Ultrasoon solderen – Verbinding van hardmetaal met staal zonder vloeimiddel

Ultrasoon solderen zorgt voor een revolutie in de manier waarop hardmetalen worden verbonden en biedt een schoner, efficiënter alternatief voor traditionele methoden. Door ultrasone golven met hoge intensiteit toe te passen, maakt deze geavanceerde techniek toxische vloeimiddelen overbodig, die doorgaans worden gebruikt om oxiden af te breken en verbindingen mogelijk te maken. Ultrasoon solderen is bijzonder effectief voor moeilijk te verwerken materialen zoals wolfraamcarbide en verhoogt de sterkte van de verbinding terwijl het gezondheidsrisico’s en de milieubelasting vermindert. Deze innovatieve aanpak opent nieuwe mogelijkheden voor industrieën die robuuste, betrouwbare verbindingen tussen hardmetaal en staal nodig hebben.

De sonicator UIP1000hdT voor solderen

Het RIF-instituut behaalde zijn baanbrekende soldeerresultaten met de Hielscher UIP1000hdT, een sonicator met sonde van 1000 watt die bekendstaat om zijn precisie en vermogen. Dit geavanceerde apparaat genereert ultrasone golven met hoge intensiteit, waardoor geavanceerde processen zoals cavitatie oxiden effectief kunnen afbreken en de bevochtiging van materialen kunnen verbeteren. Het robuuste ontwerp zorgt voor consistente prestaties onder veeleisende omstandigheden, terwijl de gebruiksvriendelijke touchscreeninterface en programmeerbare instellingen nauwkeurige controle over de belangrijkste parameters bieden. Het vermogen van de UIP1000hdT om betrouwbare, herhaalbare resultaten te leveren, maakt het apparaat tot een onmisbaar hulpmiddel voor geavanceerd onderzoek en industriële toepassingen, waaronder ultrasoon ondersteund solderen.

In de zoektocht naar innovatieve en duurzame productieoplossingen heeft het RIF-instituut voor onderzoek en kennisoverdracht (Dortmund, Duitsland) een doorbraak bereikt in ultrasoon ondersteund solderen voor het verbinden van hardmetaal met staal. Deze geavanceerde aanpak maakt toxische vloeimiddelen overbodig en biedt voordelen voor zowel de gezondheid als het milieu, terwijl de robuuste prestaties van de verbinding behouden blijven.

De uitdaging van het solderen van hardmetaal

Hardmetalen, zoals wolfraamcarbide, staan erom bekend dat ze moeilijk te solderen zijn vanwege hun structurele eigenschappen en chemische gedrag. Traditioneel solderen met staal wordt bemoeilijkt door twee belangrijke factoren:

• Verschillen in thermische uitzetting: Verschillen in de mate van uitzetting van hardmetaal en staal tijdens het soldeerproces kunnen de integriteit van de verbinding aantasten.
• Oxidevorming: Tijdens het solderen vormen zich van nature oxidelagen op metaaloppervlakken, die het bevochtigingsproces belemmeren en de verbindingssterkte verminderen.

Om deze uitdagingen aan te pakken, zijn conventionele soldeermethoden sterk afhankelijk van chemisch agressieve vloeimiddelen. Deze vloeimiddelen brengen echter aanzienlijke gezondheidsrisico’s met zich mee en kunnen materialen op termijn beschadigen. Alternatieven zoals vacuümsolderen of solderen onder beschermgas zijn effectief, maar gaan gepaard met hoge apparatuurkosten en lange verwerkingstijden.

De ultrasone oplossing: solderen zonder vloeimiddel

Ultrasoon ondersteund solderen biedt een baanbrekend alternatief. Deze methode, die al voor lichte metalen wordt gebruikt, benut ultrasone golven om de soldeerprestaties bij lagere temperaturen te verbeteren.

