Pelajaran 7.7MenyambungBab 7 · Penyambungan

Pengelasan ultrasonik

Solid state: getaran cepat mengikat sambungan kecil dalam kurang dari satu detik

Pengelasan ultrasonik menyambung part dengan menekannya bersama dan mengguncangnya sangat cepat, sekitar 20.000 hingga 40.000 kali per detik. Gosokan memanaskan sambungan sampai terikat, dalam waktu jauh kurang dari satu detik, tanpa lem, sekrup, atau pengisi. Sebagian besar casing plastik las, dari lampu mobil hingga gagang sikat gigi, dan banyak sambungan baterai dan kawat dibuat dengan cara ini.

Foto: Herrmann Ultraschalltechnik, CC BY-SA 4.0, melalui Wikimedia Commons

Pengelasan ultrasonik · welding stack dan close-up sambunganAngka berlingkar sesuai dengan langkah di bawah; close-up di kanan menunjukkan apa yang terjadi pada sambungan di part plastik.

Cara kerjanya

Muat komponen. Kedua part diletakkan dalam fixture di atas anvil (penyangga tetap berbentuk untuk menahannya). Part plastik dicetak dengan rusuk kecil yang disebut energy director di tempat keduanya bersentuhan.
Press. Horn (disebut juga sonotrode, ujung logam berbentuk dari mesin) turun dan menekan kedua part bersama.
Getarkan. Generator mengirim arus frekuensi tinggi ke converter, yang kristal piezoelektriknya (material yang berubah bentuk mengikuti tegangan) mengubahnya menjadi getaran. Booster dan horn memperkuatnya menjadi gerakan beberapa seperseratus milimeter.
Lelehkan sambungan. Gesekan memusatkan panas pada titik kontak kecil, sehingga energy director meleleh lebih dulu dan mengalir melintasi sambungan. Bagian part lainnya tetap dingin.
Tahan dan dinginkan. Getaran berhenti, tetapi gaya tetap dipertahankan sejenak selagi leleh membeku. Kedua part kini menjadi satu.

Logam bekerja secara berbeda. Untuk kawat logam, foil, dan tab baterai, horn menggosok ke samping, bukan memukul naik turun. Gosokan memecahkan oksida permukaan dan menekan logam bersih bersama, sehingga sambungan terbentuk tanpa peleburan.

Fakta kunci

Material: Termoplastik seperti ABS, polikarbonat, polipropilena, dan nilon; logam tipis dan lunak seperti foil dan kawat tembaga dan aluminium
Komponen khas: Casing lampu mobil, alat medis, filter, mainan, kemasan blister, tab baterai, sambungan wire harness
Ukuran komponen: Area sambungan dari beberapa milimeter hingga sekitar 20–30 cm dengan satu horn; pelat logam biasanya di bawah sekitar 1 mm
Presisi: Sangat berulang; tinggi part yang dilas biasanya dalam kisaran sekitar ±0,05–0,1 mm saat mesin mengendalikan collapse
Hasil permukaan: Sambungan bersih, sering tak terlihat; kadang ada manik kecil plastik yang terperas keluar (flash) atau bekas bertekstur dari horn pada logam
Ukuran batch yang cocok: Seri besar; setiap bentuk part membutuhkan horn dan fixture sendiri
Biaya perkakas dan mesin: Puluhan ribu dolar untuk mesin las; beberapa ribu untuk setiap horn dan fixture khusus
Kecepatan: Waktu las biasanya 0,1–1 detik; siklus penuh beberapa detik, sehingga ribuan part per hari per mesin

Kekuatan dan batasan

Kekuatan

Sangat cepat, bersih, dan mudah diotomatisasi
Tanpa lem, sekrup, pelarut, atau pengisi yang harus dibeli
Konsumsi energi rendah, panas hanya di sambungan
Menyambung logam berbeda seperti tembaga ke aluminium

Batasan

Hanya untuk sambungan kecil dan part yang cukup tipis
Setiap desain part membutuhkan horn dan fixture sendiri
Hanya bekerja dengan termoplastik dan logam lunak yang tipis
Getaran dapat merusak elektronik yang rapuh di dalam part

Di mana dipakai

OtomotifCasing lampu belakang dan lampu depan, sambungan wire harness
BateraiTab sel dan busbar pada baterai mobil listrik dan ponsel
MedisFilter, part infus, casing perangkat tersegel
KemasanKemasan blister, tutup kapsul kopi, penyegelan tube
Barang konsumenMainan, sikat gigi, part ponsel, masker dan tisu nonwoven

Cara mengenalinya

Dua belahan plastik cetak yang disambung tanpa sekrup, klip, atau lem, dan sambungan tipis yang tidak bisa dibuka.
Kadang garis halus plastik yang terperas keluar di sepanjang sambungan.
Pada sambungan kawat logam atau tab baterai, area kecil yang rata dengan pola knurling bertekstur yang ditinggalkan horn.

Bandingkan dengan

Las titik tahanan7.2juga menyambung part yang bertumpuk pada area kecil, tetapi dengan arus dan peleburan, untuk pelat baja yang lebih tebal.Brazing dan solder7.3menyambung kawat dan tab dengan pengisi; pengelasan ultrasonik tidak butuh apa pun dan tidak menambah panas pada bagian lain dari part.Friction stir welding7.6metode lain berbasis gesekan, tetapi dengan perkakas berputar untuk pelat aluminium tebal.

Tonton

DuskLight · Bagian-bagian mesin, dalam animasi

The Weld Nugget · Bagaimana getaran menjadi panas pada sambungan

Branson Ultrasonics · Mesin las yang bekerja pada lini otomatis

HerrmannUltrasonics · Banyak produk nyata dibuat dengan cara ini

Lihat foto asli

Wikipedia: Ultrasonic welding — bagian-bagian welding stack dan aplikasi, dengan tautan ke foto
Pencarian foto Wikimedia Commons

Ingat

Getaran pada 20.000 siklus per detik atau lebih berubah menjadi panas tepat di sambungan.
Sambungan plastik meleleh pada rusuk kecil; sambungan logam berikatan tanpa meleleh dengan menggosok ke samping.
Cepat dan bersih, tetapi terbatas pada sambungan kecil dan part tipis.