Ультразвуковая сварка - это промышленный метод, при котором высокочастотные ультразвуковые акустические колебания локально применяются к заготовкам, удерживаемым вместе под давлением для создания твердотельного сварного шва. Он обычно используется для пластмасс и металлов, и особенно для соединения разнородных материалов. В ультразвуковой сварке нет никаких соединительных болтов, гвоздей, паяльных материалов или адгезивов, необходимых для связывания материалов. При применении к металлам примечательными характеристиками этого метода является то, что температура остается значительно ниже температуры плавления участвующих материалов, таким образом предотвращая нежелательные нежелательные воздействия. свойства, которые могут возникнуть в результате воздействия высоких температур материалов.
Практическое применение ультразвуковой сварки жестких пластиков было завершено в 1960-х годах. На этом этапе можно сваривать только твердые пластмассы. Патент на ультразвуковой метод сварки жестких термопластичных деталей был вручен Роберту Солоффу и Сеймуру Линсли в 1965 году. Солофф, основатель Sonics & Materials Inc., был руководителем лаборатории в Branson Instruments, где тонкие пластиковые пленки были сварены в пакеты и трубки. используя ультразвуковые датчики. Он непреднамеренно подвинул зонд близко к диспенсеру с пластиковой лентой, и половинки диспенсера сварили вместе. Он понял, что зонд не нужно перемещать вручную вокруг детали, а что ультразвуковая энергия может распространяться через и вокруг жестких пластиков и сваривать весь шов. Он продолжал разрабатывать первый ультразвуковой пресс. Первое применение этой новой технологии было в индустрии игрушек.
Первая машина, полностью изготовленная из пластика, была собрана с помощью ультразвуковой сварки в 1969 году. Несмотря на то, что пластиковые машины не завоевали популярность, ультразвуковая сварка сделала. Автомобильная промышленность регулярно использует его с 1980-х годов. В настоящее время он используется для множества приложений.
Для соединения сложных термопластичных деталей, отлитых под давлением , ультразвуковое сварочное оборудование может быть легко настроено в соответствии с точными характеристиками свариваемых деталей. Части зажаты между гнездом фиксированной формы ( наковальней ) и сонотродом (рупором), соединенным с датчиком, и излучается акустическая вибрация низкой амплитуды ~ 20 кГц . (Примечание: общие частоты, используемые в ультразвуковой сварке термопластов, составляют 15 кГц, 20 кГц, 30 кГц, 35 кГц, 40 кГц и 70 кГц). При сварке пластмасс, поверхность раздела двух частей специально разработана для концентрации процесса плавления. Один из материалов обычно имеет шиповатый или закругленный энергетический директор, который контактирует со второй пластмассовой частью. Ультразвуковая энергия плавит точечный контакт между деталями, создавая соединение. Этот процесс является хорошей автоматизированной альтернативой клею , шурупам или защелкивающимся конструкциям. Обычно он используется с небольшими деталями (например, с сотовыми телефонами, бытовой электроникой, одноразовыми медицинскими инструментами, игрушками и т. Д.), Но его можно использовать на деталях размером с небольшую автомобильную комбинацию приборов. Ультразвук также можно использовать для сварки металлов, но обычно он ограничивается небольшими сварными швами из тонких ковких металлов, например алюминия, меди, никеля. Ультразвук не будет использоваться при сварке шасси автомобиля или при сварке деталей велосипеда из-за требуемых уровней мощности.
Ультразвуковая сварка термопластов вызывает локальное плавление пластика вследствие поглощения вибрационной энергии вдоль свариваемого соединения. В металлах сварка происходит из-за рассеивания под высоким давлением поверхностных оксидов и локального движения материалов. Хотя есть нагрев, этого недостаточно, чтобы расплавить основные материалы.
Ультразвуковая сварка может использоваться как для твердых, так и для мягких пластмасс, таких как полукристаллические пластмассы и металлы. Понимание ультразвуковой сварки возросло с исследованиями и испытаниями. Изобретение более сложного и недорогого оборудования и возросший спрос на пластиковые и электронные компоненты привели к растущему знанию фундаментального процесса. Тем не менее, многие аспекты ультразвуковой сварки все еще требуют дополнительных исследований, таких как связь качества сварки с параметрами процесса. Ультразвуковая сварка продолжает оставаться быстро развивающейся областью.
Ученые из Института материаловедения и инженерии (WKK) Университета Кайзерслаутерна, при поддержке Немецкого исследовательского фонда ( Deutsche Forschungsgemeinschaft ), смогли доказать, что использование процессов ультразвуковой сварки может привести к очень прочным связям между легкими металлами и углеродом. листы из армированного волокном полимера (CFRP).
Преимущества ультразвуковой сварки заключаются в том, что она намного быстрее, чем обычные клеи или растворители. Время сушки очень быстрое, и кусочки не должны оставаться в приспособлении в течение длительного времени, ожидая, пока сустав высохнет или затвердеет. Сварка может быть легко автоматизирована, делая чистые и точные соединения; место сварки очень чистое и редко требует какой-либо подкраски. Низкое тепловое воздействие на используемые материалы позволяет сваривать большее количество материалов.