Hoe ultrasoon solderen werkt

Wanneer ultrasone golven tijdens het soldeerproces worden toegepast, veroorzaken ze een verschijnsel dat cavitatie wordt genoemd. Hierbij ontstaan microscopisch kleine gasbellen in het soldeer, die onder hoge druk en bij hoge temperatuur imploderen. Deze implosieve werking biedt verschillende voordelen:

• Breekt oxidelagen op en verwijdert ze van de metaaloppervlakken.
• Verdeelt oxidefragmenten door de gehele soldeernaad.
• Verbetert de bevochtiging van het hardmetaal door het soldeer.

Door vloeimiddel overbodig te maken, vermindert ultrasoon solderen de chemische gevaren aanzienlijk en levert het tegelijkertijd hoogwaardige verbindingen op.

Geavanceerde soldeertechnologie

Bij het RIF-instituut hebben onderzoekers ultrasoon solderen met de sonicator van Hielscher, model UIP1000hdT, geoptimaliseerd voor toepassingen waarbij hardmetaal met staal wordt verbonden. Belangrijke verbeteringen zijn:

• Soldeerstation op maat: Een gespecialiseerde opstelling waarin de te verbinden onderdelen inductief worden verwarmd terwijl ultrasone golven nauwkeurig worden toegepast.
• Procesbewaking: Geavanceerde meet- en regelsystemen zorgen voor reproduceerbare resultaten bij verschillende combinaties van staalsoorten en hardmetalen.
• Grondige beproeving: Gesoldeerde verbindingen worden onderworpen aan grondige niet-destructieve beeldvorming en mechanische beproevingen om hun sterkte en betrouwbaarheid te valideren.

Door nauwgezet te experimenteren, identificeerde het RIF-instituut cruciale procesparameters, zoals de soldeertemperatuur en de activeringstijd van het ultrageluid. De resultaten zijn opmerkelijk:

• Verhoging van de sterkte: Ultrasoon solderen leverde verbindingen op met een sterkte tot 368 MPa – een toename van 347% ten opzichte van solderen zonder vloeimiddel of ultrageluid (106 MPa).
• Concurrerende prestaties: De verbindingssterkte die met ultrasoon solderen wordt bereikt, kan zich meten met die van conventionele methoden op basis van vloeimiddelen.

Henrik Ulitzka, een vooraanstaand onderzoeker bij RIF, benadrukte het belang van deze bevindingen:
“Onze tests toonden de cruciale invloed van procesparameters aan. Door de temperatuur en de activeringstijd van het ultrageluid nauwkeurig af te stemmen, hebben we het volledige potentieel van ultrasoon solderen voor verbindingen tussen hardmetaal en staal benut.”

De toekomst van ultrasoon solderen

Dankzij hun vermogen om sterke verbindingen zonder vloeimiddel te produceren, vormen de sonicatoren van Hielscher voor solderen een veelbelovende vooruitgang voor industrieën variërend van de automobielindustrie tot de lucht- en ruimtevaart.
Het werk van het RIF-instituut toont aan dat innovatie en duurzaamheid hand in hand kunnen gaan en zet een nieuwe standaard voor soldeertechnologie.

Ontwerp, productie en advies – Kwaliteit gemaakt in Duitsland

De sonicatoren van Hielscher staan bekend om hun hoogste kwaliteits- en ontwerpnormen. Robuustheid en eenvoudige bediening maken een soepele integratie van onze sonicatoren in industriële installaties mogelijk. De sonicatoren van Hielscher kunnen zware omstandigheden en veeleisende omgevingen gemakkelijk aan.

Hielscher Ultrasonics is een ISO-gecertificeerd bedrijf en legt bijzondere nadruk op sonicatoren met hoge prestaties, met geavanceerde technologie en gebruiksvriendelijkheid. Uiteraard voldoen de sonicatoren van Hielscher aan de CE-voorschriften en aan de eisen van UL, CSA en RoHs.