Η υπερηχητική συγκόλληση είναι μια βιομηχανική τεχνική με την οποία οι ακτινωτοί κραδασμοί υψηλής συχνότητας εφαρμόζονται τοπικά στα τεμάχια που συγκρατούνται μαζί υπό πίεση για να δημιουργήσουν συγκόλληση στερεάς κατάστασης. Χρησιμοποιείται συνήθως για πλαστικά και μέταλλα και ειδικά για την ένωση ανόμοιων υλικών.Στη συγκόλληση με υπερήχους , δεν υπάρχουν συνδετικά μπουλόνια, καρφιά, υλικά συγκόλλησης ή συγκολλητικά που είναι απαραίτητα για τη δέσμευση των υλικών μεταξύ τους. Όταν εφαρμόζεται σε μέταλλα, αξιοσημείωτο χαρακτηριστικό αυτής της μεθόδου είναι ότι η θερμοκρασία παραμένει πολύ κάτω από το σημείο τήξης των εμπλεκόμενων υλικών, αποτρέποντας έτσι οποιαδήποτε ανεπιθύμητη ιδιότητες που μπορεί να προκύψουν από έκθεση σε υψηλή θερμοκρασία των υλικών.
Η πρακτική εφαρμογή της υπερηχητικής συγκόλλησης για άκαμπτα πλαστικά ολοκληρώθηκε στη δεκαετία του 1960. Σε αυτό το σημείο μπορούν να συγκολληθούν μόνο σκληρά πλαστικά. Το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για τη μέθοδο υπερήχων για τη συγκόλληση άκαμπτων θερμοπλαστικών μερών απονεμήθηκε στους Robert Soloff και Seymour Linsley το 1965. Η Soloff, ιδρυτής της Sonics & Materials Inc., ήταν υπεύθυνος εργαστηρίου στην Branson Instruments όπου συγκολλήθηκαν λεπτές πλαστικές μεμβράνες σε σάκους και σωλήνες χρησιμοποιώντας υπερηχητικούς ανιχνευτές. Ανέλαβε ακούσια τον καθετήρα κοντά σε ένα διανομέα πλαστικής ταινίας και τα μισά του διανομέα συγκολλημένα μαζί. Συνειδητοποίησε ότι ο καθετήρας δεν χρειάζεται να μετακινηθεί με το χέρι γύρω από το τμήμα, αλλά ότι η υπερηχητική ενέργεια μπορεί να ταξιδέψει μέσα και γύρω από τα άκαμπτα πλαστικά και να συγκολλήσει μια ολόκληρη άρθρωση. Συνέχισε να αναπτύσσει τον πρώτο υπερηχητικό τύπο. Η πρώτη εφαρμογή αυτής της νέας τεχνολογίας ήταν στη βιομηχανία παιχνιδιών.
Το πρώτο αυτοκίνητο που κατασκευάστηκε εξ ολοκλήρου από πλαστικό συναρμολογήθηκε με υπερηχητική συγκόλληση το 1969. Παρόλο που τα πλαστικά αυτοκίνητα δεν συνέλαβαν, η υπερηχητική συγκόλληση έγινε. Η αυτοκινητοβιομηχανία το χρησιμοποίησε τακτικά από τη δεκαετία του '80. Τώρα χρησιμοποιείται για πολλές εφαρμογές.
