Ultraljudslödning – flussmedelsfri fogning av hårdmetall till stål

Ultraljudslödning revolutionerar hur hårdmetaller fogas samman och erbjuder ett renare och effektivare alternativ till traditionella metoder. Genom att använda högintensiva ultraljudsvågor eliminerar denna avancerade teknik behovet av giftiga flussmedel, som vanligen används för att bryta ned oxider och möjliggöra bindning. Ultraljudslödning är särskilt effektiv för svårbearbetade material som volframkarbid och förbättrar foghållfastheten samtidigt som hälsoriskerna och miljöpåverkan minskar. Denna innovativa metod öppnar nya möjligheter för industrier som behöver robusta, tillförlitliga förbindningar mellan hårdmetall och stål.

Ultraljudsprocessorn UIP1000hdT för lödning

RIF-institutet uppnådde sina banbrytande lödresultat med Hielscher UIP1000hdT, en ultraljudsprocessor av sondtyp på 1000 watt som är känd för sin precision och effekt. Denna toppmoderna utrustning genererar högintensiva ultraljudsvågor och möjliggör avancerade processer som kavitation för att effektivt bryta ned oxider och förbättra vätningen av material. Den robusta konstruktionen säkerställer jämn prestanda under krävande förhållanden, medan det användarvänliga pekskärmsgränssnittet och de programmerbara inställningarna ger exakt kontroll över viktiga parametrar. Förmågan hos UIP1000hdT att leverera tillförlitliga, repeterbara resultat gör den till ett oumbärligt verktyg för spetsforskning och industriella tillämpningar, däribland ultraljudsassisterad lödning.

I strävan efter innovativa och hållbara tillverkningslösningar har RIF-institutet för forskning och tekniköverföring (Dortmund, Tyskland) gjort ett genombrott inom ultraljudsassisterad lödning för fogning av hårdmetall till stål. Denna avancerade metod eliminerar behovet av giftiga flussmedel och ger fördelar för både hälsa och miljö samtidigt som fogarnas robusta prestanda bibehålls.

Utmaningen med att löda hårdmetall

Hårdmetaller, som volframkarbid, är notoriskt svåra att löda på grund av sina strukturella egenskaper och sitt kemiska beteende. Traditionell lödning till stål försvåras av två huvudsakliga faktorer:

• Skillnader i värmeutvidgning: Skillnaderna i värmeutvidgning mellan hårdmetall och stål under lödprocessen kan äventyra fogens integritet.
• Oxidbildning: Oxidskikt bildas naturligt på metallytor under lödning, vilket hindrar vätningsprocessen och minskar bindningsstyrkan.

För att hantera dessa utmaningar är konventionella lödmetoder i hög grad beroende av kemiskt aggressiva flussmedel. Dessa flussmedel medför dock betydande hälsorisker och kan skada material med tiden. Alternativ som vakuumlödning eller skyddsgaslödning är effektiva men medför höga utrustningskostnader och långa processtider.

Ultraljudslösningen: flussmedelsfri lödning

Ultraljudsassisterad lödning erbjuder ett banbrytande alternativ. Metoden används redan för lättmetaller och utnyttjar ultraljudsvågor för att förbättra lödprestandan vid lägre temperaturer.

Så fungerar ultraljudslödning

När ultraljudsvågor tillförs under lödprocessen skapar de ett fenomen som kallas kavitation. Det innebär att mikroskopiska gasbubblor bildas i lodet och kollapsar under högt tryck och hög temperatur. Denna implosion medför flera fördelar:

• Bryter upp och avlägsnar oxidskikt från metallytorna.
• Fördelar oxidfragment i hela lödfogen.
• Förbättrar lodets vätning av hårdmetallen.

Genom att eliminera behovet av flussmedel minskar ultraljudslödning de kemiska riskerna avsevärt samtidigt som bindningar av hög kvalitet uppnås.

Avancerad lödteknik

Vid RIF-institutet har forskare optimerat ultraljudslödning med Hielschers ultraljudsprocessor av modellen UIP1000hdT för tillämpningar där hårdmetall fogas till stål. Viktiga framsteg omfattar:

• Anpassad lödstation: En specialiserad uppställning där delarna som ska fogas samman värms induktivt samtidigt som ultraljudsvågor tillförs med precision.
• Processövervakning: Avancerade mät- och styrsystem säkerställer reproducerbara resultat för olika kombinationer av stål och hårdmetaller.
• Grundlig provning: Lödfogar genomgår rigorös oförstörande avbildning och mekanisk provning för att verifiera hållfasthet och tillförlitlighet.

Genom noggranna experiment identifierade RIF-institutet kritiska processparametrar som lödtemperatur och ultraljudets aktiveringstid. Resultaten är anmärkningsvärda:

• Ökad hållfasthet: Ultraljudslödning gav fogar med en hållfasthet på upp till 368 MPa – en ökning med 347% jämfört med lödning utan flussmedel eller ultraljud (106 MPa).
• Konkurrenskraftig prestanda: Den foghållfasthet som uppnås med ultraljudslödning är i nivå med den som uppnås med konventionella flussmedelsbaserade metoder.

Henrik Ulitzka, en ledande forskare vid RIF, betonade betydelsen av dessa resultat:
”Våra tester visade processparametrarnas avgörande inverkan. Genom att finjustera temperaturen och ultraljudets aktiveringstid kunde vi utnyttja ultraljudslödningens fulla potential för förbindningar mellan hårdmetall och stål.”

Framtiden för ultraljudslödning

Med sin förmåga att skapa starka, flussmedelsfria fogar utgör Hielschers ultraljudsprocessorer för lödning ett lovande framsteg för industrier från fordonsindustrin till flyg- och rymdindustrin.
RIF-institutets arbete visar att innovation och hållbarhet kan gå hand i hand och sätter en ny standard för lödteknik.

Konstruktion, tillverkning och rådgivning – kvalitet tillverkad i Tyskland

Hielschers ultraljudsprocessorer är välkända för sin högsta kvalitet och sina högsta konstruktionsstandarder. Robusthet och enkel användning möjliggör smidig integrering av våra ultraljudsprocessorer i industrianläggningar. Hielschers ultraljudsprocessorer klarar enkelt tuffa förhållanden och krävande miljöer.

Hielscher Ultrasonics är ett ISO-certifierat företag och lägger särskild vikt vid högpresterande ultraljudsprocessorer med toppmodern teknik och användarvänlighet. Hielschers ultraljudsprocessorer är naturligtvis CE-kompatibla och uppfyller kraven enligt UL, CSA och RoHs.