Быстро потрите руки. Заметьте что-нибудь? Они согрелись, верно? Если вы быстро и многократно возьмете молоток и постучите по металлической поверхности, вы обнаружите, что место удара молотка по металлу тоже нагревается. В обоих этих примерах тепло происходит из-за трения. А теперь представьте, что вы потираете руки или колотите молотком тысячи раз в секунду. Вырабатываемое фрикционное тепло может значительно повысить температуру за очень короткое время. В основном, высокочастотный звук (ультразвук) вызывает быстрые колебания внутри свариваемых материалов. Вибрации вызывают трение материалов друг о друга, и трение повышает температуру на контактирующих поверхностях. Это быстрое нагревание при трении создает условия для склеивания материалов.
Ультразвуковое сварочное оборудование состоит из четырех основных частей. Источник питания преобразует низкочастотное электричество (50–60 Гц) в высокочастотное электричество (20–40 кГц; 1 кГц = 1000 Гц). Затем преобразователь или преобразователь преобразует высокочастотное электричество в высокочастотный звук (ультразвук). Усилитель усиливает ультразвуковые вибрации. Наконец, рог или сонотрод фокусируют ультразвуковые колебания и доставляют их к свариваемым материалам. Помимо этих частей, есть наковальня, на которой сваренные материалы укладываются и удерживаются. Существует также некоторый метод приложения силы (обычно давления воздуха, создаваемого пневматическим поршнем) для удержания материалов вместе во время сварки.
Итак, какие материалы и отрасли используют преимущества этого умного процесса? Ультразвуковая сварка пластмасс широко используется в производстве электроники, медицинских приборов и автомобильных деталей. Например, ультразвуковая сварка используется для создания электрических соединений на компьютерных платах и для сборки электронных компонентов, таких как трансформаторы, электродвигатели и емкостные устройства. Медицинские приборы, такие как катетеры, клапаны, фильтры и маски для лица, также собираются с помощью ультразвуковой сварки. Индустрия упаковки использует эту технику для изготовления пленок, сборки туб и блистерных упаковок. Даже компания Ford Motor Company использовала ультразвуковую сварку для изготовления алюминиевого шасси в автомобилях.