超音波金属溶接とは
超音波溶接プロセスは、金属の溶接に最適です。超音波金属溶接とは、超音波溶接機が高周波の機械的振動を発生させ、圧力を加えながら金属表面を加熱するプロセスです。これにより、金属表面の酸化層が破壊され、金属原子間の格子拡散と結合が促進され、非鉄金属の溶接が完了します。超音波金属溶接の主要構成要素には、超音波発生器（電源）、トランスデューサ（変換器）、ブースター、溶接ホーン（ソノトロード）などがあります。
基礎となる物理学
超音波金属溶接は、基本的に固体溶接プロセスであり、母材を溶融させることなく非鉄金属を永久的に接合します。このプロセスでは、超音波溶接機を用いて、横方向の高周波機械振動（通常、周波数は20kHz～40kHz、振幅は10～50ミクロン）を発生させながら、正確な垂直荷重を加えます。
材料力学の観点から見ると、この強いせん断応力によって、微細な凹凸部分の表面汚染物質や酸化層が瞬時に粉砕されます。露出したばかりの純粋な金属表面が圧力によって圧縮されると、機械的エネルギーによって局所的な塑性変形が誘発されます。これにより材料の降伏強度が大幅に低下し、格子拡散が急速に進行して原子レベルで真の金属結合が形成されます。
超音波金属溶接の利点
– 高い溶接品質：超音波金属溶接は低温固相溶接に分類され、金属相変態による組織の不均一性や熱応力などの問題を回避します。これにより、超音波金属溶接は原材料の耐食性、機械的特性、および電気伝導性を維持することができます。
– 幅広い適用範囲：銅、アルミニウム、ニッケル、銀などの様々な非鉄金属や合金の溶接が可能で、異種金属（例えば、銅とアルミニウム）の溶接も可能です。
環境に優しいプロセス：溶接中に火花、煙、有害ガスは発生しません。フラックスの添加も不要なため、環境に優しいです。
– 精密制御：HYUSONICの金属溶接機は、時間、エネルギー、ピーク電力、絶対距離、相対距離、および接地監視の6つの溶接モードをサポートしています。また、時間、圧力、位置、電力の4つのトリガーモードを備えています。多次元しきい値調整と0.01mmの制御精度により、完全な高精度と制御性を実現します。
超音波金属溶接の応用
超音波溶接できる材料
| 溶接技術 | サイクルタイム | 初期設備コスト |
| 超音波金属溶接 | 速い（通常は数分の1秒） | 穏健派 |
| 抵抗溶接 | 非常に高速（ミリ秒から秒） | ロー |
| レーザー溶接 | 高速（溶接形状による） | すごく高い |
金属とプラスチックを超音波溶接できますか？
超音波溶接では、プラスチックと金属の接合はごく一部に限られ、強度が低く、荷重が重要でない用途にしか適していません。これは、プラスチックと金属は原子拡散による化学結合を形成できず、物理吸着または界面嵌合によってのみ接合されるため、同じ材料を溶接した場合よりも強度がはるかに低いからです。さらに、熱可塑性プラスチック＋軟質金属＋表面前処理＋中間層材料といった条件を満たす必要があります。用途によっては、超音波リベット留めや埋め込み（超音波溶接の一種）を用いることで、プラスチックと金属をしっかりと接合することができます。
金属同士を超音波溶接できますか？
はい。超音波溶接は、銅とアルミニウムなどの異なる金属を、優れた導電性を維持しながら接合することができます。様々な用途に応じて溶接が必要な非鉄金属材料については、実際に溶接を試みて、溶接性を確認することは可能です。
抵抗溶接とレーザー溶接との比較
金属の超音波溶接は、抵抗溶接やレーザー溶接に比べて明確な利点があります。抵抗溶接とは異なり、高電流を必要としないため、エネルギー消費量が少なく、電極の摩耗もありません。レーザー溶接と比較して、超音波溶接はより安全で、発熱量が少なく、複雑な光学系やシールドガスも必要としません。銅やアルミニウムなどの薄く導電性のある非鉄金属の接合に最適です。サイクルタイムが短く、運用コストが低いため、特にバッテリータブ、配線端子、電子機器に適しています。固体であるため、溶融やスパッタのない、クリーンで信頼性の高い接合部を実現します。
超音波金属溶接ビデオ
超音波溶接の原理
Hyusonic超音波金属切断機
超音波金属溶接は、非鉄金属ワイヤーハーネス、非鉄金属シート、端子溶接、金属管シーリングなどの溶接に使用できます。
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