Kimpalan ultrasonik ialah teknik perindustrian di mana getaran akustik ultrasonik frekuensi tinggi digunakan secara tempatan pada bahan kerja yang disatukan di bawah tekanan untuk menghasilkan kimpalan keadaan pepejal. Ia biasanya digunakan untuk plastik dan logam, dan terutamanya untuk menyambung bahan yang berbeza. Dalam kimpalan ultrasonik, terdapat tiada bolt penghubung, paku, bahan pematerian, atau pelekat yang diperlukan untuk mengikat bahan bersama-sama. Apabila digunakan pada logam, ciri ketara kaedah ini ialah suhu kekal jauh di bawah takat lebur bahan terlibat sekali gus mengelakkan sebarang sifat yang tidak diingini yang mungkin timbul daripada pendedahan suhu tinggi bahan.
Aplikasi praktikal kimpalan ultrasonik untuk plastik tegar telah disiapkan pada tahun 1960-an.Pada ketika ini hanya plastik keras boleh dikimpal.Paten untuk kaedah ultrasonik untuk mengimpal bahagian termoplastik tegar telah dianugerahkan kepada Robert Soloff dan Seymour Linsley pada tahun 1965.Soloff, pengasas Sonics & Materials Inc., adalah pengurus makmal di Branson Instruments di mana filem plastik nipis dikimpal ke dalam beg dan tiub menggunakan probe ultrasonik.Dia secara tidak sengaja mengalihkan probe dekat dengan dispenser pita plastik dan bahagian dispenser dikimpal bersama.Dia menyedari bahawa probe tidak perlu digerakkan secara manual di sekeliling bahagian itu tetapi tenaga ultrasonik boleh bergerak melalui dan di sekeliling plastik tegar dan mengimpal keseluruhan sendi. Dia terus membangunkan mesin penekan ultrasonik yang pertama.Aplikasi pertama teknologi baharu ini adalah dalam industri mainan.
Kereta pertama yang dibuat sepenuhnya daripada plastik telah dipasang menggunakan kimpalan ultrasonik pada tahun 1969. Walaupun kereta plastik tidak menangkap, kimpalan ultrasonik berjaya.Industri automotif telah menggunakannya secara kerap sejak 1980-an. Ia kini digunakan untuk pelbagai aplikasi.
Untuk mencantumkan bahagian termoplastik acuan suntikan kompleks, Kimpalan ultrasonik boleh disesuaikan dengan mudah agar sesuai dengan spesifikasi tepat bahagian yang dikimpal.Bahagian-bahagiannya diapit di antara sarang berbentuk tetap (anvil) dan sonotrod (tanduk) yang disambungkan kepada transduser, dan getaran akustik amplitud rendah ~20 kHz dipancarkan.(Nota: Frekuensi biasa yang digunakan dalam kimpalan ultrasonik termoplastik ialah 15 kHz, 20 kHz, 30 kHz, 35 kHz, 40 kHz dan 70 kHz).Apabila mengimpal plastik, antara muka kedua-dua bahagian direka khas untuk menumpukan proses lebur.Salah satu bahan biasanya mempunyai pengarah tenaga berduri atau bulat yang menyentuh bahagian plastik kedua.Tenaga ultrasonik mencairkan sentuhan titik antara bahagian, mewujudkan sambungan.Proses ini merupakan alternatif automatik yang baik kepada gam, skru atau reka bentuk snap-fit.Ia biasanya digunakan dengan bahagian-bahagian kecil (cth. telefon bimbit, elektronik pengguna, alat perubatan pakai buang, mainan, dll.) tetapi ia boleh digunakan pada bahagian-bahagian sebesar gugusan instrumen automotif kecil.Ultrasonik juga boleh digunakan untuk mengimpal logam, tetapi biasanya terhad kepada kimpalan kecil logam nipis dan boleh ditempa, contohnya aluminium, kuprum, nikel.Ultrasonik tidak akan digunakan dalam mengimpal casis kereta atau dalam mengimpal kepingan basikal bersama-sama, kerana tahap kuasa yang diperlukan.
Kimpalan ultrasonik termoplastik menyebabkan peleburan tempatan plastik disebabkan oleh penyerapan tenaga getaran di sepanjang sambungan yang akan dikimpal.Dalam logam, kimpalan berlaku disebabkan oleh penyebaran tekanan tinggi oksida permukaan dan gerakan tempatan bahan.Walaupun terdapat pemanasan, ia tidak mencukupi untuk mencairkan bahan asas.
Kimpalan ultrasonik boleh digunakan untuk kedua-dua plastik keras dan lembut, seperti plastik semikristalin dan logam.Pemahaman tentang kimpalan ultrasonik telah meningkat dengan penyelidikan dan ujian.Penciptaan peralatan yang lebih canggih dan murah serta peningkatan permintaan untuk komponen plastik dan elektronik telah membawa kepada pengetahuan yang semakin meningkat tentang proses asas.Walau bagaimanapun, banyak aspek kimpalan ultrasonik masih memerlukan lebih banyak kajian, seperti mengaitkan kualiti kimpalan dengan parameter proses.Kimpalan ultrasonik terus menjadi bidang yang pesat membangun.
Para saintis dari Institut Sains dan Kejuruteraan Bahan (WKK) Universiti Kaiserslautern, dengan sokongan daripada Yayasan Penyelidikan Jerman (Deutsche Forschungsgemeinschaft), telah berjaya membuktikan bahawa menggunakan proses kimpalan ultrasonik boleh membawa kepada ikatan yang sangat tahan lama antara logam ringan dan Karbon. -lembaran polimer bertetulang gentian (CFRP).
Faedah kimpalan ultrasonik adalah ia lebih cepat daripada pelekat atau pelarut konvensional.Masa pengeringan adalah sangat cepat, dan kepingan tidak perlu kekal dalam lekapan untuk jangka masa yang lama menunggu sendi kering atau sembuh.Kimpalan dengan mudah boleh diautomasikan, membuat sambungan yang bersih dan tepat;tapak kimpalan sangat bersih dan jarang memerlukan sebarang kerja sentuh.Kesan haba yang rendah pada bahan yang terlibat membolehkan lebih banyak bahan dikimpal bersama.
Masa siaran: Mei-20-2022
