Ultrazvukové pájení – Spojování tvrdokovů s ocelí bez tavidla

Ultrazvukové pájení přináší revoluci ve způsobu spojování tvrdých kovů a nabízí čistší a účinnější alternativu k tradičním metodám. Použitím ultrazvukových vln s vysokou intenzitou tato pokročilá technika eliminuje potřebu toxických tavidel, která se běžně používají k rozkladu oxidů a umožnění lepení. Ultrazvukové pájení, zvláště účinné pro náročné materiály, jako je karbid wolframu, zvyšuje pevnost spoje a zároveň snižuje zdravotní rizika a dopad na životní prostředí. Tento inovativní přístup otevírá nové možnosti pro průmyslová odvětví, která vyžadují robustní a spolehlivé spojení mezi tvrdokovy a ocelí.

Sonicator UIP1000hdT pro pájení

Institut RIF dosáhl svých průkopnických výsledků pájení pomocí Hielscher UIP1000hdT, 1000wattového sonikátoru typu sondy známého svou přesností a výkonem. Toto nejmodernější zařízení generuje vysoce intenzivní ultrazvukové vlny, které umožňují pokročilé procesy, jako je kavitace, účinně rozkládat oxidy a zlepšovat smáčení materiálu. Jeho robustní konstrukce zajišťuje konzistentní výkon v náročných podmínkách, zatímco jeho uživatelsky přívětivé rozhraní dotykové obrazovky a programovatelná nastavení poskytují přesnou kontrolu nad klíčovými parametry. Schopnost UIP1000hdT poskytovat spolehlivé a opakovatelné výsledky z něj činí nepostradatelný nástroj pro špičkový výzkum a průmyslové aplikace, včetně ultrazvukem asistovaného pájení.

Při hledání inovativních a udržitelných výrobních řešení dosáhl Institut pro výzkum a přenos RIF (Dortmund, Německo) průlomu v oblasti ultrazvukového pájení pro spojování tvrdých kovů s ocelí. Tento špičkový přístup eliminuje potřebu toxických tavidel a nabízí výhody pro zdraví i životní prostředí při zachování robustní výkonnosti spojů.

Výzva pájení tvrdých kovů

Tvrdé kovy, jako je karbid wolframu, jsou notoricky známé tím, že se obtížně pájejí kvůli svým strukturálním vlastnostem a chemickému chování. Tradiční pájení s ocelí je brzděno dvěma hlavními faktory:

• Diferenciální tepelná roztažnost: Nesourodé rychlosti expanze tvrdých kovů a oceli během procesu pájení mohou ohrozit integritu spoje.
• Tvorba oxidu: Během pájení se na kovových površích přirozeně tvoří oxidové vrstvy, které brání procesu smáčení a snižují pevnost spoje.

Aby bylo možné tyto výzvy vyřešit, konvenční metody pájení se do značné míry spoléhají na chemicky agresivní tavidla. Tato tavidla však představují značná zdravotní rizika a mohou časem poškodit materiály. Alternativy, jako je vakuové pájení nebo pájení v ochranném plynu, jsou účinné, ale přicházejí s vysokými náklady na zařízení a dlouhou dobou zpracování.

Ultrazvukové řešení: pájení bez tavidla

Ultrazvukové pájení představuje průkopnickou alternativu. Tato metoda, která se již používá pro lehké kovy, využívá ultrazvukové vlny ke zvýšení pájecího výkonu při nižších teplotách.

Jak funguje ultrazvukové pájení

Když jsou ultrazvukové vlny aplikovány na proces pájení, vytvářejí jev zvaný kavitace. To zahrnuje tvorbu mikroskopických plynových bublin v pájce, které se zhroutí pod vysokým tlakem a teplotou. Tato implozivní akce přichází s několika výhodami:

• Rozbíjí a odstraňuje oxidové vrstvy z kovových povrchů.
• Distribuuje úlomky oxidu po celém pájeném švu.
• Zvyšuje smáčení tvrdokovu pájkou.

Odstraněním potřeby tavidla ultrazvukové pájení výrazně snižuje chemická rizika a zároveň dosahuje vysoce kvalitních spojů.

Pokročilá technologie pájení

V institutu RIF vědci optimalizovali ultrazvukové pájení pomocí Hielscherova sonikátoru model UIP1000hdT pro aplikace z tvrdého kovu na ocel. Mezi hlavní pokroky patří:

• Přizpůsobená pájecí stanice: Specializované nastavení, kde jsou spojující se partneři indukčně zahříváni a ultrazvukové vlny jsou přesně aplikovány.
• Monitorování procesu: Pokročilé měřicí a řídicí systémy zajišťují reprodukovatelné výsledky napříč různými kombinacemi ocelí a tvrdých kovů.
• Důkladné testování: Pájené spoje procházejí přísným nedestruktivním zobrazováním a mechanickými zkouškami, aby se ověřila pevnost a spolehlivost.

Prostřednictvím pečlivých experimentů institut RIF identifikoval kritické parametry procesu, jako je teplota pájení a doba aktivace ultrazvuku. Výsledky jsou pozoruhodné:

• Zvýšení síly: Ultrazvukové pájení produkovalo spoje s pevností až 368 MPa, což je nárůst o 347 % ve srovnání s pájením bez tavidla nebo ultrazvuku (106 MPa).
• Konkurenční výkon: Pevnost spoje dosažená ultrazvukovým pájením soupeří s konvenčními metodami založenými na tavidle.

Henrik Ulitzka, přední výzkumný pracovník RIF, zdůraznil význam těchto zjištění:
“Naše testy odhalily kritický vliv procesních parametrů. Doladěním teploty a doby aktivace ultrazvuku jsme uvolnili plný potenciál ultrazvukového pájení pro spoje z tvrdokovu na ocel.”

Budoucnost ultrazvukového pájení

Díky své schopnosti vyrábět silné spoje bez tavidla představují Hielscherovy sonikátory pro pájení slibný pokrok pro průmyslová odvětví od automobilového průmyslu po letecký průmysl.
Práce institutu RIF ukazuje, že inovace a udržitelnost mohou jít ruku v ruce a stanovují nový standard pro technologii pájení.

Projekce, výroba a poradenství – Kvalita Made in Germany

Hielscher ultrasonicators jsou dobře známí pro své nejvyšší standardy kvality a designu. Robustnost a snadná obsluha umožňují hladkou integraci našich ultrazvukových zařízení do průmyslových zařízení. Drsné podmínky a náročná prostředí jsou snadno zvládnutelné Hielscher ultrasonikators.

Hielscher Ultrasonics je společnost certifikovaná ISO a klade zvláštní důraz na vysoce výkonné ultrasonicators s nejmodernější technologií a uživatelskou přívětivostí. Samozřejmě, Hielscher ultrasonicators jsou v souladu s CE a splňují požadavky UL, CSA a RoHs.