है। अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग करके सील किए गए कुछ अन्य खाद्य पदार्थों में कैंडी बार रैपर, जमे हुए खाद्य पैकेज और पेय कंटेनर सम्मिलित हैं। | ||
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Revision as of 12:07, 15 August 2023
अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग एक औद्योगिक प्रक्रिया है जिसके तहत ठोस-अवस्था वेल्ड बनाने के लिए दबाव में एक साथ रखे जाने वाले काम के टुकड़ों पर उच्च-आवृत्ति अल्ट्रासोनिक ध्वनिक कंपन को स्थानीय रूप से लागू किया जाता है। इसका उपयोग सामान्यतः प्लास्टिक और धातुओं के लिए और विशेष रूप से असमान सामग्रियों को जोड़ने के लिए किया जाता है। अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग में, सामग्रियों को एक साथ बांधने के लिए आवश्यक कोई संयोजी बोल्ट, कील, जोड़ने की सामग्री या आसंजक वाले पदार्थ नहीं होते हैं। जब धातुओं को जोड़ने के लिए उपयोग किया जाता है, तो तापमान सम्मिलित सामग्रियों के पिघलने बिंदु से काफी नीचे रहता है, जिससे धातु के उच्च तापमान के संपर्क से उत्पन्न होने वाले किसी भी अवांछित गुण को रोका जा सकता है।[1][2]
इतिहास
कठोर प्लास्टिक के लिए अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का व्यावहारिक अनुप्रयोग 1960 के दशक में पूरा हुआ। इस बिंदु पर केवल कठोर प्लास्टिक को ही वेल्ड किया जा सकता है। कठोर थर्मोप्लास्टिक भागों की वेल्डिंग के लिए अल्ट्रासोनिक विधि का पेटेंट 1965 में रॉबर्ट सोलोफ़ और सेमुर लिंस्ले को प्रदान किया गया था।[3] सोनिक्स एंड मटेरियल्स इंक के संस्थापक सोलॉफ, ब्रैनसन उपकरण-समूह में प्रयोगशाला प्रबंधक थे, जहां अल्ट्रासोनिक जांच का उपयोग करके पतली प्लास्टिक की फिल्मों को बैग और ट्यूबों में वेल्ड किया जाता था। उसने अनजाने में जांच को प्लास्टिक टेप डिस्पेंसर के करीब ले जाया और देखा कि डिस्पेंसर के आधे भाग एक साथ वेल्ड हो गए थे। उन्होंने प्रतीत किया कि जांच को भाग के चारों ओर नियम संग्रह रूप से ले जाने की आवश्यकता नहीं है, लेकिन अल्ट्रासोनिक ऊर्जा कठोर प्लास्टिक के माध्यम से और उसके आसपास यात्रा कर सकती है और पूरे जोड़ को वेल्ड कर सकती है।[3]उन्होंने पहला अल्ट्रासोनिक प्रेस विकसित किया। इस नई तकनीक का पहला प्रयोग खिलौना उद्योग में हुआ।[4]
पूरी तरह से प्लास्टिक से बनी पहली कार 1969 में अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग करके बनाई गई थी।[4]ऑटोमोटिव उद्योग ने 1980 के दशक से इसका नियमित रूप से उपयोग किया है, और अब इसका उपयोग कई अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है।[4]
प्रक्रिया
