Ultralydssvejsning er en industriel teknik, hvor højfrekvente, ultralyds akustiske vibrationer anvendes lokalt på arbejdsemner, der holdes sammen under pres for at skabe en faststofsvejsning. Det bruges ofte til plast og metaller og især til sammenføjning af forskellige materialer. I ultralydsvejsning , der er ingen bindende bolte, søm, loddematerialer eller klæbemidler, der er nødvendige for at binde materialerne sammen. Når det anvendes på metaller, er en bemærkelsesværdig egenskab ved denne metode, at temperaturen forbliver godt under smeltepunktet for de involverede materialer, hvilket forhindrer uønskede egenskaber, der kan opstå ved eksponering af materialer ved høj temperatur.
Praktisk anvendelse af ultralydssvejsning til stiv plast blev afsluttet i 1960'erne. På dette tidspunkt kunne kun hård plast svejses. Patentet for den ultralydsmetode til svejsning af stive termoplastiske dele blev tildelt Robert Soloff og Seymour Linsley i 1965. Soloff, grundlæggeren af Sonics & Materials Inc., var laboratoriesjef hos Branson Instruments, hvor tynde plastfilm blev svejset i poser og rør ved hjælp af ultralydssonder. Han flyttede utilsigtet sonden tæt på en dispenser af plastbånd, og dispensernes halvdele blev svejset sammen. Han indså, at sonden ikke behøvede at blive flyttet manuelt rundt om delen, men at ultralydsenergien kunne køre gennem og omkring stiv plast og svejse en hel samling. Han fortsatte med at udvikle den første ultralydspresse. Den første anvendelse af denne nye teknologi var i legetøjsindustrien.
Den første bil, der udelukkende var lavet af plast, blev samlet ved hjælp af ultralydssvejsning i 1969. Selvom plastikbiler ikke fangede, gjorde ultralydssvejsning det. Bilindustrien har brugt den regelmæssigt siden 1980'erne. Det bruges nu til en lang række applikationer.
Til sammenføjning af komplekse sprøjtestøbte termoplastiske dele kan ultralydssvejsningsudstyr let tilpasses, så de passer til de nøjagtige specifikationer for de dele, der svejses. Delene er klemt fast mellem et fast formet rede ( ambolt ) og en sonotrode (horn), der er forbundet til en transducer, og der udsendes en ~ 20 kHz akustisk vibration med lav amplitude. (Bemærk: Almindelige frekvenser, der bruges til ultralydssvejsning af termoplast, er 15 kHz, 20 kHz, 30 kHz, 35 kHz, 40 kHz og 70 kHz). Ved svejsning af plast er grænsefladen mellem de to dele specielt designet til at koncentrere smelteprocessen. Et af materialerne har normalt en pigget eller afrundet energidirektør, der kommer i kontakt med den anden plastdel. Ultralydsenergien smelter punktkontakten mellem delene og skaber en samling. Denne proces er et godt automatiseret alternativ til lim , skruer eller snap-fit design. Det bruges typisk sammen med små dele (f.eks. Mobiltelefoner, forbrugerelektronik, medicinsk engangsværktøj, legetøj osv.), Men det kan bruges på dele så store som en lille køretøj til instrumentinstrumenter. Ultralyd kan også bruges til svejsning af metaller, men er typisk begrænset til små svejsninger af tynde, formbare metaller, f.eks. Aluminium, kobber, nikkel. Ultralyd ville ikke blive brugt til svejsning af køretøjets chassis eller til svejsning af cykelstykker sammen på grund af de krævede effektniveauer.
Ultralydssvejsning af termoplastik forårsager lokal smeltning af plasten på grund af absorption af vibrationsenergi langs samlingen, der skal svejses. I metaller forekommer svejsning på grund af højtryksdispersion af overfladoxider og lokal bevægelse af materialerne. Selvom der er opvarmning, er det ikke nok at smelte basismaterialerne.
Ultralydssvejsning kan bruges til både hård og blød plast, såsom halvkrystallinsk plast og metaller. Forståelsen af ultralydssvejsning er steget med forskning og test. Opfindelsen af mere sofistikeret og billigt udstyr og øget efterspørgsel efter plastiske og elektroniske komponenter har ført til et voksende kendskab til den grundlæggende proces. Imidlertid kræver mange aspekter af ultralydssvejsning stadig mere undersøgelse, såsom at relatere svejset kvalitet til procesparametre. Ultralydssvejsning er fortsat et hurtigt udviklende felt.
Forskere fra Institute of Materials Science and Engineering (WKK) fra University of Kaiserslautern med støtte fra det tyske forskningsfond ( Deutsche Forschungsgemeinschaft ) har lykkedes at bevise, at anvendelse af ultralydssvejseprocesser kan føre til meget holdbare bindinger mellem lette metaller og kulstof -fiberforstærket polymer (CFRP) ark.
Fordelene ved ultralydssvejsning er, at det er meget hurtigere end konventionelle klæbemidler eller opløsningsmidler. Tørretiden er meget hurtig, og stykkerne behøver ikke at forblive i en armatur i lange perioder og vente på, at samlingen tørrer eller hærdes. Svejsningen kan let automatiseres, hvilket gør rene og præcise samlinger; svejsestedet er meget rent og kræver sjældent noget oparbejdningsarbejde. Den lave termiske påvirkning på de involverede materialer gør det muligt at svejse et større antal materialer sammen.
