Ultrazvočno varjenje je industrijska tehnika, pri kateri se visokofrekvenčne ultrazvočne zvočne vibracije lokalno nanesejo na obdelovance, ki jih držite skupaj pod pritiskom, da ustvarite polprevodniški zvar. Običajno se uporablja za plastiko in kovine, zlasti za spajanje različnih materialov. Pri ultrazvočnem varjenju , za vezavo materialov ni potrebnih vezivnih vijakov, žebljev, spajkalnih materialov ali lepil. Pri uporabi na kovinah je pomembna značilnost te metode, da temperatura ostane precej pod tališčem vpletenih materialov in tako prepreči kakršno koli neželeno lastnosti, ki lahko nastanejo zaradi izpostavljenosti materialom z visoko temperaturo.
Praktična uporaba ultrazvočnega varjenja za togo plastiko se je zaključila v šestdesetih letih. V tem trenutku je bilo mogoče variti samo trdo plastiko. Patent za ultrazvočno metodo varjenja trdih termoplastičnih delov je bil leta 1965 podeljen Robertu Soloffu in Seymouru Linsleyju. Soloff, ustanovitelj Sonics & Materials Inc., je bil laboratorijski vodja podjetja Branson Instruments, kjer so tanke plastične folije varjene v vrečke in cevi z uporabo ultrazvočnih sond. Nehote je prestavil sondo blizu razpršilnika plastičnega traku in polovice razpršilnika zvaril skupaj. Spoznal je, da sonde ni treba ročno premikati po delu, ampak da lahko ultrazvočna energija potuje skozi in okoli toge plastike in zvari celoten spoj. Nadaljeval je z razvojem prvega ultrazvočnega tiska. Prva uporaba te nove tehnologije je bila v industriji igrač.
Prvi avtomobil, izdelan v celoti iz plastike, je bil sestavljen z ultrazvočnim varjenjem leta 1969. Čeprav se avtomobili iz plastike niso prijeli, je ultrazvočno varjenje. Avtomobilska industrija ga redno uporablja že od osemdesetih let prejšnjega stoletja. Zdaj se uporablja za množico aplikacij.
Za spajanje kompleksnih termoplastičnih delov z brizganjem je mogoče ultrazvočno varilno opremo prilagoditi natančnim zahtevam delov, ki jih varimo. Deli se zasipajo med gnezdom fiksne oblike ( nakovnja ) in sonotrodom (rogom), povezanim s pretvornikom, in oddaja se zvočna vibracija z nizko amplitudo približno 20 kHz . (Opomba: Pogoste frekvence, ki se uporabljajo pri ultrazvočnem varjenju termoplastov, so 15 kHz, 20 kHz, 30 kHz, 35 kHz, 40 kHz in 70 kHz). Pri varjenju plastike je vmesnik obeh delov posebej zasnovan za koncentriranje postopka taljenja. Eden od materialov ima ponavadi napravo z energijo s špičastim ali zaobljenim energijskim stikom, ki se dotika drugega plastičnega dela. Ultrazvočna energija stopi točkovni stik med deli in ustvarja sklep. Ta postopek je dobra avtomatizirana alternativa lepilom , vijakom ali zasnovo, ki ustreza prileganju . Običajno se uporablja z majhnimi deli (npr. Mobilni telefoni, potrošniška elektronika, medicinsko orodje za enkratno uporabo, igrače ipd.), Vendar se lahko uporablja na delih, velikih kot majhna skupina avtomobilskih instrumentov. Ultrazvočni aparati se lahko uporabljajo tudi za varjenje kovin, vendar so običajno omejeni na majhne zvare tankih, kovinskih kovin, na primer aluminija, bakra, niklja. Zaradi potrebnih nivojev moči se ultrazvok ne bi uporabljal pri varjenju podvozja avtomobila ali pri varjenju kosov kolesa .
Ultrazvočno varjenje termoplastov povzroči lokalno taljenje plastike zaradi absorpcije vibracijske energije vzdolž spoja, ki ga je treba variti. Pri kovinah se varjenje pojavlja zaradi visokotlačne razpršitve površinskih oksidov in lokalnega gibanja materialov. Čeprav je ogrevanje, ni dovolj, da se osnovni materiali stopijo.
Ultrazvočno varjenje se lahko uporablja tako za trde kot mehke plastike, kot so polkristalna plastika, in kovine. Razumevanje ultrazvočnega varjenja se je z raziskavami in testiranjem povečalo. Izum bolj izpopolnjene in poceni opreme ter povečano povpraševanje po plastičnih in elektronskih komponentah je privedlo do vse večjega poznavanja temeljnega postopka. Vendar pa mnogi vidiki ultrazvočnega varjenja še vedno zahtevajo več raziskav, na primer povezovanje kakovosti zvara s parametri procesa. Ultrazvočno varjenje je še naprej hitro razvijajoče se področje.
Znanstveniki z Inštituta za materialologijo in inženiring (WKK) Univerze v Kaiserslauternu so s podporo Nemške raziskovalne fundacije ( Deutsche Forschungsgemeinschaft ) uspeli dokazati, da lahko uporaba ultrazvočnih varilnih postopkov pripelje do zelo trpežnih vezi med lahkimi kovinami in ogljikom listi z ojačanimi vlakni polimerov (CFRP).
Prednosti ultrazvočnega varjenja so, da je veliko hitrejše od običajnih lepil ali topil. Čas sušenja je zelo hiter, kosov pa ni potrebno, da ostanejo v pritrdilni napravi dalj časa, in čakajo, da se spoja posuši ali strdi. Varjenje je mogoče enostavno avtomatizirati, kar omogoča čiste in natančne spoje; mesto zvara je zelo čisto in le redko zahteva kakršno koli dotikanje. Nizek toplotni vpliv na vpletene materiale omogoča varjenje večjega števila materialov.
