Ультразвуковая сварка (УЗ) — процесс соединения в твердом состоянии однородных и разнородных металлов, полимеров и даже биологических тканей за счет возбуждения в свариваемых деталях высокочастотных механических колебаний с частотой свыше 18 кГц, с приложением определенного давления. Ультразвуковые механические колебания возбуждаются в магнитострикционном преобразователе и с помощью волновода, служащего для увеличения амплитуды колебаний, и сварочного инструмента передаются свариваемым деталям [8, 14].
При УЗ сварке энергия вибрации при механических колебаниях ультразвукового преобразователя создает сложные напряжения сжатия и среза. Когда возникающие напряжения начинают превышать предел упругости соединяемых материалов, происходит пластическая деформация в зоне их соприкосновения. В результате пластической деформации и диспергирующего действия ультразвука происходит удаление адсорбированных пленок жидкости, газов, органических пленок и поверхностных оксидов, поверхности деталей зачищаются, и возникает физический контакт двух соединяемых материалов. В процессе деформирования происходит увеличение площади контакта, что обеспечивает получение реальной прочности соединения.
При УЗ сварке температура нагрева даже непосредственно в зоне контакта не превышает 30–50% от температуры плавления соединяемых материалов, что позволяет использовать этот метод для соединения чувствительных к нагреву материалов.
Недостатки УЗ сварки: один из соединяемых материалов должен быть достаточно пластичным; верхний предел толщины одной из присоединяемых деталей ограничен 1–3 мм из-за малой мощности ультразвуковых преобразователей.
Все виды сварочного УЗ оборудования содержат УЗ колебательную систему, построенную по типовой структуре: источник упругих колебаний (преобразователь), волновод продольных (либо крутильных) колебаний, концентратор, инструмент, акустическая развязка для крепления. Вход колебательной системы – преобразователь, возбуждаемый генератором высокой частоты. Выход колебательной системы – инструмент, который возбуждает УЗ колебания в свариваемых деталях.