超音波溶着による金属の接合

「溶接」という言葉は、トーチのむき出しの炎と真っ赤に熱した溶融金属という特定のイメージを思い出させます。 金属部品を液体状態に加熱して互いに接合します。 小規模な電気製品の場合、これは実行可能な接合方法ではありません。 超音波溶接により、金属を固体状態から離れることなく、金属間に結合を形成することができます。

Sonics & Materials Inc. の超音波金属溶接の北米営業マネージャーである Dave Krysiak 氏は、超音波金属溶接では、高周波振動によって生じる摩擦を利用して、金属を溶融させることなく接合を形成すると説明します。

「超音波溶接は、摩擦によって冶金的結合を生み出す固体プロセスです」とクリシアック氏は言います。

材料を溶かさずに結合を形成する利点は、金属間化合物や微粒子が生成されないことである、とエマソン オートメーション ソリューションズの超音波金属溶接の国内営業マネージャー、ジョー ステイシー氏は述べています。 これにより、腐食のリスクも排除されます。

超音波溶接は、銅、アルミニウム、ニッケルからリチウム、真鍮、銀、金に至るまで、幅広い種類の軟らかい導電性非鉄金属を接合するために使用できます。 超音波プラスチック溶接とは異なり、このプロセスでは異種材料をうまく接合できます。 この能力により、超音波金属溶接は、蓄電装置、ワイヤーハーネスとアセンブリ、電気ブレーカーとスイッチ、家庭用電化製品と携帯電話、さらには埋め込み型医療機器を含む用途にとって理想的な接合プロセスとなります。

「電気自動車のバッテリーは現在非常に熱い市場です。 超音波金属溶接は、5 ミクロンの箔までの非常に薄い材料を接合でき、これらの材料を最大 100 層で接合できるため、この市場で広く使用されており、高出力リチウム [電池] の組み立てが可能になります。そしてスーパーキャパシタです」とステイシーは言います。

プラスチックと金属の超音波溶接のもう 1 つの違いは、振幅の適用です。 Krysiak 氏によると、超音波プラスチック溶接では振幅は上部コンポーネントに垂直方向に適用されますが、振幅は金属材料の場合は横方向の動きで横にあるコンポーネントに適用されます。

はんだ付けや圧着と比較して、超音波金属溶接では、接合を作成するために材料や消耗品を追加する必要がありません。 このプロセスは、他の接着技術よりも再現可能な結果とより高いレベルの制御を提供します。 超音波金属プロセスには振幅、周波数、圧力、工具など多くの変数が関係するため、特定の用途の仕様に最適な溶接パラメータと工具を開発するには時間がかかる場合があります。

このプロセスは再現性と制御性が高くなりますが、超音波金属溶接では正確な結果を得るにはトレーニングとテストが必要です。 この技術が適切に行われないと、接合された材料やワイヤが脆化する可能性があります。 超音波金属溶接では、正確で再現性のある接合を実現するために、引っ張り、剥離、抵抗破壊試験などの広範な試験も必要です。

工具自体の設計は、接合の成功に不可欠な役割を果たします。

「多くの場合、金属溶接アプリケーションの成功の鍵には、溶接ツールの設計、詳細、および実装が含まれます」と Stacy 氏は述べています。 「ホーン（部品の 1 つを介して部品間の溶接ゾーンに超音波エネルギーを伝達する工具の半分）は、そのエネルギーを効率的に伝達するために、基材、形状、表面の質感、ローレット パターンを適切に組み合わせていなければなりません。」

作業に適した超音波溶接機を選択することも重要です。 クリシアック氏は、アプリケーションから逆算して材料と製品に適切な周波数を選択することを推奨しています。 Sonics や Emerson などの企業は、自動化の統合など、絶えず変化する業界の需要を満たすために、さまざまな溶接機やサービスを提供しています。 超音波溶接は、さまざまな用途で金属を接合するために使用できます。