Lutowanie ultradźwiękowe

Lutowanie ultradźwiękowe ( lutowanie U/S ) to beztopnikowy proces lutowania , który wykorzystuje energię ultradźwiękową , bez potrzeby stosowania chemikaliów do lutowania materiałów, takich jak szkło, ceramika i kompozyty , metali trudnych do lutowania i innych wrażliwych elementów, których nie można lutować przy użyciu konwencjonalnych środków.

Lutowanie ultradźwiękowe znajduje coraz większe zastosowanie w lutowaniu metali i ceramiki, od fotowoltaiki słonecznej i medycznych stopów z pamięcią kształtu po specjalistyczne pakiety elektroniczne i czujniki. Jest używany od 1955 roku do lutowania aluminium i innych metali bez użycia topnika. ^{[ potrzebne źródło ]}

Proces

Lutowanie ultradźwiękowe to wyraźnie inny proces niż spawanie ultradźwiękowe . Spawanie ultradźwiękowe wykorzystuje energię ultradźwiękową do łączenia części bez dodawania jakiegokolwiek materiału wypełniającego, podczas gdy lutowanie ultradźwiękowe wykorzystuje zewnętrzne ogrzewanie do stopienia materiałów wypełniających, a mianowicie lutów, w celu utworzenia złącza.

Lutowanie ultradźwiękowe można wykonać za pomocą specjalistycznej lutownicy lub specjalistycznego garnka lutowniczego . W obu przypadkach proces można zautomatyzować w przypadku produkcji na dużą skalę lub wykonać ręcznie w przypadku prototypowania lub prac naprawczych. Początkowo lutowanie U/S miało na celu łączenie aluminium i innych metali; jednak wraz z pojawieniem się aktywnych lutów lutowniczych można teraz lutować znacznie szerszą gamę metali, ceramiki i szkła.

Lutowanie ultradźwiękowe wykorzystuje podgrzewane końcówki lutownicze sprzężone ultradźwiękowo (0,5–10 mm) lub kąpiele lutownicze sprzężone ultradźwiękowo. W tych urządzeniach kryształy piezoelektryczne są wykorzystywane do generowania fal akustycznych o wysokiej częstotliwości (20–60 kHz) w warstwach lub partii stopionego lutu, w celu mechanicznego rozbicia tlenków , które tworzą się na powierzchniach stopionego lutu. Groty lutownicy ultradźwiękowej są również połączone z elementem grzejnym podczas gdy kryształ piezoelektryczny jest izolowany termicznie, aby zapobiec degradacji elementu piezoelektrycznego. Końcówki lutownicy ultradźwiękowej mogą nagrzewać się (do 450 ° C) podczas mechanicznych oscylacji z częstotliwością 20–60 kHz. Ta grot lutowniczy może topić spoiwo lutownicze, ponieważ w roztopionym jeziorku lutowniczym indukowane są wibracje akustyczne. Wibracje i kawitacja w stopionym lucie umożliwiają następnie zmoczenie lutu i przywieranie do wielu metalowych powierzchni.

Energia akustyczna wytwarzana przez końcówkę lutowniczą lub ultradźwiękowy tygiel lutowniczy działa poprzez kawitację stopionego lutu, która mechanicznie rozrywa warstwy tlenków na samych warstwach lutu i na łączonych powierzchniach metalowych.

Kawitacja w roztopionym jeziorku lutowniczym może być bardzo skuteczna w niszczeniu tlenków na wielu metalach, jednak nie jest skuteczna podczas lutowania ceramiki i szkła, ponieważ one same są tlenkami lub innymi związkami niemetalicznymi, których nie można rozerwać, ponieważ są podstawą materiały. W przypadku lutowania bezpośrednio na szkle i ceramice spoiwo do lutowania ultradźwiękowego wymaga modyfikacji pierwiastkami aktywnymi, takimi jak In, Ti, Hf, Zr oraz pierwiastkami ziem rzadkich (Ce, La i Lu). Luty stopowe z tymi pierwiastkami nazywane są lutami aktywnymi, ponieważ działają bezpośrednio na powierzchnie szkła/ceramiki, tworząc wiązanie.

Przyjęcie

Zastosowanie lutowania ultradźwiękowego jest coraz szersze, ponieważ jest ono czyste i beztopnikowe w połączeniu z aktywnymi lutami lutowniczymi przeznaczonymi do łączenia zespołów, w których topnik korozyjny może zostać uwięziony lub w inny sposób zakłócić działanie lub zanieczyścić czyste środowisko produkcyjne lub występują odmienne materiały / metale / łączenie ceramiki / szkła. Aby skutecznie przylegać do powierzchni, powstający podczas topnienia tlenek aktywnego lutu musi zostać rozbity, a mieszanie ultradźwiękowe jest dobrze dostosowane.

Dalsza lektura

Vianco, PT; Hosking, FM; Rejenta, JA (1996). „Lutowanie ultradźwiękowe do zastosowań konstrukcyjnych i elektronicznych”. Dziennik spawalniczy . 75 (11): 343-s do 355-s.
Antonevich, J. (1976). „Podstawy lutowania ultradźwiękowego”. Dziennik spawalniczy . 55 (7): 200-s do 207-s.
P. Vianco, Podręcznik lutowania AWS, wyd. 3. 1999, wyd. Amerykanin

Linki zewnętrzne