超音波金属溶接の接合原理

超音波金属接合は、接合物に超音波振動を与えることにより金属表面の酸化被膜などを除去し表面層の不純物を飛散させ、金属原子間の引力を利用して固相接合状態を作りだすものです。融点の約 1/3 の温度で行われますので、熱影響がすくない工法です。

基本構成

図:基本構成

  • 超音波発振機で高周波の交流電流を発生させ、電気エネルギとして振動子に供給し、機械振動(超音波エネルギ)に変換します。
  • 振動子の超音波エネルギがホーンを伝搬し、ホーン先端では加圧方向に対し垂直方向の振動(横振動)になります。
  • ワーク(被接合物)にヘッド荷重と超音波振動を印加することで、金属接合が可能となります。

接合プロセス

図:プロセス

  • 金属同士を接触させると境界面で局部接触が生じます。
  • 超音波振動とヘッド加圧により、局部接触箇所を起点として、金属の境界面が擦れ合い、酸化皮膜や付着物が破壊、分散し、清浄な金属面が露出します。
  • 表面微細凹凸の塑性変形が促進し、金属同士が近接することで金属原子間引力が作用して、固相状態(母材の融点以下)で接合が行われます。

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