超音波溶接とは

超音波溶接は、高周波振動波の力を利用する非常に革新的な接合技術です。これらの波は、溶接が予定されている2つの物体の表面に正確に向けられます。同時に圧力を加えると、興味深いプロセスが展開します。物体の表面には激しい摩擦作用が働き、微視的に見ると分子層の融合が促され、2つの物質が効果的に結合します。

このプロセスは、超音波発生器から始まります。超音波発生器は、標準の50/60 Hzの電流を、通常は15、20、30、40 kHzの範囲の高周波エネルギーに変換する重要な装置です。新たに変換された高周波電気エネルギーはトランスデューサを通過します。トランスデューサはそれを今度はまったく同じ周波数の機械的運動に変換するという驚くべき偉業を成し遂げます。そして、この機械的な動きは、ブースターと呼ばれる特殊な装置に送られます。ブースターは振幅をモジュレートする独自の機能を備えているため、溶接チップに到達する前に動きが最適化されます。最後の導管である溶接チップは、受け取った振動エネルギーを溶接待ちのワークピースの接合部に中継します。このクリティカルゾーンでは、振動エネルギーが変換され、摩擦のメカニズムによって熱エネルギーに変換されます。この発生した熱は金属を溶かすのに十分であり、継ぎ目のない溶接が容易になります。

超音波溶接システムの主な構成要素は非常に包括的です。これには、電源および周波数変換器として機能する超音波発生器、エネルギー伝達と変調プロセスにおいて各コンポーネントが重要かつ相互に接続された役割を果たすトランスデューサー/ブースター/溶接チップアセンブリ、必要な形状とサポートを提供するモールド、および構造の完全性と安定性を提供するフレームが含まれます。次の図に視覚的に示されているとおり。

超音波金属溶接の原理

超音波金属溶接の基礎となる原理は、真に独特で専門的なアプローチです。超音波周波数、特に16kHzを超える周波数の機械的振動エネルギーを利用して、同じ種類の金属であれ異なる種類の金属同士であれ、金属同士の接続を確立します。この方法を際立たせているのは、独自の動作モードです。超音波金属溶接を行う場合、ワークピースに電流を供給する必要も、高温の外部熱源も必要ありません。その代わり、静圧の影響下で、ワイヤーフレームの振動エネルギーが巧みに利用されて変換されます。このエネルギーは摩擦作用へと変化し、ワークピースの接合部で必要な熱を発生させるだけでなく、成形や接合に役立つ変形エネルギーも発生し、温度上昇は制限されながらも制御されます。接合部間に形成されるこの金属接合は、ソリッドステート溶接プロセスを表すため、目覚ましい成果です。つまり、母材は溶融せずにそのまま残るため、従来の抵抗溶接で一般的に発生していたスパッタや酸化などの問題を効果的に回避できます。超音波金属溶接機は、銅、銀、アルミニウム、ニッケルなどの非鉄金属の細いワイヤーや薄いシートにシングルポイント溶接、多点溶接、ショートストリップ溶接を行うことができるため、その汎用性が実証されています。

この溶接方式には 2 つの顕著な利点があります。1 つは、溶接時間が非常に短いため生産性が向上し、生産サイクルが短縮されること、もう 1 つは費用対効果が高く、多くの産業用途で経済的に有効な選択肢となることです。

超音波金属溶接の利点と欠点

超音波金属溶接の利点は数多くあり、また重要です。まず、そのスピードは大きな資産です。溶接を迅速に完了できることは、大量生産ラインにとってメリットであり、ターンアラウンドタイムの短縮につながります。第二に、これはエネルギー効率の高いプロセスであり、他のプロセスと比較して消費電力が大幅に少なく、環境に優しいだけでなく、長期的には費用対効果も高くなります。溶着強度が高いため、溶接接合部は堅牢で信頼性が高く、さまざまな機械的ストレスに耐えることができます。電気伝導率が良いことも利点の1つで、電気の流れが重要な用途に適しています。

火花が発生しないため、特に可燃性物質が存在する可能性のある環境では、安全性が向上します。さらに、低温に近い加工という性質があるため、熱によるベース材料の歪みや変質を最小限に抑え、元の特性を維持できます。

ただし、他の技術と同様、これには限界があります。主な欠点の1つは、溶接された金属部品を厚くしすぎることができないことです。一般に、厚さは5 mm以下に制限されているため、より厚い材料が必要な特定の用途では制約となる可能性があります。さらに、溶接スポットのサイズにも制限があります。広い領域は1回のパスで効果的に溶接できないため、複数の作業や代替技術が必要になります。圧力を加えることも必要条件です。つまり、溶接プロセス全体を通して正しい量の圧力が加えられるように、適切な機器と制御機構を設置する必要があります。

このような制限があるにもかかわらず、超音波金属溶接は依然として非常に価値のあるプロセスです。溶接プロセス中、溶接部に電流が流れず、電気溶接で見られるような溶接アークの形成もないため、これは機械加工の驚異です。電流やアークがないため、熱伝導や抵抗率に関する懸念がなくなるため、非鉄金属材料に最適です。さまざまな製造シナリオのさまざまなニーズに対応し、さまざまな厚さのシート材料を溶接できることが実証されています。

金属接続技術に焦点を当てる

金属接続技術の分野では、超音波溶接に関する高度な知識と技能を備えた自動車製品の研究開発専門家チームが目覚ましい進歩を遂げています。彼らは、関連する自動車規格にしっかりと根ざし、顧客の要件を満たすように細心の注意を払って調整された接続ペアリング技術を丹念に開発してきました。一連の厳密かつ繰り返しの検証を通じて、これらの技術は超音波溶接に関連する技術的欠点を効果的に軽減してきました。同時に、製造プロセス内では効率的な品質検査システムが導入されました。このシステムは、生産ラインから生産される製品が市場の期待に応え、しばしば期待を上回る優れたパフォーマンス指標を備えていることを保証するために、正確かつ注意深く運用されています。