Az ultrahangos hegesztés olyan ipari technika, amelynek során nagyfrekvenciás ultrahangos akusztikus rezgéseket lokálisan alkalmaznak nyomás alatt tartott munkadarabokra szilárdtest hegesztés létrehozására. Általában műanyagokhoz és fémekhez használják, különös tekintettel különféle anyagok összekapcsolására. Ultrahangos hegesztés , nincsenek összekötő csavarok, szögek, forrasztóanyagok vagy ragasztók, amelyek az anyagok egymáshoz történő kötéséhez szükségesek.A fémekre alkalmazva ennek a módszernek az a figyelemre méltó jellemzője, hogy a hőmérséklet jóval a résztvevő anyagok olvadáspontja alatt marad, és ezzel megakadályozza a nem kívánt tulajdonságok, amelyek az anyagok magas hőmérsékleten történő kitettségéből adódhatnak.
A merev műanyagok ultrahangos hegesztésének gyakorlati alkalmazása az 1960-as években befejeződött. Ezen a ponton csak kemény műanyagokat lehetett hegeszteni. A kemény, hőre lágyuló alkatrészek hegesztésének ultrahangos módszerére vonatkozó szabadalmat Robert Soloff és Seymour Linsley 1965-ben ítélték oda. Soloff, a Sonics & Materials Inc. alapítója, a Branson Instruments laboratóriumi vezetője volt, ahol vékony műanyag fóliákat hegesztettek zsákokba és csövekbe. ultrahangos szonda segítségével. Nem szándékosan mozgatta a szondát egy műanyag szalag adagoló közelében, és az adagoló felét összehegesztették. Rájött, hogy a szondát nem kell manuálisan mozgatni az alkatrész körül, hanem az ultrahangos energia áthatolhat a merev műanyagokon és azok körül, és hegesztheti az egész ízületet. Fejlesztette az első ultrahangos sajtót. Az új technológia első alkalmazása a játékiparban történt.
Az első, teljes egészében műanyagból készült autót ultrahanggal hegesztették össze 1969-ben. Annak ellenére, hogy a műanyag autók nem kaptak rá, az ultrahangos hegesztés megtörtént. Az autóipar az 1980-as évek óta rendszeresen használja. Most sokféle alkalmazásban használják.
Az összetett fröccsöntött hőre lágyuló alkatrészek csatlakoztatásához az ultrahangos hegesztőberendezés könnyen testreszabható, hogy illeszkedjen a hegesztett alkatrészek pontos specifikációihoz. Az alkatrészek rögzített alakú fészek ( üllő ) és egy átalakítóhoz csatlakoztatott szonotróda (kürt) között vannak bevonva, és ~ 20 kHz - es kis amplitúdójú akusztikus rezgést bocsátanak ki. (Megjegyzés: A hőre lágyuló műanyagok ultrahangos hegesztésénél alkalmazott leggyakoribb frekvenciák: 15 kHz, 20 kHz, 30 kHz, 35 kHz, 40 kHz és 70 kHz). Műanyag hegesztésekor a két rész interfészét kifejezetten az olvadási folyamat koncentrálására tervezték. Az egyik anyagnak általában tüskés vagy lekerekített energiairányítója van, amely a második műanyag részhez kapcsolódik. Az ultrahangos energia megolvasztja az alkatrészek közötti pontkontaktust, létrehozva egy ízületet. Ez a folyamat jó automatizált alternatíva a ragasztó , csavarok vagy bepattintható minták számára. Általában kis alkatrészekkel (pl. Mobiltelefonok, fogyasztói elektronika, eldobható orvosi eszközök, játékok stb.) Használják, de olyan nagy alkatrészekre is használható, mint egy kis autóipari műszercsoport. Az ultrahang felhasználható fémek hegesztésére is, de általában vékony, alakítható fémek, például alumínium, réz, nikkel, kis varratokra korlátozódnak. Az ultrahangot nem használják fel egy autó házának hegesztésére vagy egy kerékpár darab hegesztésére a szükséges teljesítményszintek miatt.
A hőre lágyuló műanyag ultrahanggal történő hegesztése a műanyag helyi olvadását okozza, mivel a vibrációs energia elnyeli a hegeszteni kívánt illesztést. A fémekben a hegesztés a felszíni oxidok nagynyomású diszperziója és az anyagok helyi mozgása miatt következik be. Noha melegszik, nem elegendő az alapanyagok megolvasztása.
Az ultrahangos hegesztés mind kemény, mind lágy műanyagokhoz, például félkristályos műanyagokhoz és fémekhez használható. Az ultrahangos hegesztés megértése megnőtt a kutatás és a tesztelés során. Kifinomultabb és olcsóbb berendezések feltalálása, valamint a műanyag és elektronikai alkatrészek iránti megnövekedett igény vezetett az alapvető folyamat ismereteinek növekedéséhez. Az ultrahangos hegesztés sok szempontja azonban még további vizsgálatot igényel, például a hegesztés minőségének a folyamatparaméterekhez viszonyítását. Az ultrahangos hegesztés továbbra is gyorsan fejlődő terület.
A Kaiserslauterni Egyetem Anyagtudományi és Műszaki Intézetének (WKK) tudósai a Német Kutatási Alapítvány ( Deutsche Forschungsgemeinschaft ) támogatásával sikerült bebizonyítani, hogy az ultrahangos hegesztési eljárások használata rendkívül tartós kötéshez vezethet a könnyűfémek és a szén között -szálerősített polimer ( CFRP ) lemezek.
Az ultrahangos hegesztés előnye, hogy sokkal gyorsabb, mint a hagyományos ragasztók vagy oldószerek. A száradási idő nagyon gyors, és a daraboknak nem kell hosszú ideig tartózkodniuk a szerelvényben, várva, hogy az illesztés megszáradjon vagy megszilárduljon. A hegesztés könnyen automatizálható, tiszta és pontos illesztéseket eredményezve; a hegesztési hely nagyon tiszta, és ritkán igényel semmiféle megmunkálást. Az érintett anyagok alacsony hőhatása lehetővé teszi több anyag összehegesztését.
