Ultrazvukové zváranie je priemyselná technika, pri ktorej sa vysokofrekvenčné ultrazvukové akustické vibrácie lokálne aplikujú na obrobky držané pohromade pod tlakom, aby sa vytvoril tuhý zvar. Bežne sa používa pre plasty a kovy, najmä na spájanie rôznych materiálov. Pri ultrazvukovom zváraní , nie sú tu žiadne spojovacie čapy, klince, spájkovacie materiály alebo lepidlá potrebné na vzájomné spojenie materiálov. Keď sú na kovy aplikované, pozoruhodnou charakteristikou tejto metódy je, že teplota zostáva hlboko pod bodom topenia použitých materiálov, čím sa zabráni akémukoľvek nežiaducemu použitiu vlastnosti, ktoré môžu vzniknúť pri vystavení materiálov vysokým teplotám.
Praktická aplikácia ultrazvukového zvárania tuhých plastov bola ukončená v 60. rokoch 20. storočia. V tomto bode bolo možné zvárať iba tvrdé plasty. Patent na ultrazvukovú metódu zvárania tuhých termoplastických častí bol udelený Robertovi Soloffovi a Seymourovi Linsleyovi v roku 1965. Soloff, zakladateľ spoločnosti Sonics & Materials Inc., bol laboratórnym manažérom v spoločnosti Branson Instruments, kde boli tenké plastové fólie zvárané do vriec a rúrok. pomocou ultrazvukových sond. Neúmyselne presunul sondu do blízkosti zásobníka z plastovej pásky a polovice zásobníka sa privarili. Uvedomil si, že sonda sa nemusí manuálne pohybovať okolo časti, ale že ultrazvuková energia môže prechádzať tuhými plastmi a okolo nich a privariť celý spoj. Pokračoval vývojom prvej ultrazvukovej tlače. Prvá aplikácia tejto novej technológie bola v hračkárskom priemysle.
Prvý automobil vyrobený výlučne z plastu bol v roku 1969 zostavený pomocou ultrazvukového zvárania. Napriek tomu, že plastové autá ho nezachytili, ultrazvukové zváranie sa stalo. Automobilový priemysel ho používa pravidelne od osemdesiatych rokov. Teraz sa používa pre množstvo aplikácií.
Pri spájaní komplexných termoplastických dielov lisovaných vstrekovaním je možné zariadenie na ultrazvukové zváranie ľahko prispôsobiť tak, aby vyhovovalo presným špecifikáciám zváraných dielov. Časti sú vložené medzi pevne tvarované hniezdo ( kovadlina ) a sonotródu (roh) spojené s meničom a vydáva sa akustická vibrácia s nízkou amplitúdou ~ 20 kHz . (Poznámka: Bežné frekvencie používané pri ultrazvukovom zváraní termoplastov sú 15 kHz, 20 kHz, 30 kHz, 35 kHz, 40 kHz a 70 kHz). Pri zváraní plastov je rozhranie týchto dvoch častí špeciálne navrhnuté na sústredenie procesu tavenia. Jeden z materiálov má spravidla špičatú alebo zaoblenú energiu, ktorá je v kontakte s druhou plastovou časťou. Ultrazvuková energia roztaví bodový kontakt medzi časťami a vytvorí kĺb. Tento proces je dobrou automatizovanou alternatívou k lepidlám , skrutkám alebo zaskakovacím dizajnom. Zvyčajne sa používa s malými časťami (napr. Mobilné telefóny, spotrebná elektronika, jednorazové lekárske nástroje, hračky atď.), Ale môže sa použiť na také veľké diely, ako je malý súbor prístrojových nástrojov pre automobily. Ultrazvuk sa môže tiež použiť na zváranie kovov, ale zvyčajne sa obmedzuje na malé zvary tenkých, kujných kovov, napr. Hliníka, medi, niklu. Ultrazvuk by sa nepoužil na zváranie podvozku automobilu alebo na zváranie častí bicykla spolu, kvôli požadovaným úrovniam výkonu.
Ultrazvukové zváranie termoplastov spôsobuje miestne tavenie plastu v dôsledku absorpcie vibračnej energie pozdĺž zvaru, ktorý sa má zvárať. V kovoch dochádza k zváraniu v dôsledku vysokotlakovej disperzie povrchových oxidov a lokálneho pohybu materiálov. Aj keď existuje zahrievanie, nestačí roztaviť základné materiály.
Ultrazvukové zváranie je možné použiť pre tvrdé aj mäkké plasty, ako sú semikryštalické plasty a kovy. Pochopenie ultrazvukového zvárania sa zvýšilo výskumom a testovaním. Vynález sofistikovanejšieho a lacnejšieho zariadenia a zvýšený dopyt po plastových a elektronických komponentoch viedli k rastúcim znalostiam základného procesu. Mnoho aspektov ultrazvukového zvárania si však stále vyžaduje viac štúdií, ako napríklad porovnávanie kvality zvaru s parametrami procesu. Ultrazvukové zváranie je naďalej rýchlo sa rozvíjajúcim odvetvím.
Vedci z Ústavu materiálových vied a inžinierstva (WKK) University of Kaiserslautern s podporou Nemeckej výskumnej nadácie ( Deutsche Forschungsgemeinschaft ) dokázali, že použitie procesov ultrazvukového zvárania môže viesť k vysoko odolným väzbám medzi ľahkými kovmi a uhlíkom. - fólie vystužené polymérmi (CFRP).
Výhody ultrazvukového zvárania spočívajú v tom, že je oveľa rýchlejší ako bežné lepidlá alebo rozpúšťadlá. Čas sušenia je veľmi rýchly a kusy nemusia zostať v prípravkoch po dlhú dobu, kým sa škára nevysuší alebo nevytvrdí. Zváranie sa dá ľahko automatizovať a vytvárať čisté a presné spoje; miesto zvaru je veľmi čisté a zriedka vyžaduje akúkoľvek opravu. Nízky tepelný dopad na použité materiály umožňuje zváranie väčšieho počtu materiálov.
