Technologie - Ultraschallschweißen

Mithilfe des Ultraschallschweißens lassen sich Werkstoffe miteinander verbinden.

Mithilfe des Ultraschallschweißens lassen sich zahlreiche Werkstoffe miteinander stoffschlüssig verbinden. Die beiden größten Werkstoffgruppen sind dabei Kunststoffe und Metalle. Grundsätzlich sind thermoplastische Kunststoffe zum Ultraschallschweißen geeignet, bei den metallischen Werkstoffen sind es neben Kupfer und dessen Legierungen besonders die Aluminium-Werkstoffe, welche sich wirtschaftlich und mit hoher Qualität fügen lassen. Weitere metallische Werkstoffe wie zum Beispiel Nickel, Gold, Silber sind ebenfalls mit dem Ultraschallprozess zu fügen, jedoch sind dies in der Regel Sonderanwendungen, die vor der Auswahl des Ultraschallprozesses einer genaueren Analyse bedürfen.

 

Ultraschallschweißen ist ein Press- und Reibschweißverfahren

Beim Ultraschallschweißen handelt es sich um ein Press- und Reibschweißverfahren, bei dem unter Druck und gleichzeitiger Relativbewegung zwischen den Fügepartnern (durch Reibung) eine Schweißung hergestellt wird. Die Relativbewegung wird durch ein Schwingersystem erzeugt. Dieses besteht fast immer aus Konverter, Booster und Sonotrode und ist häufig auf Resonanzfrequenzen von 20, 35 oder 40 kHz abgestimmt. Der Booster kann in einigen Anwendungsfällen auch entfallen. Die wesentlichen Unterschiede zwischen Kunststoff- und Metallschweißen bestehen in der Einleitung der hochfrequenten Schwingung. Zum Erwärmen und Schmelzen des Kunststoffes wird die Schwingung vertikal eingeleitet, während beim Ultraschallmetallschweißen die beiden Fügepartner unter einem vorgegebenen Druck aufeinander / gegeneinander gerieben werden.

Stoffschlüssige Verbindung beim Metallschweißen

Während beim Kunststoffschweißen die zu fügenden Bauteile in die schmelzflüssige Phase überführt werden, entsteht die stoffschlüssige Verbindung beim Metallschweißen im festen Zustand. Obwohl der Schmelzpunkt der zu verbindenden Metalle nicht erreicht wird, können hochfeste Metallverbindungen realisiert werden, die dem klassischen Reibschweißverfahren sehr ähnlich sind. Durch das Ultraschallmetallschweißen wird eine feste homogene und dauerhafte Metallschweißverbindung erzeugt – nicht vergleichbar mit einem oberflächlichen Anhaften oder Kleben. Die beiden metallischen Werkstoffe haben sich gegenseitig durchdrungen und sind durch Kurzstreckendiffusion innerhalb von Bruchteilen von Sekunden dauerhaft metallisch verbunden.