जटिल अन्तःक्षेपण मोल्डेड थर्माप्लास्टिक भागों को जोड़ने के लिए, अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग उपकरण को वेल्ड किए जा रहे भागों के सटीक विनिर्देशों को उपयुक्त करने के लिए आसानी से अनुकूलित किया जा सकता है। भागों को एक निश्चित आकार के निलय (निहाई) और एक ट्रांसड्यूसर से जुड़े सोटिप्पणी्रोड (शृंगी) के बीच सैंडविच किया जाता है, और ~20 किलोहर्ट्ज कम-आयाम ध्वनिक कंपन उत्सर्जित होता है। (टिप्पणी: थर्मोप्लास्टिक्स की अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग में उपयोग की जाने वाली सामान्य आवृत्तियाँ 15 किलोहर्ट्ज़, 20 किलोहर्ट्ज़, 30 किलोहर्ट्ज़, 35 किलोहर्ट्ज़, 40 किलोहर्ट्ज़ और 70 किलोहर्ट्ज़ हैं)। प्लास्टिक को वेल्डिंग करते समय, दो भागों का अंतराफलक विशेष रूप से पिघलने की प्रक्रिया को केंद्रित करने के लिए बनावट किया गया है। सामग्रियों में से एक में सामान्यतः एक नुकीला या गोलाकार ऊर्जा निदेशक होता है जो दूसरे प्लास्टिक भाग से संपर्क करता है। अल्ट्रासोनिक ऊर्जा भागों के बीच बिंदु संपर्क को पिघला देती है, जिससे एक जोड़ बन जाता है। थर्मोप्लास्टिक्स की अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग वेल्ड किए जाने वाले जोड़ के साथ कंपन ऊर्जा के अवशोषण के कारण प्लास्टिक के स्थानीय पिघलने का कारण बनती है। धातुओं में, वेल्डिंग सतह ऑक्साइड के उच्च दबाव फैलाव और सामग्री की स्थानीय गति के कारण होती है। यद्यपि तापक है, यह आधार सामग्री को पिघलाने के लिए पर्याप्त नहीं है।
अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग कठोर और नरम प्लास्टिक, जैसे सेमीक्रिस्टलाइन प्लास्टिक और धातुओं दोनों के लिए किया जा सकता है। अनुसंधान और परीक्षण से अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग की समझ बढ़ी है। अधिक परिष्कृत और सस्ते उपकरणों के आविष्कार और प्लास्टिक और विद्युत घटकों की बढ़ती मांग के कारण मूलभूत प्रक्रिया का ज्ञान बढ़ गया है।[4]यद्यपि, अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग के कई पहलुओं को अभी भी अधिक अध्ययन की आवश्यकता जैसे कि वेल्ड गुणवत्ता को प्रक्रिया मापदंडों से संबंधित करना है। अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग एक तेजी से विकसित होने वाला क्षेत्र बना हुआ है।
कैसरस्लॉटर्न विश्वविद्यालय के इंस्टीट्यूट ऑफ मैटेरियल्स साइंस एंड इंजीनियरिंग (डब्ल्यूकेके) के वैज्ञानिक, जर्मन रिसर्च फाउंडेशन (डॉयचे फोर्सचुंग्सगेमिंसचाफ्ट) के सहयोग से, यह साबित करने में सफल रहे हैं कि अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग प्रक्रियाओं का उपयोग करने से हल्की धातुओं और कार्बन-फाइबर-प्रबलित पॉलिमर (सीएफआरपी) शीटों के बीच अत्यधिक टिकाऊ बंधन बन सकते हैं।[5]
अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का लाभ यह है कि सुखाने का समय पारंपरिक आसंजक वाले या सॉल्वैंट्स की तुलना में बहुत कम होता है, इसलिए वर्कपीस को लंबे समय तक एक स्थिरता में रहने की आवश्यकता नहीं होती है जब तक कि जोड़ सूख न जाए या ठीक न हो जाए। वेल्डिंग को आसानी से स्वचालित किया जा सकता है, जिससे साफ और सटीक जोड़ बन सकते हैं; वेल्ड की साइट बहुत साफ है और शायद ही कभी किसी टच-अप कार्य की आवश्यकता होती है। इसमें सम्मिलित सामग्रियों पर कम तापीय प्रभाव अधिक संख्या में सामग्रियों को एक साथ वेल्ड करने में सक्षम बनाता है। यह प्रक्रिया गोंद, स्क्रू या स्नैप-उपयुक्त बनावट का एक अच्छा स्वचालित विकल्प है। इसका उपयोग आम तौर पर छोटे हिस्सों (जैसे सेल