超音波溶着

超音波溶接では、低圧力下で組み立てられる接合部品に高周波の超音波音響振動が加えられます。この溶接方法は、熱可塑性プラスチックの接合に最もよく使用され、ボルト締め、はんだ付け、または接着が適切でない場合に使用されます。

超音波溶接は 1940 年代にはすでに開発されていましたが、初めて工業的に使用されたのは 1960 年代初頭で、エレクトロニクス産業で細線を溶接するために使用されました。 1963 年に、ポリエチレンの接着に超音波溶着が使用され始めました。それ以来、超音波溶接は、自動車業界 (点火モジュール、端子ワイヤ、ワイヤ) でアルミニウムと薄板金属を溶接するために使用されてきました。

産業界で超音波溶接の利点が認識されるまでのプロセスが遅いのは、大型部品であっても一貫した溶接品質を保証できる強力な超音波装置が不足しているためです。その結果、1980 年代と 1990 年代の研究は主に超音波装置の開発に焦点が当てられました。

超音波溶着は振動を使用しますが、この方法は摩擦溶着としても知られる「振動溶着」とは異なります。振動溶着の場合、接合される部品の一方は所定の位置に保持され、もう一方は（電磁駆動または油圧駆動によって）振動します。

超音波溶接は 2 つの部品を所定の位置に保持し、高周波音波を使用して摩擦を引き起こします。音響エネルギーにより摩擦が発生し、熱が発生するため、部品の溶接が 1 秒未満で完了するため、超音波溶接は現在使用されているものの中で最も高速な溶接の 1 つとなっています。

超音波溶接のプロセスは完全に自動化されており、特別な設備で実行されます。超音波溶着の原理を図に示します。典型的な設備の構成を図 1 に示します。 2.

米。 1. 超音波溶着の原理: a — 部品の位置合わせ、b — 部品とチップの接触、c — 圧力の適用、d — 溶着、e — 保持、f — チップの持ち上げ

米。 2. 音波溶着の組立図

ジェネレータ（別個のユニット）はネットワークからの電気振動を高周波（20 ～ 60 kHz）に変換するために使用され、トランスデューサは圧電素子を使用して電気振動を音響振動に変換します。アンプとソノトロードは、トランスデューサーから部品に振動を伝達する装置の受動的共振要素です。

通常、超音波溶接機には、異なる変位変換比を持つ一連のアンプが装備されています。ソノトロードの形状は、必要な溶接構成によって決まります。ソノトロードの形状に応じて、縦方向のラジアル、エッジ、およびその他の波の振動が生成されます。各縫い目には独自のソノトロードが必要です。

このプロセスの物理的な本質は、2 つの部品の接触時に小さな振幅の非常に強い振動が現れることにあります。圧力と振動を組み合わせることで、部品の表面から不純物や酸化物を除去します。電子が部品間を流れ始め、冶金学的継ぎ目が形成されます。

超音波溶接は、電気接続の作成、アルミニウムと銅の溶接、銅パイプの端のシール、プラスチックの溶接、プラスチックへの金属部品の埋め込みに最適です。

米。 3. 超音波溶着による接合

プラスチックの超音波溶着により、他の方法よりも信頼性の高い接合が可能になります。この場合、プラスチックの超音波溶接は金属の溶接とは根本的に異なります。

まず、金属の超音波溶接は、溶接面に平行な横振動によって発生します。プラスチックの超音波溶接では、溶接される表面に対して垂直な (つまり直角な) 長手方向の振動が使用されます。金属とプラスチックの継ぎ目に超音波振動を伝えるソノトロードの形状もまったく異なります。

次に、金属を溶接する場合、表面の摩擦相互作用によって継ぎ目が形成され、材料を溶かすことなく強固な接続が形成されます。プラスチック部品の超音波溶接は、アーク溶接、抵抗溶接、レーザー溶接などの他の多くの従来の溶接方法と同じ方法で材料を溶かすことに基づいていますが、はるかに低い温度範囲で行われます。

米。 4.超音波溶着装置

超音波溶接の利点:

1. 特別な表面洗浄は必要ありません。

2. 保護雰囲気は必要ありません。

3. 溶接消耗品（ワイヤ、電極、はんだ等）が不要です。

4. 低消費電力。

5. 接合部を形成するための短いスプライシング時間 (約 1/4 秒)。

6. 溶接プロセスの完全自動化と他の生産プロセスとの簡単な統合の可能性。

7. 溶接中に少量の熱が発生するため、高温に弱い材料など、異なる性質の材料を溶接する可能性があります。

8. あらゆる種類の細部を溶接します。

9. このプロセスによって作成された溶接は、見た目に美しく、きれいです。

10. 超音波溶接は、他の方法とは異なり、腐食性の化学薬品を使用せず、少量のヒュームの発生も発生します。

超音波溶接の制限:

1. 超音波溶接の使用における最も重大な制限は、溶接部品のサイズが 250 mm 以下であることです。これは、トランスデューサーの出力パワーの制限、ソノトロードが非常に高いパワーの超音波を送信できないこと、および振幅制御の難しさによるものです。

2. 超音波溶接では、接合される材料の水分含有量を低くする必要もあります。それ以外の場合は、振動溶着が好ましい。

3. 超音波溶接は厚肉材料の接合には効果がありません。接続する部品の少なくとも 1 つは、膨大な量のエネルギーを「吸収」するため、軽くなければなりません。