Ultraljudsvetsning är en industriell teknik där högfrekventa ultraljuds akustiska vibrationer appliceras lokalt på arbetsstycken som hålls samman under tryck för att skapa en fast svets i fast tillstånd. Det används vanligtvis för plast och metaller, och särskilt för att sammanfoga olika material. I ultraljudsvetsning , det finns inga anslutningsbultar, spikar, lödmaterial eller lim som krävs för att binda materialen tillsammans. När den appliceras på metaller är en anmärkningsvärd egenskap hos denna metod att temperaturen förblir långt under smältpunkten för de involverade materialen och därmed förhindrar oönskade egenskaper som kan uppstå genom hög temperatur exponering av materialen.
Praktisk tillämpning av ultraljudsvetsning för styv plast slutfördes under 1960-talet. Vid denna tidpunkt kunde bara hårdplast svetsas. Patentet för ultraljudsmetoden för svetsning av styva termoplastdelar tilldelades Robert Soloff och Seymour Linsley 1965. Soloff, grundaren av Sonics & Materials Inc., var en laboratoriechef på Branson Instruments där tunna plastfilmer svetsades i påsar och rör med hjälp av ultraljudssonder. Han flyttade oavsiktligt sonden nära en dispenser av plasttejp och dispensens halvor svetsade samman. Han insåg att sonden inte behövde flyttas manuellt runt delen utan att ultraljudsenergin kunde färdas genom och runt stel plast och svetsa en hel skarv. Han fortsatte med att utveckla den första ultraljudspressen. Den första tillämpningen av denna nya teknik var inom leksaksindustrin.
Den första bilen som gjordes helt av plast monterades med ultraljudsvetsning 1969. Trots att plastbilar inte tog fart, gjorde ultraljudsvetsning det. Bilindustrin har använt den regelbundet sedan 1980-talet. Det används nu för en mängd applikationer.
För att ansluta komplexa formsprutade termoplastdelar kan ultraljudssvetsutrustning enkelt anpassas för att passa exakta specifikationer för de delar som svetsas. Delarna är inklämda mellan ett fast format bo ( städ ) och en sonotrode (horn) ansluten till en givare, och en ~ 20 kHz akustisk vibration med låg amplitud avges. (Obs: Vanliga frekvenser som används vid ultraljudssvetsning av termoplast är 15 kHz, 20 kHz, 30 kHz, 35 kHz, 40 kHz och 70 kHz). Vid svetsning av plast är gränssnittet mellan de två delarna speciellt utformat för att koncentrera smältprocessen. Ett av materialen har vanligtvis en piggad eller rundad energidirektor som kommer i kontakt med den andra plastdelen. Ultraljudsenergin smälter punktkontakten mellan delarna och skapar en fog. Denna process är ett bra automatiserat alternativ till lim , skruvar eller snap-fit design. Det används vanligtvis med små delar (t.ex. mobiltelefoner, konsumentelektronik, medicinska engångsverktyg, leksaker osv.) Men det kan användas på delar som är så stora som ett litet fordonsinstrumentkluster. Ultraljud kan också användas för att svetsa metaller, men är vanligtvis begränsade till små svetsar av tunna, formbara metaller, t.ex. aluminium, koppar, nickel. Ultraljud skulle inte användas för att svetsa chassit på en bil eller vid svetsning av delar av en cykel tillsammans på grund av kraften som krävs.
Ultraljudssvetsning av termoplast orsakar lokal smältning av plasten på grund av absorption av vibrationsenergi längs fogen som svetsas. I metaller sker svetsning på grund av högtrycksspridning av ytoxider och lokal rörelse av materialen. Även om det finns uppvärmning räcker det inte att smälta basmaterialen.
Ultraljudssvetsning kan användas för både hård och mjuk plast, såsom halvkristallplast och metaller. Förståelsen för ultraljudsvetsning har ökat med forskning och testning. Uppfinningen av mer sofistikerad och billig utrustning och ökad efterfrågan på plast- och elektronikkomponenter har lett till ökad kunskap om den grundläggande processen. Många aspekter av ultraljudssvetsning kräver emellertid fortfarande mer undersökning, såsom att relatera svetskvalitet till processparametrar. Ultraljudssvetsning fortsätter att vara ett snabbt utvecklande område.
Forskare från Institute of Material Science and Engineering (WKK) vid University of Kaiserslautern, med stöd från den tyska forskningsstiftelsen ( Deutsche Forschungsgemeinschaft ), har lyckats bevisa att användning av ultraljudssvetsningsprocesser kan leda till mycket hållbara bindningar mellan lättmetaller och kol -fiberarmerad polymer (CFRP) ark.
Fördelarna med ultraljudssvetsning är att det är mycket snabbare än konventionella lim eller lösningsmedel. Torktiden är mycket snabb, och bitarna behöver inte förbli i en fixtur under långa perioder och vänta på att fogen torkar eller härdar. Svetsningen kan enkelt automatiseras, vilket gör rena och exakta fogar; svetsplatsen är mycket ren och kräver sällan något upparbetningsarbete. Den låga termiska påverkan på de involverade materialen gör att ett större antal material kan svetsas samman.