Για την ένωση σύνθετων θερμοπλαστικών εξαρτημάτων με χύτευση με έγχυση , ο εξοπλισμός υπερήχων μπορεί να προσαρμοστεί εύκολα ώστε να ταιριάζει με τις ακριβείς προδιαγραφές των εξαρτημάτων που συγκολλούνται. Τα μέρη είναι τοποθετημένα μεταξύ μιας σταθερής μορφής φωλιάς ( άκμονα ) και ενός ηχοτρόπου (κέρατος) συνδεδεμένου με έναν μετατροπέα και εκπέμπεται ακουστική δόνηση ~ 20 kHz χαμηλού πλάτους. (Σημείωση: Οι κοινές συχνότητες που χρησιμοποιούνται στην υπερηχητική συγκόλληση θερμοπλαστικών είναι 15 kHz, 20 kHz, 30 kHz, 35 kHz, 40 kHz και 70 kHz). Κατά τη συγκόλληση πλαστικών, η διεπαφή των δύο μερών είναι ειδικά σχεδιασμένη για να συγκεντρώνει τη διαδικασία τήξης. Ένα από τα υλικά έχει συνήθως ένα στρογγυλό ή στρογγυλό σκηνοθέτη ενέργειας που έρχεται σε επαφή με το δεύτερο πλαστικό τμήμα. Η υπερηχητική ενέργεια λιώνει την επαφή σημείου μεταξύ των τμημάτων, δημιουργώντας μια άρθρωση. Αυτή η διαδικασία είναι μια καλή αυτοματοποιημένη εναλλακτική λύση για κόλλα , βίδες ή σχέδια που ταιριάζουν με το snap-fit . Χρησιμοποιείται συνήθως με μικρά εξαρτήματα (π.χ. κινητά τηλέφωνα, ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης, ιατρικά εργαλεία μίας χρήσης, παιχνίδια κ.λπ.), αλλά μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε μέρη τόσο μεγάλα όσο ένα μικρό συγκρότημα οργάνων αυτοκινήτων. Οι υπερήχους μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για τη συγκόλληση μετάλλων, αλλά συνήθως περιορίζονται σε μικρές συγκολλήσεις λεπτών, εύκαμπτων μετάλλων, π.χ. αλουμινίου, χαλκού, νικελίου. Τα υπερηχητικά στοιχεία δεν θα χρησιμοποιηθούν στη συγκόλληση του πλαισίου ενός αυτοκινήτου ή στη συγκόλληση κομματιών ενός ποδηλάτου μαζί, λόγω των επιπέδων ισχύος που απαιτούνται.
Η υπερηχητική συγκόλληση των θερμοπλαστικών προκαλεί τοπική τήξη του πλαστικού λόγω της απορρόφησης της δονητικής ενέργειας κατά μήκος της άρθρωσης που πρόκειται να συγκολληθεί. Στα μέταλλα, η συγκόλληση συμβαίνει λόγω της διασποράς των επιφανειακών οξειδίων υπό υψηλή πίεση και της τοπικής κίνησης των υλικών. Αν και υπάρχει θέρμανση, δεν αρκεί να λιώσει τα υλικά βάσης.
Η υπερηχητική συγκόλληση μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο για σκληρά όσο και για μαλακά πλαστικά, όπως ημικρυσταλλικά πλαστικά και μέταλλα. Η κατανόηση της υπερηχητικής συγκόλλησης έχει αυξηθεί με την έρευνα και τις δοκιμές. Η εφεύρεση του πιο εξελιγμένου και μη δαπανηρού εξοπλισμού και η αυξημένη ζήτηση πλαστικών και ηλεκτρονικών εξαρτημάτων οδήγησε σε αυξανόμενη γνώση της βασικής διαδικασίας. Ωστόσο, πολλές πτυχές της υπερηχητικής συγκόλλησης απαιτούν ακόμη περισσότερη μελέτη, όπως η σχέση ποιότητας συγκόλλησης με τις παραμέτρους επεξεργασίας. Η υπερηχητική συγκόλληση συνεχίζει να είναι ένα ταχέως αναπτυσσόμενο πεδίο.
Οι επιστήμονες του Ινστιτούτου Επιστήμης και Τεχνολογίας Υλικών (WKK) του Πανεπιστημίου του Kaiserslautern, με την υποστήριξη του Γερμανικού Ιδρύματος για την Έρευνα ( Deutsche Forschungsgemeinschaft ), κατάφεραν να αποδείξουν ότι η χρήση υπερηχητικών μεθόδων συγκόλλησης μπορεί να οδηγήσει σε εξαιρετικά ανθεκτικούς δεσμούς μεταξύ ελαφρών μετάλλων και άνθρακα - φύλλα πολυμερούς ενισχυμένου με ίνες (CFRP).
Τα πλεονεκτήματα της υπερηχητικής συγκόλλησης είναι ότι είναι πολύ ταχύτερο από τα συμβατικά συγκολλητικά ή διαλύτες. Ο χρόνος στεγνώματος είναι πολύ γρήγορος και τα κομμάτια δεν χρειάζεται να παραμείνουν σε ένα εξάρτημα για μεγάλες χρονικές περιόδους που περιμένουν να στεγνώσει ή να θεραπευτεί η άρθρωση. Η συγκόλληση μπορεί εύκολα να αυτοματοποιηθεί, καθιστώντας καθαρές και ακριβείς αρμούς. ο χώρος της συγκόλλησης είναι πολύ καθαρός και σπάνια απαιτεί οποιαδήποτε εργασία επαφής. Η χαμηλή θερμική πρόσκρουση στα εμπλεκόμενα υλικά καθιστά δυνατή τη συγκόλληση ενός μεγαλύτερου αριθμού υλικών.
