Ultralydslodning – Flusmiddelfri sammenføjning af hårdmetaller med stål

Ultralydslodning revolutionerer måden, hvorpå hårdmetaller sammenføjes, og tilbyder et renere og mere effektivt alternativ til traditionelle metoder. Ved at anvende ultralydsbølger med høj intensitet eliminerer denne avancerede teknik behovet for giftige flusmidler, som almindeligvis bruges til at nedbryde oxider og muliggøre sammenføjning. Ultralydslodning er særligt effektiv til udfordrende materialer som wolframcarbid og øger samlingernes styrke, samtidig med at sundhedsrisici og miljøpåvirkning reduceres. Denne innovative tilgang åbner nye muligheder for industrier, der kræver robuste og pålidelige forbindelser mellem hårdmetaller og stål.

Sonikatoren UIP1000hdT til lodning

RIF-instituttet opnåede sine banebrydende lodderesultater ved hjælp af Hielscher UIP1000hdT, en sonikator af probetypen på 1000 watt, der er kendt for sin præcision og effekt. Dette topmoderne apparat genererer ultralydsbølger med høj intensitet, hvilket gør det muligt for avancerede processer som kavitation effektivt at nedbryde oxider og forbedre befugtningen af materialet. Dets robuste konstruktion sikrer ensartet ydeevne under krævende forhold, mens den brugervenlige touchskærmsgrænseflade og de programmerbare indstillinger giver præcis kontrol over centrale parametre. UIP1000hdT’s evne til at levere pålidelige, gentagelige resultater gør den til et uundværligt værktøj til forskning på forkant med udviklingen og industrielle anvendelser, herunder ultralydsassisteret lodning.

I bestræbelserne på at finde innovative og bæredygtige produktionsløsninger har RIF Institute for Research and Transfer (Dortmund, Tyskland) opnået et gennembrud inden for ultralydsassisteret lodning til sammenføjning af hårdmetaller med stål. Denne avancerede tilgang eliminerer behovet for giftige flusmidler og giver både sundheds- og miljømæssige fordele, samtidig med at samlingernes robuste egenskaber bevares.

Udfordringen ved lodning af hårdmetaller

Hårdmetaller som wolframcarbid er notorisk vanskelige at lodde på grund af deres strukturelle egenskaber og kemiske adfærd. Traditionel lodning med stål hæmmes af to hovedfaktorer:

• Forskellig termisk udvidelse: Forskellene i hårdmetallers og ståls termiske udvidelse under loddeprocessen kan kompromittere samlingens integritet.
• Oxiddannelse: Der dannes naturligt oxidlag på metaloverflader under lodning, hvilket hæmmer befugtningsprocessen og reducerer bindingsstyrken.

For at håndtere disse udfordringer er konventionelle loddemetoder i høj grad afhængige af kemisk aggressive flusmidler. Disse flusmidler udgør dog betydelige sundhedsrisici og kan beskadige materialer over tid. Alternativer som vakuumlodning eller lodning i beskyttelsesgas er effektive, men medfører høje udstyrsomkostninger og lange procestider.

Ultralydsløsningen: Flusmiddelfri lodning

Ultralydsassisteret lodning udgør et banebrydende alternativ. Denne metode, som allerede anvendes til letmetaller, udnytter ultralydsbølger til at forbedre lodderesultaterne ved lavere temperaturer.

Sådan fungerer ultralydslodning

Når ultralydsbølger anvendes i loddeprocessen, skaber de et fænomen, der kaldes kavitation. Dette indebærer dannelse af mikroskopiske gasbobler i loddemetallet, som kollapser under højt tryk og høj temperatur. Denne implosion medfører flere fordele:

• Nedbryder og fjerner oxidlag fra metaloverfladerne.
• Fordeler oxidfragmenter i hele loddefugen.
• Forbedrer loddemetallets befugtning af hårdmetallet.

Ved at eliminere behovet for flusmiddel reducerer ultralydslodning de kemiske farer betydeligt, samtidig med at der opnås bindinger af høj kvalitet.

Avanceret loddeteknologi

På RIF-instituttet har forskere optimeret ultralydslodning ved hjælp af sonikatoren fra Hielscher, model UIP1000hdT, til anvendelser, hvor hårdmetal sammenføjes med stål. De vigtigste fremskridt omfatter:

• Specialtilpasset loddestation: En specialiseret opstilling, hvor de emner, der skal sammenføjes, opvarmes induktivt, mens ultralydsbølger påføres præcist.
• Procesovervågning: Avancerede måle- og styresystemer sikrer reproducerbare resultater på tværs af forskellige kombinationer af ståltyper og hårdmetaller.
• Grundig afprøvning: Loddede samlinger gennemgår omfattende ikke-destruktiv billeddannelse og mekanisk afprøvning for at validere styrke og pålidelighed.

Gennem omhyggelige forsøg identificerede RIF-instituttet kritiske procesparametre som loddetemperatur og ultralydens aktiveringstid. Resultaterne er bemærkelsesværdige:

• Øget styrke: Ultralydslodning gav samlinger med en styrke på op til 368 MPa – en stigning på 347% sammenlignet med lodning uden flusmiddel eller ultralyd (106 MPa).
• Konkurrencedygtig ydeevne: Den samlingsstyrke, der opnås med ultralydslodning, kan måle sig med den, der opnås med konventionelle metoder baseret på flusmidler.

Henrik Ulitzka, en førende forsker hos RIF, fremhævede betydningen af disse resultater:
“Vores forsøg viste procesparametrenes afgørende indflydelse. Ved at finjustere temperaturen og ultralydens aktiveringstid udnyttede vi det fulde potentiale ved ultralydslodning til forbindelser mellem hårdmetal og stål.”

Fremtiden for ultralydslodning

Med deres evne til at skabe stærke, flusmiddelfri samlinger repræsenterer sonikatorer fra Hielscher til lodning et lovende fremskridt for industrier lige fra bilindustrien til luft- og rumfartsindustrien.
RIF-instituttets arbejde viser, at innovation og bæredygtighed kan gå hånd i hånd og sætte en ny standard for loddeteknologi.

Design, fremstilling og rådgivning – Kvalitet fremstillet i Tyskland

Ultralydsapparater fra Hielscher er velkendte for deres kvalitets- og designstandarder på højeste niveau. Robusthed og nem betjening gør det muligt at integrere vores ultralydsapparater problemfrit i industrielle anlæg. Ultralydsapparater fra Hielscher håndterer let barske forhold og krævende miljøer.

Hielscher Ultrasonics er en ISO-certificeret virksomhed og lægger særlig vægt på højtydende ultralydsapparater med topmoderne teknologi og brugervenlighed. Ultralydsapparater fra Hielscher overholder naturligvis CE-kravene og opfylder kravene fra UL, CSA og RoHs.