फोन, उपभोक्ता विद्युत्स, डिस्पोजेबल चिकित्सा उपकरण, खिलौने इत्यादि) के साथ किया जाता है, लेकिन इसका उपयोग छोटे ऑटोमोटिव उपकरण क्लस्टर जैसे बड़े हिस्सों पर भी किया जा सकता है। अल्ट्रासोनिक्स का उपयोग धातुओं को वेल्ड करने के लिए भी किया जा सकता है, लेकिन सामान्यतः पतली, निंदनीय धातुओं के छोटे वेल्ड तक सीमित होते हैं, जैसे एल्यूमीनियम, तांबा, निकल। आवश्यक बिजली स्तर के कारण, अल्ट्रासोनिक्स का उपयोग ऑटोमोबाइल के चेसिस को वेल्डिंग करने या साइकिल के टुकड़ों को एक साथ वेल्डिंग करने में नहीं किया जाएगा।
घटक
सभी अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग प्रणाली समान मूल तत्वों से बने होते हैं:
- दबाव में दो भागों को जोड़ने के लिए एक प्रेस, सामान्यतः वायवीय या इलेक्ट्रिक ड्राइव के साथ
- एक निलय या निहाई या स्थिरता जहां भागों को रखा जाता है और उच्च आवृत्ति कंपन को अंतराफलक पर निर्देशित करने की अनुमति देता है
- एक परिवर्त्तक या पीज़ोइलेक्ट्रिक ट्रांसड्यूसर, एक वैकल्पिक बूस्टर और एक शृंगी से बना एक अल्ट्रासोनिक स्टैक। स्टैक के सभी तीन तत्वों को विशेष रूप से एक ही सटीक अल्ट्रासोनिक आवृत्ति (सामान्यतः 15, 20, 30, 35 या 40 kHz) पर प्रतिध्वनित करने के लिए ट्यून किया गया है।
- परिवर्त्तक: पीजो इलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग करके विद्युत सिग्नल को यांत्रिक कंपन में परिवर्तित करता है
- बूस्टर: यांत्रिक रूप से कंपन के आयाम को संशोधित करता है। इसका उपयोग प्रेस में स्टैक को क्लैंप करने के लिए मानक प्रणालियों में भी किया जाता है।
- शृंगी: भाग का आकार लेता है, यांत्रिक रूप से आयाम को भी संशोधित करता है और वेल्ड किए जाने वाले भागों पर यांत्रिक कंपन लागू करता है।
- एक विद्युत अल्ट्रासोनिक जनरेटर (यूएस: पावर सप्लाई) स्टैक की अनुनाद आवृत्ति से मेल खाने वाली आवृत्ति के साथ एक उच्च शक्ति विद्युत संकेत प्रदान करता है।
- एक नियंत्रक जो प्रेस की गति और अल्ट्रासोनिक ऊर्जा के वितरण को नियंत्रित करता है।
अनुप्रयोग
अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग के अनुप्रयोग व्यापक हैं, विद्युतीय और कंप्यूटर, ऑटोमोटिव और एयरोस्पेस, चिकित्सा और पैकेजिंग सहित कई उद्योगों में पाए जाते हैं। दो वस्तुओं को अल्ट्रासोनिक रूप से वेल्ड किया जा सकता है या नहीं यह उनकी मोटाई से निर्धारित होता है। यदि वे बहुत मोटे हैं तो यह प्रक्रिया उनमें सम्मिलित नहीं होगी। धातुओं की वेल्डिंग में यह मुख्य बाधा है। यद्यपि, तार, माइक्रोपरिपथ संयोजन, शीट मेटल, फ़ॉइल, रिबन और जाल प्रायः अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग करके जुड़े होते हैं। थर्मोप्लास्टिक्स को जोड़ने के लिए अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग एक बहुत लोकप्रिय तकनीक है। यह तेजी से और आसानी से स्वचालित हो जाता है, जिसमें वेल्डिंग का समय प्रायः एक सेकंड से कम होता है और इसमें गर्मी या निकास को हटाने के लिए किसी वायु-संचालन प्रणाली की आवश्यकता नहीं होती है। इस प्रकार की वेल्डिंग का उपयोग प्रायः ऐसी संयोजन बनाने के लिए किया जाता है जो अधिक सामान्य वेल्डिंग तकनीकों के लिए बहुत छोटी, जटिल या उत्कृष्ट होती हैं।
