Ультразвукова зварювання - це промислова техніка, за допомогою якої високочастотні ультразвукові акустичні коливання локально застосовуються до заготовок, які тримаються разом під тиском для створення твердотільного зварювання. Він зазвичай використовується для пластмас і металів, а особливо для з'єднання різних матеріалів. При ультразвуковому зварюванні , немає сполучних болтів, цвяхів, паяльних матеріалів або клеїв, необхідних для з'єднання матеріалів. Коли застосовується до металів, помітними характеристиками цього методу є те, що температура залишається значно нижче температури плавлення відповідних матеріалів, що запобігає виникненню небажаних властивості, які можуть виникати при високотемпературному впливі матеріалів.
Практичне застосування ультразвукового зварювання для жорстких пластмас було завершено в 1960-х роках. У цей момент можна було зварювати лише тверді пластмаси. Патент на ультразвуковий спосіб зварювання жорстких термопластичних деталей був присвоєний Роберту Солоффу та Сеймуру Лінслі в 1965 році. Солофф, засновник Sonics & Materials Inc., був керівником лабораторії в компанії Branson Instruments, де в мішки і трубки зварювали тонкі пластикові плівки. за допомогою ультразвукових зондів. Він ненавмисно перемістив зонд впритул до дозатора пластикової стрічки, а половинки дозатора зварилися між собою. Він зрозумів, що зонд не потрібно переміщати вручну навколо деталі, але, що ультразвукова енергія може подорожувати крізь і навколо жорсткої пластмаси і зварювати цілий шар. Він продовжив розробку першого ультразвукового преса. Перше застосування цієї нової технології було в іграшковій промисловості.
Перший автомобіль, виготовлений повністю з пластика, був зібраний за допомогою ультразвукової зварювання в 1969 році. Навіть незважаючи на те, що пластикові машини не прижилися, це робило ультразвукове зварювання. Автомобільна промисловість використовує його регулярно з 1980-х. Зараз він використовується для безлічі додатків.
Для з'єднання складних термопластичних деталей з інжекційним обладнанням , ультразвукове зварювальне обладнання може бути легко налаштовано відповідно до точних характеристик деталей, що зварюються. Частини просочені між гніздом фіксованої форми ( ковадло ) та сонотродом (рогом), підключеним до перетворювача, і випромінюється акустична вібрація з низькою амплітудою ~ 20 кГц . (Примітка: Загальні частоти, які використовуються для ультразвукового зварювання термопластів, становлять 15 кГц, 20 кГц, 30 кГц, 35 кГц, 40 кГц і 70 кГц). При зварюванні пластмас інтерфейс двох частин спеціально розроблений для концентрації процесу плавлення. Один з матеріалів, як правило, має шипований або закруглений енергетичний директор, який контактує з другою пластиковою частиною. Ультразвукова енергія плавить точковий контакт між деталями, створюючи стик. Цей процес є хорошою автоматизованою альтернативою клею , шурупам або оснащенням конструкцій. Зазвичай використовується для невеликих деталей (наприклад, стільникових телефонів, побутової електроніки, одноразових медичних інструментів, іграшок тощо), але його можна використовувати на великих частинах, як невеликий скупчення автомобільних інструментів. Ультразвук також може використовуватися для зварювання металів, але, як правило, обмежується невеликими зварними швами з тонких, ковких металів, наприклад, алюмінію, міді, нікелю. Ультразвук не застосовуватиметься для зварювання шасі автомобіля чи зварювання частин велосипеда разом із-за необхідного рівня потужності.
Ультразвукове зварювання термопластів викликає місцеве плавлення пластику за рахунок поглинання коливальної енергії вздовж з'єднання, яке зварюється. У металах зварювання відбувається за рахунок дисперсії поверхневих оксидів високого тиску та локального руху матеріалів. Хоча є опалення, розплавити основні матеріали недостатньо.
Ультразвукова зварювання може застосовуватися як для твердих, так і для м'яких пластмас, таких як напівкристалічна пластмаса та метали. Розуміння ультразвукового зварювання збільшилось із дослідженням та тестуванням. Винахід більш досконалого та недорогого обладнання та підвищений попит на пластикові та електронні компоненти призвели до зростання знань про фундаментальний процес. Однак багато аспектів ультразвукової зварювання все ж потребують більшого вивчення, наприклад, пов’язання якості зварного шва з параметрами технологічного процесу. Ультразвукове зварювання продовжує швидко розвиватися.
Вченим з Інституту матеріалознавства та інженерії (WKK) університету Кайзерслаутерна за підтримки Німецького дослідницького фонду ( Deutsche Forschungsgemeinschaft ) вдалося довести, що використання ультразвукових зварювальних процесів може призвести до дуже міцних зв'язків між легкими металами та вуглецем армовані волокнами полімерні (CFRP) листи.
Переваги ультразвукової зварювання полягають у тому, що це набагато швидше, ніж звичайні клеї або розчинники. Час висихання дуже швидкий, і шматки не потрібно залишатися в кріпленні протягом тривалого періоду часу, чекаючи, коли суглоб висохне або затвердіє. Зварювання можна легко автоматизувати, роблячи чисті та акуратні стики; ділянка зварного шва дуже чиста і рідко вимагає будь-якої роботи з підшивкою. Низький термічний вплив на матеріали, що беруть участь, дозволяє зварювати більшу кількість матеріалів.
