اللحام بالموجات فوق الصوتية

الحالة الصلبة: اهتزاز سريع يربط وصلات صغيرة في أقل من ثانية

اللحام فوق الصوتي يصل القطع بضغطها معًا وهزّها بسرعة كبيرة، نحو 20,000 إلى 40,000 مرة في الثانية. يسخّن الفرك الوصلة حتى تترابط، في أقل بكثير من ثانية، بلا غراء ولا براغٍ ولا مادة حشو. معظم الأغلفة البلاستيكية الملحومة، من أضواء السيارات إلى مقابض فرش الأسنان، وكثير من وصلات البطاريات والأسلاك تُصنع بهذه الطريقة.

الصورة: Herrmann Ultraschalltechnik, CC BY-SA 4.0, عبر Wikimedia Commons

اللحام فوق الصوتي · حزمة اللحام ولقطة مقرّبة للوصلةالأرقام داخل الدوائر تطابق الخطوات أدناه؛ وتُظهر اللقطة المقرّبة على اليمين ما يحدث عند الوصلة في القطع البلاستيكية.

كيف تعمل

تحميل القطع. تستقر القطعتان في تثبيت على السندان (دعامة ثابتة بشكل يحتضنهما). تُقولب القطع البلاستيكية بحافة صغيرة تسمى موجّه الطاقة حيث تتلامس.
الضغط. ينزل البوق (ويسمى أيضًا السونوترود، طرف الآلة المعدني المشكّل) ويضغط القطعتين معًا.
الاهتزاز. يرسل المولّد تيارًا عالي التردد إلى المحوّل، فتحوّله بلوراته الكهروضغطية (مواد تتغير شكلًا مع الجهد) إلى اهتزاز. ويضخّمه المعزّز والبوق إلى حركة بضعة أجزاء من مئة من المليمتر.
صهر الوصلة. يركّز الاحتكاك الحرارة عند نقطة التلامس الصغيرة، فينصهر موجّه الطاقة أولًا ويتدفق عبر الوصلة. ويبقى باقي القطعة باردًا.
التثبيت والتبريد. يتوقف الاهتزاز، لكن القوة تبقى لحظة بينما يتجمد المصهور. تصبح القطعتان الآن واحدة.

المعادن تعمل بشكل مختلف. في أسلاك المعادن ورقائقها ولسانات البطاريات، يفرك البوق جانبيًا بدل الطرق صعودًا ونزولًا. يكسر الفرك أكاسيد السطح ويضغط معدنًا نظيفًا إلى معدن نظيف، فتتكون الوصلة دون صهر.

حقائق أساسية

المواد: لدائن حرارية مثل ABS والبولي كربونات والبولي بروبيلين والنايلون؛ ومعادن رقيقة وليّنة مثل رقائق النحاس والألومنيوم وأسلاكهما
القطع النموذجية: أغلفة أضواء السيارات، الأجهزة الطبية، المرشّحات، الألعاب، العبوات المنفطة، لسانات البطاريات، وصلات حزم الأسلاك
حجم القطعة: مناطق وصل من بضعة مليمترات إلى نحو 20–30 سم ببوق واحد؛ وصفائح المعدن عادةً أقل من نحو 1 مم
الدقة: قابل للتكرار جدًا؛ وارتفاع القطعة الملحومة ضمن نحو ±0.05–0.1 مم عادةً عندما تتحكم الآلة في الانهيار
تشطيب السطح: وصلة نظيفة، غالبًا غير مرئية؛ وأحيانًا خرزة صغيرة من البلاستيك المعصور (زوائد) أو أثر ذو ملمس من البوق على المعادن
حجم الدفعة المناسب: سلاسل كبيرة؛ وكل شكل قطعة يحتاج إلى بوقه وتثبيته الخاصين
كلفة العدّة والآلة: عشرات آلاف الدولارات للحّامة؛ وبضعة آلاف لكل بوق وتثبيت مخصص
السرعة: زمن اللحام عادةً 0.1–1 ث؛ ودورة كاملة بضع ثوانٍ، فآلاف القطع في اليوم للآلة الواحدة

نقاط القوة والحدود

نقاط القوة

سريع جدًا ونظيف وسهل الأتمتة
لا غراء ولا براغي ولا مذيبات ولا حشو لشرائه
استهلاك طاقة قليل، وحرارة عند الوصلة فقط
يصل معادن مختلفة مثل النحاس بالألومنيوم

الحدود

للوصلات الصغيرة والقطع الرقيقة نسبيًا فقط
كل تصميم قطعة يحتاج إلى بوقه وتثبيته الخاصين
يعمل مع اللدائن الحرارية والمعادن الليّنة الرقيقة فقط
الاهتزاز قد يتلف الإلكترونيات الدقيقة داخل القطعة

أين تُستخدم

السياراتأغلفة الأضواء الخلفية والمصابيح الأمامية، وصلات حزم الأسلاك
البطارياتلسانات الخلايا وقضبان التوزيع في بطاريات السيارات الكهربائية والهواتف
الطبالمرشّحات، قطع أجهزة المحلول الوريدي، أغلفة الأجهزة المحكمة
التغليفالعبوات المنفطة، أغطية كبسولات القهوة، إحكام الأنابيب
السلع الاستهلاكيةالألعاب، فرش الأسنان، قطع الهواتف، الكمامات والمناديل غير المنسوجة

كيف تتعرف عليها

نصفان بلاستيكيان مقولبان متصلان بلا براغٍ أو مشابك أو غراء، مع درزة رفيعة لا تُفتح.
أحيانًا خط رفيع من البلاستيك المعصور على امتداد الدرزة.
في وصلات الأسلاك المعدنية أو لسانات البطاريات، منطقة صغيرة مسطحة بنمط محزّز ذي ملمس تركه البوق.

قارنها بـ

اللحام النقطي بالمقاومة7.2يصل القطع المتراكبة عند مساحات صغيرة أيضًا، لكن بالتيار والصهر، لصفائح فولاذ أسمك.اللحام بالنحاس واللحام اللين7.3يصل الأسلاك واللسانات بمادة حشو؛ أما اللحام فوق الصوتي فلا يحتاج إلى حشو ولا يضيف حرارة إلى باقي القطعة.اللحام بالاحتكاك والتحريك7.6طريقة أخرى قائمة على الاحتكاك، لكن بأداة دوّارة لألواح الألومنيوم السميكة.

شاهدها

DuskLight · أجزاء الآلة، برسوم متحركة

The Weld Nugget · كيف يتحول الاهتزاز إلى حرارة عند الوصلة

Branson Ultrasonics · حّامة تعمل على خط آلي

HerrmannUltrasonics · كثير من المنتجات الحقيقية المصنوعة بهذه الطريقة

شاهد صورًا حقيقية

ويكيبيديا: اللحام فوق الصوتي — أجزاء حزمة اللحام والتطبيقات، مع روابط إلى الصور
البحث عن الصور في ويكيميديا كومنز

تذكّر

اهتزاز بتردد 20,000 دورة في الثانية أو أكثر يتحول إلى حرارة عند الوصلة مباشرة.
وصلات البلاستيك تنصهر عند حافة صغيرة؛ ووصلات المعدن تترابط دون صهر بالفرك الجانبي.
سريع ونظيف، لكنه محصور في الوصلات الصغيرة والقطع الرقيقة.