कंप्यूटर और विद्युत उद्योग
विद्युतीय और कंप्यूटर उद्योग में अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग प्रायः तार संयोजन को जोड़ने और छोटे, उत्कृष्ट परिपथ में संयोजन बनाने के लिए किया जाता है। तार साज़ के संयोजनों को प्रायः अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग करके जोड़ा जाता है।[6] तार साज़ तारों के बड़े समूह हैं जिनका उपयोग विद्युत संकेतों और शक्ति को वितरित करने के लिए किया जाता है। विद्युत मोटर , फील्ड कॉइल, ट्रांसफार्मर और संधारित्र को भी अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग के साथ जोड़ा जा सकता है।[7] उच्च मात्रा की आवश्यकता के कारण इसे प्रायः फ्लैश ड्राइव और कंप्यूटर डिस्क जैसे स्टोरेज मीडिया की संयोजन में भी पसंद किया जाता है। कंप्यूटर डिस्क की अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का चक्र समय 300 एमएस से कम पाया गया है।[8]
उन क्षेत्रों में से एक जिसमें अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का सबसे अधिक उपयोग किया जाता है और जहां नए अनुसंधान और प्रयोग केंद्रित हैं, वह माइक्रो-परिपथ है।[6]यह प्रक्रिया माइक्रो-परिपथ के लिए आदर्श है क्योंकि यह घटकों में अशुद्धियाँ या थर्मल विरूपण लाए बिना विश्वसनीय बंधन बनाती है। सेमीकंडक्टर उपकरण, ट्रांजिस्टर और डायोड प्रायः अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग करके पतले एल्यूमीनियम और सोने के तारों से जुड़े होते हैं।[9] इसका उपयोग वायरिंग और रिबन के साथ-साथ पूरे चिप्स को माइक्रोपरिपथ से जोड़ने के लिए भी किया जाता है। माइक्रोपरिपथ का उपयोग कहां किया जाता है इसका एक उदाहरण मेडिकल सेंसर में है जिसका उपयोग बाईपास रोगियों में मानव हृदय की निगरानी के लिए किया जाता है।
अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग और पारंपरिक वेल्डिंग के बीच एक अंतर असमान सामग्रियों को जोड़ने की अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग की क्षमता है। बैटरी घटकों का संयोजन इस बात का एक अच्छा उदाहरण है कि इस क्षमता का उपयोग कहाँ किया जाता है। बैटरी और ईंधन सेल घटक बनाते समय, पतले गेज तांबे, निकल और एल्यूमीनियम संयोजन, फ़ॉइल परतें और धातु जाल को प्रायः अल्ट्रासोनिक रूप से एक साथ वेल्ड किया जाता है।[6]पन्नी या जाल की कई परतें प्रायः एक ही वेल्ड में लगाई जा सकती हैं जिससे चरण और लागत समाप्त हो जाती है।
एयरोस्पेस और ऑटोमोटिव उद्योग
ऑटोमोबाइल के लिए, अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग बड़े प्लास्टिक और विद्युत घटकों जैसे उपकरण पैनल, दरवाजा पैनल, लैंप, वायु नलिकाएं, स्टीयरिंग व्हील, असबाब और इंजन घटकों को इकट्ठा करने के लिए किया जाता है।[10] चूंकि प्लास्टिक ने ऑटोमोबाइल के डिजाइन और निर्माण में अन्य सामग्रियों को प्रतिस्थापित करना जारी रखा है, इसलिए प्लास्टिक घटकों की संयोजन और जुड़ना तेजी से एक महत्वपूर्ण मुद्दा बन गया है। अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग के कुछ फायदे कम चक्र समय, स्वचालन, कम पूंजी लागत और लचीलापन हैं।[11] अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग सतह की फिनिश को नुकसान नहीं पहुंचाती है क्योंकि उच्च आवृत्ति कंपन निशान उत्पन्न होने से रोकते हैं, जो कई कार निर्माताओं के लिए एक महत्वपूर्ण विचार है।[10]
अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग सामान्यतः एयरोस्पेस उद्योग में पतली शीट गेज धातुओं और अन्य हल्के सामग्रियों को जोड़ते समय किया जाता है। एल्युमीनियम अपनी उच्च तापीय चालकता के कारण पारंपरिक तकनीकों का उपयोग करके वेल्ड करने के लिए एक कठिन धातु है। यद्यपि, यह अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग करके वेल्ड करने के लिए आसान सामग्रियों में से एक है क्योंकि यह एक नरम धातु है और इस प्रकार एक ठोस-अवस्था वेल्ड प्राप्त करना आसान है।[12] चूंकि एयरोस्पेस उद्योग में एल्यूमीनियम का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, इसलिए यह निम्नानुसार है कि अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग एक महत्वपूर्ण विनिर्माण प्रक्रिया है। नई मिश्रित सामग्रियों के आगमन के साथ, अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग और भी अधिक प्रचलित हो रही है। इसका उपयोग लोकप्रिय मिश्रित सामग्री कार्बन फाइबर की बॉन्डिंग में किया गया है। इस सामग्री के लिए गुणवत्ता वाले वेल्ड का उत्पादन करने वाले इष्टतम मापदंडों को खोजने के लिए कई अध्ययन किए गए हैं।[13]
चिकित्सा उद्योग
चिकित्सा उद्योग में अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग प्रायः किया जाता है क्योंकि यह वेल्ड में दूषित पदार्थ या गिरावट नहीं लाता है और मशीनों को साफ कमरे में उपयोग के लिए विशेषीकृत किया जा सकता है।[14] यह प्रक्रिया अत्यधिक स्वचालित भी हो सकती है, आयामी सहनशीलता पर सख्त नियंत्रण प्रदान करती है और भागों की जैव-अनुकूलता में हस्तक्षेप नहीं करती है। इसलिए, यह भाग की गुणवत्ता बढ़ाता है और उत्पादन लागत कम करता है। धमनी फिल्टर, एनेस्थीसिया फिल्टर, रक्त फिल्टर, आईवी कैथेटर, डायलिसिस ट्यूब, पिपेट, कार्डियोमेट्री जलाशय, रक्त/गैस फिल्टर, फेस मास्क और आईवी स्पाइक/फिल्टर जैसी वस्तुएं सभी अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग करके बनाई जा सकती हैं।[15] अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग के लिए चिकित्सा उद्योग में एक अन्य महत्वपूर्ण अनुप्रयोग कपड़ा है। अस्पताल के गाउन, बाँझ कपड़े, मास्क,ट्रांस्देर्मल पैच और साफ कमरे के लिए वस्त्र जैसी वस्तुओं को अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग करके सील और सिल दिया जा सकता है।[16] यह संदूषण और धूल उत्पादन को रोकता है और संक्रमण के खतरे को कम करता है।
पैकेजिंग उद्योग
अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग प्रायः पैकेजिंग अनुप्रयोगों में किया जाता है। कई सामान्य वस्तुएं या तो अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग करके बनाई या पैक की जाती हैं। सीलिंग कंटेनर, ट्यूब और ब्लिस्टर पैक सामान्य अनुप्रयोग हैं।
अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग खतरनाक सामग्रियों, जैसे विस्फोटक, आतिशबाजी और अन्य प्रतिक्रियाशील रसायनों की पैकेजिंग में भी किया जाता है। इन वस्तुओं को भली भांति सील करने की आवश्यकता होती है, लेकिन इन्हें उच्च तापमान के अधीन नहीं किया जा सकता है।[9]एक उदाहरण ब्यूटेन लाइटर है। यह कंटेनर वेल्ड उच्च दबाव और तनाव का सामना करने में सक्षम होना चाहिए और ब्यूटेन को सम्मिलित करने के लिए वायुरोधी होना चाहिए।[17] एक अन्य उदाहरण गोला-बारूद और प्रणोदक की पैकेजिंग है। उपभोक्ता को सामग्री से बचाने के लिए इन पैकेजों को उच्च दबाव और तनाव का सामना करने में सक्षम होना चाहिए।
खाद्य उद्योग पारंपरिक जुड़ाव तकनीकों की तुलना में अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग को बेहतर मानता है, क्योंकि यह तेज़, स्वच्छतापूर्ण है और हेमेटिक सील का उत्पादन कर सकता है। दूध और जूस के कंटेनर ऐसे उत्पादों के उदाहरण हैं जिन्हें प्रायः अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग करके सील किया जाता है। सील किए जाने वाले कागज के हिस्सों को प्लास्टिक, आम तौर पर पॉलीप्रोपाइलीन या पॉलीइथाइलीन के साथ लेपित किया जाता है, और फिर एक वायुरोधी सील बनाने के लिए एक साथ वेल्ड किया जाता है। [17] इस प्रक्रिया में पार पाने वाली मुख्य बाधा मापदंडों की सेटिंग है। उदाहरण के लिए, यदि ओवर-वेल्डिंग होती है, तो वेल्ड ज़ोन में प्लास्टिक की सांद्रता बहुत कम हो सकती है और सील टूटने का कारण बन सकती है। यदि इसे कम वेल्ड किया गया है, तो सील अधूरी है।[17] सामग्रियों की मोटाई में भिन्नता वेल्ड गुणवत्ता में भिन्नता पैदा कर सकती है। अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग करके सील किए गए कुछ अन्य खाद्य पदार्थों में कैंडी बार रैपर, जमे हुए खाद्य पैकेज और पेय कंटेनर सम्मिलित हैं।
खाद्य उद्योग पारंपरिक जुड़ाव तकनीकों की तुलना में अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग को बेहतर मानता है, क्योंकि यह तेज़, स्वच्छतापूर्ण है और हेमेटिक सील का उत्पादन कर सकता है। दूध और जूस के कंटेनर ऐसे उत्पादों के उदाहरण हैं जिन्हें प्रायः अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग करके सील किया जाता है। सील किए जाने वाले कागज के हिस्सों को प्लास्टिक, आम तौर पर पॉलीप्रोपाइलीन या पॉलीइथाइलीन के साथ लेपित किया जाता है, और फिर एक वायुरोधी सील बनाने के लिए एक साथ वेल्ड किया जाता है।[17]इस प्रक्रिया में पार पाने वाली मुख्य बाधा मापदंडों की सेटिंग है। उदाहरण के लिए, यदि ओवर-वेल्डिंग होती है, तो वेल्ड ज़ोन में प्लास्टिक की सांद्रता बहुत कम हो सकती है और सील टूटने का कारण बन सकती है। यदि इसे कम वेल्ड किया गया है, तो सील अधूरी है।[17]सामग्रियों की मोटाई में भिन्नता वेल्ड गुणवत्ता में भिन्नता पैदा कर सकती है। अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग का उपयोग करके सील किए गए कुछ अन्य खाद्य पदार्थों में कैंडी बार रैपर, जमे हुए खाद्य पैकेज और पेय कंटेनर सम्मिलित हैं।
