Ultraschallschweißen

Beim Ultraschallschweißen wird Metall mithilfe von Ultraschallschwingungen als Energiequelle geschweißt. Diese Schweißart kann sowohl für Metalle als auch für nichtmetallische Werkstoffe verwendet werden. Sie wird beim Naht-, Punkt- und Konturschweißen eingesetzt. Dabei werden Biege- und Längsschwingungen genutzt. Beim Ultraschallschweißen wird Metall mithilfe von Ultraschallschwingungen mit einer Frequenz von 20–60 kHz geschweißt. Diese Schwingungen werden erzeugt, indem Strom von einem Ultraschallgenerator an die Wicklung eines magnetostriktiven Wandlers angelegt wird, der aus dünnen Platten von 0,1–0,2 mm Dicke besteht. Das Material dieser Platten ermöglicht Änderungen der geometrischen Abmessungen, wenn es einem magnetischen Wechselfeld ausgesetzt wird. Durch Richten des Magnetfelds entlang des Plattenstapels wird die Verkürzung oder Verlängerung des Magnetostriktors erleichtert, wodurch hochfrequente elektrische Schwingungen in mechanische Schwingungen umgewandelt werden.

Ultraschallschweißverfahren

Das Ultraschallschweißverfahren umfasst Folgendes:

• die zu verschweißenden Teile werden unter Druck miteinander verbunden;
• hochfrequenten Schwingungen ausgesetzt sind, kommt es zu Vibrationen, die an der Verbindungsstelle Spannungen verursachen;
• durch ein solches Andocken entsteht durch Reibung Wärme an der Oberfläche, die Kraft des Schwingungsvektors zur Oberfläche ist im rechten Winkel gerichtet;
• Hochfrequente elektrische Energie wird in vertikale mechanische Bewegung umgewandelt.

Bei der Trockenreibung von Partikeln in den zu schweißenden Oberflächen entstehen hochfrequente Schwingungen, die die Oxidschichten auf der Oberfläche zerstören. Anschließend beginnt die reine Reibung, die stärker ist, und es bilden sich Reibungspunkte. Zwischen den beiden Metalloberflächen bilden sich Körner, die eine gemeinsame Grenze bilden.

Das Ultraschallschweißverfahren wird durchgeführt:

• durch Erleichterung;
• überlappend;
• durch die Verbindung eines flachen Elements mit einem runden;
• durch Zerdrücken der Kanten;
• Mehrschichtteile und Folien.

Die Schwingungsamplitude und das mechanische Schwingsystem sind entscheidende technologische Parameter eines Schweißsystems, da sie Ultraschallenergie auf das Werkstück übertragen. Für einen effektiven Betrieb ist eine Amplitude von 30-70 µm erforderlich.

Ultraschall-Metallschweißen

Ultraschall-Metallschweißen ist eine Form des echten Schweißens. Metallkristalle werden bis auf atomare Distanz zusammengeführt, wodurch eine starke Anziehungskraft entsteht und eine feste Schweißverbindung entsteht, ohne das Metall bis zum Schmelzpunkt zu erhitzen. Dieses Schweißverfahren benötigt kein Lot, keine Verbindungsdrähte und keine anschließende Oberflächenreinigung. Es ist eine umweltfreundliche Methode zum Verbinden von Metallen.

Vorteile des Ultraschall-Metallschweißens:

• die zu schweißende Oberfläche muss nicht gereinigt werden, lediglich Fett wird entfernt;
• begrenzte, lokale Erwärmung;
• an schwer zugänglichen Stellen zugänglich;
• keine schädlichen Emissionen;
• Sekundenbruchteile vom Erhitzen bis zum Schweißen;
• Es werden sehr dünne Bleche bis 0,001 mm verschweißt.

Nachteile dieser Schweißart:

• der Dickenbereich ist sehr begrenzt;
• hohe Kosten für Ultraschallgeneratoren;
• zusätzliche externe Kompression.