Ultrazvočno spajkanje – spajanje trdih kovin z jeklom brez talil

Ultrazvočno spajkanje revolucionarno spreminja način spajanja trdih kovin ter ponuja čistejšo in učinkovitejšo alternativo tradicionalnim metodam. Z uporabo ultrazvočnih valov visoke intenzivnosti ta napredna tehnika odpravlja potrebo po strupenih talilih, ki se običajno uporabljajo za razgradnjo oksidov in omogočanje povezovanja. Ultrazvočno spajkanje je zlasti učinkovito pri zahtevnih materialih, kot je volframov karbid, saj povečuje trdnost spojev, hkrati pa zmanjšuje tveganja za zdravje in vpliv na okolje. Ta inovativni pristop odpira nove možnosti za industrijske panoge, ki potrebujejo trdne in zanesljive spoje med trdimi kovinami in jeklom.

Sonikator UIP1000hdT za spajkanje

Inštitut RIF je svoje prelomne rezultate pri spajkanju dosegel z napravo Hielscher UIP1000hdT, 1000-vatnim sonikatorjem s sondo, ki slovi po svoji natančnosti in moči. Ta najsodobnejša naprava ustvarja ultrazvočne valove visoke intenzivnosti in tako omogoča, da napredni procesi, kot je kavitacija, učinkovito razgrajujejo okside in izboljšujejo omočenje materialov. Njena robustna zasnova zagotavlja dosledno delovanje v zahtevnih razmerah, uporabniku prijazen vmesnik z zaslonom na dotik in programirljive nastavitve pa omogočajo natančen nadzor ključnih parametrov. Zaradi sposobnosti zagotavljanja zanesljivih in ponovljivih rezultatov je UIP1000hdT nepogrešljivo orodje za najnaprednejše raziskave in industrijske uporabe, vključno z ultrazvočno podprtim spajkanjem.

V iskanju inovativnih in trajnostnih proizvodnih rešitev je Inštitut RIF za raziskave in prenos tehnologij (Dortmund, Nemčija) dosegel preboj pri ultrazvočno podprtem spajkanju za spajanje trdih kovin z jeklom. Ta najnaprednejši pristop odpravlja potrebo po strupenih talilih ter prinaša koristi za zdravje in okolje, hkrati pa ohranja visoko zmogljivost spojev.

Izziv spajkanja trdih kovin

Trde kovine, kot je volframov karbid, je zaradi njihovih strukturnih lastnosti in kemijskega obnašanja znano težko spajkati. Tradicionalno spajkanje z jeklom ovirata dva glavna dejavnika:

• Različno toplotno raztezanje: Neujemanje stopenj raztezanja trdih kovin in jekla med spajkanjem lahko ogrozi celovitost spoja.
• Nastajanje oksidov: Med spajkanjem na kovinskih površinah naravno nastajajo oksidne plasti, ki ovirajo proces omočenja in zmanjšujejo trdnost spoja.

Za obvladovanje teh izzivov se običajne metode spajkanja v veliki meri opirajo na kemično agresivna talila. Vendar ta talila predstavljajo znatna tveganja za zdravje in lahko sčasoma poškodujejo materiale. Alternative, kot sta spajkanje v vakuumu ali v zaščitnem plinu, so učinkovite, vendar jih spremljajo visoki stroški opreme in dolgi časi obdelave.

Ultrazvočna rešitev: spajkanje brez talil

Ultrazvočno podprto spajkanje predstavlja prelomno alternativo. Ta metoda, ki se že uporablja za lahke kovine, izkorišča ultrazvočne valove za izboljšanje učinkovitosti spajkanja pri nižjih temperaturah.

Kako deluje ultrazvočno spajkanje

Ko se pri spajkanju uporabijo ultrazvočni valovi, povzročijo pojav, imenovan kavitacija. Pri tem v spajki nastajajo mikroskopski plinski mehurčki, ki se sesedejo pod visokim tlakom in pri visoki temperaturi. To implozivno delovanje prinaša več prednosti:

• Razbija in odstranjuje oksidne plasti s kovinskih površin.
• Razporeja oksidne delce po celotnem spajkanem šivu.
• Izboljšuje omočenje trde kovine s spajko.

Z odpravo potrebe po talilu ultrazvočno spajkanje znatno zmanjšuje kemične nevarnosti, hkrati pa omogoča visokokakovostne spoje.

Napredna tehnologija spajkanja

Raziskovalci na Inštitutu RIF so optimizirali ultrazvočno spajkanje z uporabo sonikatorja Hielscher modela UIP1000hdT za spajanje trdih kovin z jeklom. Ključni dosežki vključujejo:

• Prilagojena spajkalna postaja: Specializirana postavitev, pri kateri se spajani deli induktivno segrevajo, medtem ko se ultrazvočni valovi natančno dovajajo.
• Spremljanje procesa: Napredni merilni in krmilni sistemi zagotavljajo ponovljive rezultate pri različnih kombinacijah jekel in trdih kovin.
• Temeljito preizkušanje: Spajkani spoji se podvržejo strogemu neporušnemu slikanju in mehanskim preizkusom za preverjanje trdnosti in zanesljivosti.

Inštitut RIF je s skrbnim eksperimentiranjem opredelil ključne procesne parametre, kot sta temperatura spajkanja in čas aktivacije ultrazvoka. Rezultati so izjemni:

• Povečanje trdnosti: Z ultrazvočnim spajkanjem so nastali spoji s trdnostjo do 368 MPa – povečanje za 347% v primerjavi s spajkanjem brez talila ali ultrazvoka (106 MPa).
• Konkurenčna zmogljivost: Trdnost spojev, dosežena z ultrazvočnim spajkanjem, se lahko kosa z običajnimi metodami, ki uporabljajo talila.

Henrik Ulitzka, vodilni raziskovalec pri RIF, je poudaril pomen teh ugotovitev:
“Naši preizkusi so razkrili ključni vpliv procesnih parametrov. Z natančnim prilagajanjem temperature in časa aktivacije ultrazvoka smo izkoristili celoten potencial ultrazvočnega spajkanja za spoje med trdimi kovinami in jeklom.”

Prihodnost ultrazvočnega spajkanja

Sonikatorji Hielscher za spajkanje s svojo sposobnostjo izdelave trdnih spojev brez talil predstavljajo obetaven napredek za industrijske panoge od avtomobilske do letalske in vesoljske industrije.
Delo Inštituta RIF dokazuje, da gresta lahko inovativnost in trajnost z roko v roki, ter postavlja nov standard za tehnologijo spajkanja.

Načrtovanje, proizvodnja in svetovanje – kakovost, izdelana v Nemčiji

Ultrazvočne naprave Hielscher so znane po najvišjih standardih kakovosti in zasnove. Robustnost in preprosto upravljanje omogočata nemoteno vključitev naših ultrazvočnih naprav v industrijske obrate. Ultrazvočne naprave Hielscher zlahka obvladujejo težke razmere in zahtevna okolja.

Hielscher Ultrasonics je podjetje s certifikatom ISO in daje poseben poudarek visokozmogljivim ultrazvočnim napravam z najsodobnejšo tehnologijo, ki so prijazne do uporabnika. Ultrazvočne naprave Hielscher so seveda skladne s CE in izpolnjujejo zahteve UL, CSA in RoHs.