超音波溶接:原理、プロセス、装置、用途、メリット・デメリット
超音波溶接
超音波波・振動で溶接熱を発生させる溶接プロセス。超音波とは可聴域以上の周波数(約20,000〜30,000Hz)の振動波。固相溶接プロセス(外部熱加えずに溶接)です。
原理
超音波エネルギーの基本原理で動作。超音波振動が2ワーク接触面間で動的せん断応力生成。接触面間の局所塑性変形と摩擦熱により、界面で接合形成。
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| 超音波溶接図 |
装置
電源
高周波高電圧電源必要。トランスデューサー振動生成用。
トランスデューサー
高周波電気信号を高周波機械振動に変換。溶接ヘッドと接続。コンバータまたは圧電トランスデューサー使用。
ブースターとホーン
トランスデューサー生成振動をブースターで増幅、ホーンへ供給。ホーンは増幅振動を溶接板へ供給。
治具・クランプ装置
超音波溶接で必須。電気・油圧・空圧・機械エネルギーで板材を所望位置保持。
作業手順
- 高周波電流が圧電トランスデューサー通過。高周波電気信号を機械振動に変換
- 振動をブースターへ供給、周波数増幅
- 増幅高周波振動がホーン通過、溶接板接触
- ラップ継手形成。一方板材を治具固定、他方をホーン直接接触。中程度圧力で固定
- ホーンが溶接板へ高周波機械振動供給
- 振動により界面で振動せん断力作用、弾塑性変形発生
- 機械力・摩擦で局所温度上昇。熱が界面塑性変形助け、ワーク溶融・充填材なしで強力接合形成
以下の動画で作業理解が容易です。
メリットとデメリット
メリット
- 自動化容易、高速
- 外部熱なしで高強度接合形成
- 清浄、溶接後良好仕上げ面
- 幅広い異種金属溶接可能
- 高熱発生せず、溶融金属飛散なし
デメリット
用途
- 原子炉部品製造
- 自動車産業でキー、ヘッドランプ部品、ボタン、スイッチ等
- 電子産業でアーマチュア巻線、スイッチ等
- 清浄溶接プロセスのため医療産業でフィルター、マスク等製造
以上、超音波溶接の原理、作業、装置、用途、メリット・デメリット、図解について解説しました。ご質問があればコメントでお知らせください。記事がお役に立てば、ソーシャルネットワークで共有をお願いします。ご覧いただきありがとうございました。画像出典:https://science.howstuffworks.com/ultrasonic-welding1.htm
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