Sudarea cu ultrasunete este o tehnică industrială prin care vibrațiile acustice ultrasonice de înaltă frecvență sunt aplicate local pe piesele care sunt ținute sub presiune pentru a crea o sudură în stare solidă.Este folosită în mod obișnuit pentru materiale plastice și metale, și în special pentru îmbinarea materialelor diferite. , nu există șuruburi, cuie, materiale de lipit sau adezivi necesari pentru a lega materialele. Atunci când se aplică pe metale, o caracteristică notabilă a acestei metode este că temperatura rămâne mult sub punctul de topire al materialelor implicate, prevenind astfel orice nedorit proprietăți care pot apărea din expunerea la temperaturi ridicate a materialelor.
Aplicarea practică a sudării cu ultrasunete pentru materiale plastice rigide a fost finalizată în anii '60. În acest moment, doar materialele plastice dure ar putea fi sudate. Brevetul pentru metoda cu ultrasunete de sudare a pieselor termoplastice rigide a fost acordat lui Robert Soloff și Seymour Linsley în 1965. Soloff, fondatorul Sonics & Materials Inc., a fost manager de laborator la Branson Instruments unde filmele subțiri din plastic au fost sudate în saci și tuburi folosind sonde cu ultrasunete. El a mutat neintenționat sonda aproape de un distribuitor cu bandă de plastic și jumătățile distribuitorului sudate împreună. Și-a dat seama că sonda nu trebuie să fie deplasată manual în jurul piesei, ci că energia cu ultrasunete ar putea călători prin și în jurul materialelor plastice rigide și a suda o întreagă îmbinare. El a continuat să dezvolte prima presă cu ultrasunete. Prima aplicare a acestei noi tehnologii a fost în industria jucăriilor.
Prima mașină fabricată în totalitate din plastic a fost asamblată folosind sudare cu ultrasunete în 1969. Chiar dacă mașinile din plastic nu s-au prins, sudarea cu ultrasunete a făcut-o. Industria auto a folosit-o în mod regulat încă din anii ’80. Acum este folosit pentru o multitudine de aplicații.
Pentru alăturarea pieselor termoplastice turnate prin injecție complexă , echipamentele de sudare cu ultrasunete pot fi personalizate cu ușurință pentru a se potrivi cu specificațiile exacte ale pieselor sudate. Părțile sunt amplasate între un cuib în formă fixă ( nicovală ) și un sonotrode (claxonul) conectat la un traductor și este emisă o vibrație acustică cu o amplitudine mică de ~ 20 kHz . (Notă: Frecvențele obișnuite folosite la sudarea cu ultrasunete a termoplastelor sunt 15 kHz, 20 kHz, 30 kHz, 35 kHz, 40 kHz și 70 kHz). La sudarea materialelor plastice, interfața celor două părți este special concepută pentru a concentra procesul de topire. Unul dintre materiale are, de obicei, un director de energie cu vârf sau rotunjit, care vine în contact cu cea de-a doua piesă din plastic. Energia cu ultrasunete topește contactul dintre puncte, creând o îmbinare. Acest proces este o alternativă automată bună la lipici , șuruburi sau modele de fixare . Este de obicei utilizat cu piese mici (de exemplu, telefoane mobile, electronice de consum, instrumente medicale de unică folosință, jucării etc.), dar poate fi folosit pe piese la fel de mari ca un grup de instrumente auto mici. Ultrasonica poate fi de asemenea folosită pentru sudarea metalelor, dar este de obicei limitată la mici suduri de metale subțiri, maleabile, de exemplu aluminiu, cupru, nichel. Ultrasonica nu ar fi folosită la sudarea șasiului unei automobile sau la sudarea pieselor unei biciclete împreună, din cauza nivelurilor de putere necesare.
Sudarea cu ultrasunete a termoplastelor determină topirea locală a plasticului datorită absorbției energiei vibraționale de-a lungul articulației care trebuie sudată. În metale, sudarea are loc datorită dispersiei la presiune înaltă a oxizilor de suprafață și mișcării locale a materialelor. Deși există încălzire, nu este suficient să topiți materialele de bază.
Sudarea cu ultrasunete poate fi folosită atât pentru materiale dure, cât și pentru materiale moi, cum ar fi materiale semicristaline și metale. Înțelegerea sudării cu ultrasunete a crescut odată cu cercetarea și testarea. Invenția echipamentelor mai sofisticate și mai ieftine și a cererii crescute de componente plastice și electronice a dus la o cunoaștere din ce în ce mai mare a procesului fundamental. Cu toate acestea, multe aspecte ale sudării cu ultrasunete necesită încă mai mult studiu, cum ar fi raportarea calității sudurii la parametrii procesului. Sudarea cu ultrasunete continuă să fie un câmp cu dezvoltare rapidă.
Oamenii de știință de la Institutul de Știință și Inginerie a Materialelor (WKK) din Universitatea din Kaiserslautern, cu sprijinul Fundației Germane de Cercetare ( Deutsche Forschungsgemeinschaft ), au reușit să demonstreze că utilizarea proceselor de sudare cu ultrasunete poate duce la legături extrem de durabile între metale ușoare și carbon. - foi de polimer armat cu fibre (CFRP).
Avantajele sudării cu ultrasunete sunt că este mult mai rapid decât adezivii sau solvenții convenționali. Timpul de uscare este foarte rapid, iar piesele nu trebuie să rămână într-un corp de fixare pentru perioade îndelungate de timp, așteptând să se usuce sau să se vindece articulația. Sudarea poate fi ușor automatizată, făcând îmbinări curate și precise; locul sudurii este foarte curat și necesită rareori orice lucru de retușare. Impactul termic redus asupra materialelor implicate permite sudarea unui număr mai mare de materiale.
