Kimpalan ultrasonik adalah teknik perindustrian di mana getaran akustik ultrasonik tinggi digunakan secara tempatan untuk bahan kerja yang dipegang bersama-sama di bawah tekanan untuk mewujudkan kimpalan keadaan pepejal. Ia biasanya digunakan untuk plastik dan logam, dan terutama untuk menyertai bahan-bahan yang berbeza. Dalam kimpalan ultrasonik , tidak ada baut, paku, bahan penyolder, atau pelekat yang diperlukan untuk mengikat bahan bersama. Apabila digunakan untuk logam, ciri-ciri yang ketara dalam kaedah ini adalah bahawa suhu tetap jauh di bawah takat lebur bahan-bahan yang terlibat dengan itu menghalang mana-mana yang tidak diingini hartanah yang mungkin timbul daripada pendedahan suhu tinggi bahan.
Permohonan praktikal kimpalan ultrasonik untuk plastik tegar telah siap pada 1960-an. Pada ketika ini hanya plastik keras boleh dikimpal. Paten untuk kaedah ultrasonik untuk bahagian kimpalan termoplastik tegar telah dianugerahkan kepada Robert Soloff dan Seymour Linsley pada tahun 1965. Soloff, pengasas Sonics & Materials Inc., adalah pengurus makmal di Branson Instruments di mana filem plastik tipis dikimpal ke dalam beg dan tiub menggunakan kuar ultrasonik. Dia secara tidak sengaja menggerakkan siasatan dekat dengan dispenser pita plastik dan bahagian-bahagian dispenser yang dikimpal bersama. Dia menyedari bahawa siasatan itu tidak perlu dipindahkan secara manual tetapi tenaga ultrasonik boleh bergerak melalui dan sekitar plastik tegar dan mengimpal seluruh sendi. Dia terus membangunkan akhbar ultrasonik pertama. Aplikasi pertama teknologi baru ini adalah dalam industri mainan.
Kereta pertama yang dibuat sepenuhnya dari plastik dipasang menggunakan kimpalan ultrasonik pada tahun 1969. Meskipun kereta plastik tidak menangkap, kimpalan ultrasonik dilakukan. Industri automotif telah menggunakannya sejak tahun 1980-an. Ia kini digunakan untuk pelbagai aplikasi.
Untuk menyertai bahagian-bahagian termoplastik suntikan yang rumit , peralatan kimpalan ultrasonik boleh disesuaikan dengan mudah untuk memenuhi spesifikasi tepat bahagian-bahagian yang dikimpal. Bahagian-bahagiannya diapit di antara sarang berbentuk tetap ( anvil ) dan sonotrode (tanduk) yang disambungkan ke transducer, dan getaran akustik amplitudo ~ 20 kHz dipancarkan. (Nota: Kekerapan biasa yang digunakan dalam kimpalan termoplastik ultrasonik ialah 15 kHz, 20 kHz, 30 kHz, 35 kHz, 40 kHz dan 70 kHz). Apabila plastik kimpalan, antara muka dua bahagian direka khas untuk menumpukan proses peleburan. Salah satu bahan biasanya mempunyai pengarah tenaga bersisik atau bulat yang menyentuh bahagian plastik kedua. Tenaga ultrasonik mencairkan titik hubungan antara bahagian-bahagian, mewujudkan sendi. Proses ini adalah alternatif automatik yang baik untuk gam , skru atau reka bentuk yang pantas . Ia biasanya digunakan dengan bahagian-bahagian kecil (contohnya telefon bimbit, elektronik pengguna, alat perubatan pakai buang, mainan, dan sebagainya) tetapi ia boleh digunakan pada bahagian-bahagian yang besar seperti cluster instrumen automotif kecil. Ultrasonik juga boleh digunakan untuk kimpalan logam, tetapi biasanya terhad kepada kimpalan kecil logam nipis, lembut, contohnya aluminium, tembaga, nikel. Ultrasonik tidak akan digunakan dalam kimpalan casis kereta atau dalam kepingan kimpalan basikal bersama-sama, kerana tahap kuasa yang diperlukan.
Kimpalan ultrasonik termoplastik menyebabkan lebur tempatan plastik kerana penyerapan tenaga getaran sepanjang sendi untuk dikimpal. Dalam logam, kimpalan berlaku disebabkan oleh penyebaran tekanan tinggi oksida permukaan dan gerakan tempatan bahan. Walaupun terdapat pemanasan, ia tidak mencukupi untuk mencairkan bahan asas.
Kimpalan ultrasonik boleh digunakan untuk kedua-dua plastik keras dan lembut, seperti plastik semikristalin , dan logam. Pemahaman kimpalan ultrasonik telah meningkat dengan penyelidikan dan ujian. Penciptaan peralatan yang lebih canggih dan murah serta peningkatan permintaan untuk komponen plastik dan elektronik telah membawa kepada pengetahuan yang semakin meningkat mengenai proses asas. Walau bagaimanapun, banyak aspek kimpalan ultrasonik masih memerlukan lebih banyak kajian, seperti yang berkaitan kualiti kimpalan untuk memproses parameter. Pengimpalan ultrasonik terus menjadi medan yang berkembang pesat.
Para saintis dari Institut Sains dan Kejuruteraan Bahan (WKK) dari Universiti Kaiserslautern, dengan sokongan dari Yayasan Penyelidikan Jerman ( Deutsche Forschungsgemeinschaft ), telah berjaya membuktikan bahawa dengan menggunakan proses kimpalan ultrasonik dapat menyebabkan ikatan yang sangat tahan lama antara logam ringan dan Karbon polimer bertetulang-gentian polimer (CFRP).
Manfaat kimpalan ultrasonik adalah bahawa ia lebih cepat daripada pelekat atau pelarut konvensional. Waktu pengeringan sangat cepat, dan kepingan-kepingan tidak perlu kekal dalam perlawanan untuk jangka masa yang lama menunggu bersama untuk kering atau menyembuhkan. Kimpalan boleh dengan mudah diautomatikasikan, menjadikan sendi bersih dan tepat; tapak kimpalan sangat bersih dan jarang memerlukan apa-apa kerja sentuh. Kesan terma yang rendah terhadap bahan yang terlibat membolehkan sejumlah besar bahan dikimpal bersama.
