Spot Welding

            Ultrasonic Spot Welding  เป็นการใช้พลังงานการสั่นสะเทือนความถี่สูง (มักอยู่ที่ 20 kHz ขึ้นไป) ภายใต้แรงกดที่จุดเฉพาะหนึ่งจุด เพื่อสร้างความร้อนจากแรงเสียดทานภายใน (friction) และทำให้วัสดุหลอมละลายเชื่อมประสานกันที่จุดนั้น

หลักการทำงานเบื้องต้น

1. การวางชิ้นงาน: นำชิ้นส่วนที่ต้องการเชื่อม (มักเป็นแผ่นบางๆ) มาวางซ้อนกัน
2. การกดทับ: หัวเครื่องเชื่อม (Horn/Sonotrode) จะลดลงมากดทับชิ้นงานที่จุดที่กำหนดด้วยแรงกด 
3. การส่งการสั่น: ระบบจะส่งคลื่นอัลตราโซนิกความถี่สูงผ่านหัวเครื่องเชื่อมไปยังชิ้นงาน การสั่นนี้เกิดขึ้นในแนวราบ (แนวนอน)
4. การเกิดความร้อน: การสั่นสะเทือนความถี่สูงทำให้โมเลกุลของวัสดุที่สัมผัสกันเกิดการเสียดสีและเกิดความร้อนอย่างรวดเร็วเฉพาะจุด
5. การหลอมละลายและเชื่อมประสาน: เมื่ออุณหภูมิถึงจุดหลอมเหลว วัสดุที่ผิวสัมผัสจะหลอมละลายและไหลรวมเข้าด้วยกัน
6. การหยุดสั่นและทำให้แข็งตัว: ระบบหยุดส่งการสั่น แต่ยังคงใช้แรงกดค้างไว้ชั่วครู่ เพื่อให้พลาสติกหรือโลหะที่หลอมละลายแข็งตัวและยึดติดเป็นเนื้อเดียว

ประเภทของ Ultrasonic Spot Welding

1. การเชื่อมพลาสติก (Plastic Welding)
· หลักการ: พลาสติกส่วนใหญ่เป็นฉนวนความร้อน การสั่นทำให้เกิดความร้อนภายในตัวมันเองและหลอมละลาย
· การออกแบบชิ้นงาน: มักออกแบบให้มี "พลังงาน-director" (ปุ่มเล็กๆ) บนชิ้นงานชิ้นหนึ่ง ซึ่งจะเป็นจุดที่รับพลังงานและหลอมละลายก่อน
· วัสดุที่ใช้: ABS, Polycarbonate, Acrylic, Nylon, PP, PE เป็นต้น วัสดุต้องเป็นเทอร์โมพลาสติก (หลอมเหลวได้เมื่อร้อน)
2. การเชื่อมโลหะ (Metal Welding)
· หลักการ: การสั่นสะเทือนจะทำลายฟิล์มออกไซด์บนผิวโลหะ และทำให้เนื้อโลหะบริเวณผิวสัมผัสเสียดสีกันจนร้อนและรวมตัวกัน
· ข้อจำกัด: เหมาะกับโลหะที่มีความเหนียวและนำความร้อนได้ไม่ดีเกินไป เช่น อลูมิเนียม, ทองแดง, เหล็กกล้า
· การใช้งาน: มักใช้ในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ (เช่น การเชื่อมสายไฟกับแบตเตอรี่), ชิ้นส่วนรถยนต์

ข้อดีของ Ultrasonic Spot Welding

· เร็วมาก: ใช้เวลาเชื่อมเพียงเสี้ยววินาทีถึงไม่กี่วินาที
· ประหยัดพลังงาน: ใช้พลังงานต่ำกว่าการเชื่อมแบบอื่นๆ มาก เพราะสร้างความร้อนเฉพาะจุด
· ไม่ต้องการสารเติมแต่ง: ไม่需要กาว, ตะกั่วบัดกรี, หรือลวดเชื่อม
· สะอาดและปลอดภัย: ไม่มีควัน, ประกายไฟ, หรือของเสียที่เป็นอันตราย
· เหมาะสำหรับการผลิตจำนวนมาก: ทำงานอัตโนมัติได้ง่ายและมีเสถียรภาพ

ข้อจำกัด

· จำกัดความหนา: เหมาะกับชิ้นงานที่บางถึงปานกลาง
· ขึ้นอยู่กับวัสดุ: วัสดุบางชนิดไม่เหมาะสำหรับการเชื่อมแบบนี้
· ต้นทุนเครื่องจักร: เครื่องอุลตราโซนิกเวลด์มีราคาสูง
· การออกแบบชิ้นงาน: ต้องออกแบบชิ้นงานและหัวเชื่อม (Horn) เฉพาะสำหรับการใช้งานนั้นๆ

การประยุกต์ใช้งาน

· อุตสาหกรรมยานยนต์: เชื่อมชิ้นส่วนพลาสติกในแผงหน้าปัด, ไฟท้าย, กล่องฟิวส์
· อุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์: กล่อง, การเชื่อมขั้วแบตเตอรี่, การยึดชิ้นส่วนภายใน
· บรรจุภัณฑ์: การเชื่อมฝาขวดพลาสติก, กล่องบรรจุภัณฑ์
· สินค้าอุปโภคบริโภค: การประกอบเครื่องใช้ในบ้าน, ของเล่น

 Ultrasonic Spot Welding เป็น กระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรม ที่ใช้คลื่นเสียงความถี่สูงในการเชื่อมประสานวัสดุที่จุดใดจุดหนึ่งอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ ซึ่งแตกต่างอย่างสิ้นเชิงจากการใช้เซนเซอร์อัลตราโซนิก (เช่น HC-SR04) สำหรับการวัดระยะทาง