Склеивание металла ультразвуковой сваркой

Слово «сварка» вызывает особый образ — открытое пламя факела и раскаленный докрасна расплавленный металл. Металлические детали нагревают до жидкого состояния, чтобы соединить их друг с другом. Для небольших и электротехнических изделий этот метод соединения не подходит. Ультразвуковая сварка позволяет образовывать связь между металлами, не требуя выхода металла из твердого состояния.

Дэйв Крысяк, менеджер по продажам ультразвуковой сварки металлов в Северной Америке компании Sonics & Materials Inc., объясняет, что ультразвуковая сварка металлов использует трение, создаваемое высокочастотными вибрациями, для создания связи без необходимости расплавления металлов.

«Ультразвуковая сварка — это твердотельный процесс, в котором металлургические связи создаются посредством трения», — говорит Крысяк.

«Преимущество создания связей без плавления материала заключается в том, что не образуются интерметаллические соединения или частицы», — утверждает Джо Стейси, национальный менеджер по продажам ультразвуковой сварки металлов компании Emerson Automation Solutions. Это также исключает риск коррозии.

Ультразвуковая сварка может использоваться для соединения широкого спектра мягких проводящих цветных металлов: от меди, алюминия и никеля до лития, латуни, серебра и золота. В отличие от ультразвуковой сварки пластмасс, этот процесс позволяет успешно соединять разнородные материалы. Эта способность делает ультразвуковую сварку металлов идеальным процессом соединения для устройств накопления энергии, жгутов и сборок проводов, электрических выключателей и переключателей, бытовой электроники и мобильных телефонов и даже имплантируемых медицинских устройств.

«Аккумуляторы для электромобилей сейчас являются очень горячим рынком. Ультразвуковая сварка металлов широко используется на этом рынке, поскольку мы можем склеивать очень тонкие материалы — фольгу толщиной до 5 микрон — и иметь возможность склеивать эти материалы до 100 слоев, что позволяет собирать мощные литиевые [батарейки] и суперконденсаторы», — говорит Стейси.

Еще одним отличием ультразвуковой сварки пластика от металла является применение амплитуды. По словам Крысяка, при ультразвуковой сварке пластмасс амплитуда прикладывается к верхнему компоненту в вертикальном направлении, тогда как для металлических материалов амплитуда прикладывается к боковому компоненту при боковом движении.

По сравнению с пайкой и обжимкой, ультразвуковая сварка металлов не требует дополнительных материалов или расходных материалов для создания соединения. Этот процесс обеспечивает повторяемые результаты и более высокий уровень контроля, чем другие методы склеивания. Поскольку в ультразвуковом процессе обработки металлов участвует множество переменных — амплитуда, частота, давление и инструмент — иногда требуется время для разработки параметров сварки и инструментов, которые идеально подходят для конкретного применения.

Несмотря на высокую повторяемость и контролируемость процесса, ультразвуковая сварка металлов требует обучения и тестирования для получения точных результатов. Если техника выполняется неправильно, склеиваемые материалы и провода могут стать хрупкими. Ультразвуковая сварка металлов также требует обширных испытаний, таких как испытания на растяжение, отслаивание и сопротивление разрушению, для достижения точных и повторяемых соединений.

Конструкция самой оснастки играет важную роль в успехе склеивания.

«Часто ключ к успеху в сварке металлов заключается в проектировании, детализации и использовании сварочного инструмента», — отмечает Стейси. «Рупор — половина инструмента, которая передает ультразвуковую энергию через одну из деталей в зону сварки между деталями — должен иметь правильное сочетание основного материала, формы, текстуры поверхности и рисунков накатки для эффективной передачи этой энергии».

Выбор подходящего ультразвукового сварочного аппарата для данной задачи также имеет важное значение. Крысяк рекомендует работать в обратном направлении от приложения, чтобы выбрать правильную частоту для материалов и продукта. Такие компании, как Sonics и Emerson, предлагают широкий спектр сварочных аппаратов и услуг для удовлетворения постоянно меняющихся потребностей отрасли, включая интеграцию автоматизации. Ультразвуковая сварка может использоваться для соединения металлов в различных областях.