용접
원리
- 초음파 용접은 동종 및 이종의 금속 또는 플라스틱을 초음파 에너지로 용접하는 고체 상태 접합 (solid-state bonding) 공정임
- 초음파 용접기는 전원공급장치, 초음파 스택(컨버터, 부스터, 혼) 및 액츄에이터로 구성됨
- 초음파 스택은 전원공급장치에서 발생된 20~40kHz의 전기에너지를 기계적 진동에너지로 변환하며, 핵심 부품인 혼은 용접 소재를 직접 가압하며 특정 공진주파수로 진동하면서 용접부를 형성함
- 주요 용접 소재는 금속류와 플라스틱류로 구분되며 용접의 방식(진동방향)도 차이가 있음
초음파 용접의 기본 원리
초음파 금속용접과 플라스틱 용접의 차이
특성
- 초음파 용접은 용융용접이 아닌 고체상태 용접이므로 열영향부가 거의 없어 접합 품질 아주 좋음
- 용접시간이 1초 이내로 극히 짧아 생산성 및 에너지 절감에 따른 경제성 우수
- 용접과정에서 부가 첨가물을 전혀 사용하지 않으므로 친환경적임
- 최근 중요한 각종 이차전지, 전자부품, 자동차용 부품 등 생산에 가장 효율적이라 알려져 있음
- 금속용접의 경우 동종 및 이종 금속간의 용접도 가능하여 활용도가 확대되고 있음
- 기계적 강도(응력/하중), 방수성, 내압력성 및 진공성, 표면특성 등 용접품질 우수
금속/비금속 재료의 용접
1) 용접 금속 소재의 특성
• 소재의 물성
- 융점: 융점이 낮을수록 용접 용이
- 열전도율: 열전도율이 낮을수록 국부적인 가열이 용이하여 용접 용이
- 경도: 경도가 낮을수록 변형이 용이하여 용접이 용이
- 표면 상태: 표면이 깨끗하고 매끄러울수록 접촉 면적이 넓어져 용접성 향상
• 주요 용접 소재
- 알루미늄 및 합금: 가볍고 열전도율이 높아 초음파 용접에 가장 많이 사용되는 소재
- 구리: 전기 전도성과 열전도성이 높아 전자 부품 등에 많이 사용
- 황동: 알루미늄과 구리의 합금으로, 내식성과 강도가 높아 다양한 산업 분야에 사용
- 니켈: 내식성과 고온 강도가 우수하여 특수 환경에서 사용되는 부품의 접합에 적합
- 스테인리스 스틸: 내식성이 우수하고 강도가 높아 다양한 산업 분야에서 사용
- 저탄소강: 가공성이 좋고 가격이 저렴하여 다양한 용도로 사용
2) 금속 소재 사이의 용접성
출처: Graff et al., AWS (2007)
출처: Al-Sarraf, Ziad Shakeeb (2013) A study of ultrasonic metal welding. PhD thesis
3) 용접 사례
플라스틱 혹은 레진(Plastic or resign)의 용접
1) 주요 용접 소재
- 비정질 레진 및 반결정질 레진
- 공중합체(copolymer)
- 합성섬유
2) 플라스틱 간의 용접성
초음파 용접의 기본 원리
초음파 금속용접과 플라스틱 용접의 차이
3) 용접 방법
근접 용접
원거리 용접
용접선(energy director) 접합
전단 접합
4) 용접 사례
