Ultrazvučno zavarivanje industrijska je tehnika kojom se visokofrekventne ultrazvučne akustičke vibracije lokalno primjenjuju na radne dijelove koji se drže zajedno pod pritiskom radi stvaranja čvrstog zavarivanja. Obično se koristi za plastiku i metale, a posebno za spajanje različitih materijala. U ultrazvučnom zavarivanju , ne postoje vezni vijci, čavli, lemilni materijali ili ljepila potrebna za povezivanje materijala. Kada se primjenjuju na metale, zapažene karakteristike ove metode su da temperatura ostaje znatno ispod tališta uključenih materijala, čime se sprječavaju neželjeni svojstva koja mogu nastati izlaganjem materijala visokoj temperaturi.
Praktična primjena ultrazvučnog zavarivanja krute plastike dovršena je u 1960-ima. U ovom trenutku se može zavarivati samo tvrda plastika. Patent za ultrazvučnu metodu za zavarivanje krutih termoplastičnih dijelova dodijeljen je Robertu Soloffu i Seymouru Linsleyu 1965. Soloff, osnivač Sonics & Materials Inc., bio je laboratorijski voditelj tvrtke Branson Instruments gdje su tanke plastične folije zavarene u vreće i cijevi. pomoću ultrazvučnih sondi. Nenamjerno je pomaknuo sondu blizu dozatora plastične vrpce, a polovice raspršivača zavarili zajedno. Shvatio je da sondu ne treba ručno pomicati oko dijela, već da ultrazvučna energija može putovati kroz i oko krute plastike i zavariti cijeli spoj. Nastavio je razvijati prvu ultrazvučnu prešu. Prva primjena ove nove tehnologije bila je u industriji igračaka.
Prvi automobil u potpunosti napravljen od plastike sabran je ultrazvučnim zavarivanjem 1969. Iako se plastični automobili nisu uhvatili, ultrazvučno zavarivanje se dogodilo. Automobilska industrija redovito ga koristi od 1980-ih. Sada se koristi za mnoštvo aplikacija.
Za spajanje složenih termoplastičnih dijelova s injekcijskim lijevanjem , oprema za ultrazvučno zavarivanje može se lako prilagoditi preciznim specifikacijama zavarenih dijelova. Dijelovi su probušeni između gnijezda fiksnog oblika ( nakovnja ) i sonotroda (rog) spojenog na pretvarač, a emitira se akustična vibracija ~ 20 kHz niske amplitude. (Napomena: Uobičajene frekvencije korištene za ultrazvučno zavarivanje termoplastike su 15 kHz, 20 kHz, 30 kHz, 35 kHz, 40 kHz i 70 kHz). Pri zavarivanju plastike spoj je dvaju dijelova posebno dizajniran za koncentriranje postupka taljenja. Jedan od materijala obično ima šiljasti ili zaobljeni energetski direktor koji kontaktira drugi plastični dio. Ultrazvučna energija rastopi točkast kontakt između dijelova, stvarajući spoj. Ovaj je postupak dobra automatizirana alternativa za izradu ljepila , vijaka ili jednostavnih dizajna. Obično se koristi s malim dijelovima (npr. Mobiteli, elektronika za široku potrošnju, medicinski alati za jednokratnu upotrebu, igračke itd.), Ali se može koristiti na velikim dijelovima poput malog skupa automobilskih instrumenata. Ultrazvuk se također može koristiti za zavarivanje metala, ali obično je ograničen na male zavare tankih, kovanih metala, npr. Aluminija, bakra, nikla. Ultrazvučni aparati se ne bi koristili za zavarivanje šasije automobila ili zavarivanje dijelova bicikla , zbog potrebne snage.
Ultrazvučno zavarivanje termoplastike uzrokuje lokalno taljenje plastike zbog apsorpcije vibracijske energije duž spoja koji se zavari. U metalima se zavarivanje događa uslijed visokotlačne disperzije površinskih oksida i lokalnog gibanja materijala. Iako postoji grijanje, nije dovoljno rastopiti osnovne materijale.
Ultrazvučno zavarivanje može se koristiti i za tvrdu i meku plastiku, poput polukristalne plastike, i za metale. Istraživanje i ispitivanje povećalo se razumijevanje ultrazvučnog zavarivanja. Izum sofisticiranije i jeftinije opreme i povećana potražnja za plastičnim i elektroničkim komponentama doveli su do sve većeg znanja o temeljnom procesu. Međutim, mnogi aspekti ultrazvučnog zavarivanja još uvijek zahtijevaju više proučavanja, poput povezivanja kvalitete zavara i parametara procesa. Ultrazvučno zavarivanje i dalje je polje koje se brzo razvija.
Znanstvenici Instituta za znanost o materijalu i inženjerstvu (WKK) Sveučilišta u Kaiserslauternu, uz potporu Njemačke istraživačke zaklade ( Deutsche Forschungsgemeinschaft ), uspjeli su dokazati da uporaba ultrazvučnih zavarivačkih procesa može dovesti do vrlo trajnih veza između lakih metala i ugljika listovi ojačani vlaknima ojačani polimerom (CFRP).
Prednosti ultrazvučnog zavarivanja su u tome što je mnogo brže od klasičnih ljepila ili otapala. Vrijeme sušenja je vrlo brzo, a dijelovi ne trebaju dugo ostati u pričvršćivaču i čekaju da se spoj osuši ili očvrsne. Zavarivanje se može lako automatizirati, čineći čiste i precizne spojeve; mjesto zavarivanja je vrlo čisto i rijetko zahtijeva bilo kakve popravke. Mali toplinski utjecaj na uključene materijale omogućava zavarivanje većeg broja materijala.