प्रायोगिक
"सोनिक एग्लोमरेशन",अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग और मोल्डिंग का एक संयोजन, बाइंडरों के उपयोग के बिना अमेरिकी सेना के क्लोज कॉम्बैट असॉल्ट राशन प्रोजेक्ट के लिए कॉम्पैक्ट खाद्य राशन बार का उत्पादन करने के लिए उपयोग किया जाता है। सूखे भोजन को एक सांचे में दबाया जाता है और एक घंटे के लिए वेल्ड किया जाता है, जिसके दौरान भोजन के कण एक साथ चिपक जाते हैं।[18]
सुरक्षा
अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग के खतरों में उच्च तापमान और वोल्टेज के संपर्क में आना सम्मिलित है। चोट से बचने के लिए इस उपकरण को निर्माता द्वारा प्रदान किए गए सुरक्षा दिशानिर्देशों का उपयोग करके संचालित किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, मशीन सक्रिय होने पर ऑपरेटरों को कभी भी वेल्डिंग टिप के पास हाथ या हथियार नहीं रखना चाहिए।[19] साथ ही, ऑपरेटरों को श्रवण सुरक्षा और सुरक्षा चश्मा प्रदान किया जाना चाहिए। ऑपरेटरों को अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग उपकरण के लिए सरकारी एजेंसी नियमों के बारे में सूचित किया जाना चाहिए और इन नियमों को लागू किया जाना चाहिए।[20]
अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग मशीनों को नियमित रखरखाव और निरीक्षण की आवश्यकता होती है। रखरखाव के लिए पैनल दरवाजे, हाउसिंग कवर और सुरक्षात्मक गार्ड को हटाने की आवश्यकता हो सकती है।[19]यह तब किया जाना चाहिए जब उपकरण की बिजली बंद हो और केवल प्रशिक्षित पेशेवर द्वारा ही मशीन की सर्विसिंग की जाए।
उप-हार्मोनिक कंपन, जो कष्टप्रद श्रव्य शोर पैदा कर सकता है, अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग आवृत्ति के कारण मशीन के पास बड़े हिस्सों में हो सकता है।[21]इन बड़े हिस्सों को एक या अधिक स्थानों पर क्लैंप करके इस शोर को कम किया जा सकता है। इसके अलावा, 15 किलोहर्ट्ज़ और 20 किलोहर्ट्ज़ की आवृत्ति वाले उच्च-शक्ति वाले वेल्डर सामान्यतः मानव श्रवण की सीमा में संभावित रूप से हानिकारक उच्च-ध्वनि चीख़ उत्सर्जित करते हैं। इस विकिरणित ध्वनि का परिरक्षण एक ध्वनिक आवरण का उपयोग करके किया जा सकता है।[21]
यह भी देखें
संदर्भ
टिप्पणियाँ
- ↑ Hiromichi T. Fujii, Yuta Goto, Yutaka S. Sato, and Hiroyuki Kokawa (February 2016). "अल मिश्र धातु से स्टेनलेस स्टील की अल्ट्रासोनिक वेल्डिंग में वेल्ड इंटरफ़ेस की माइक्रोस्ट्रक्चर और लैप कतरनी ताकत". Scripta Materialia. ELSEVIER. 116: 135–138. doi:10.1016/j.scriptamat.2016.02.004. Retrieved 2017-07-04.
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अग्रिम पठन
- Tres, Paul A., "Designing Plastic Parts for Assembly", 6th ed., 2006, ISBN 978-1-5699-0401-5
- Crawford, Lance, "Port Sealing: An Effective Heat Sealing Solution". Archived 2018-05-15 at the Wayback Machine Plastic Decorating Magazine. January/February 2013 Edition. ISSN 1536-9870. (Topeka, KS: Peterson Publications, Inc.). Section: Assembly: pages 36–39, covers Crawford's article.
