Soldadura ultra-sónica

A soldagem ultrassônica usa vibrações acústicas ultrassônicas de alta frequência que são aplicadas a peças unidas que são montadas sob baixa pressão. Este método de soldagem é usado com mais frequência para unir termoplásticos e quando aparafusar, soldar ou colar não é adequado.

Embora a soldagem ultrassônica tenha sido desenvolvida já na década de 1940, ela foi usada pela primeira vez industrialmente no início da década de 1960 para soldar fios finos na indústria eletrônica. Em 1963, a soldagem ultrassônica começou a ser usada para unir o polietileno. Desde então, a soldagem ultrassônica tem sido usada para soldar alumínio e chapas finas na indústria automotiva (módulos de ignição, fios terminais, fios).

O lento processo de reconhecimento das vantagens da soldagem ultrassônica na indústria se deve à falta de equipamentos ultrassônicos potentes que possam garantir uma qualidade de soldagem consistente, mesmo para peças grandes.Como resultado, a pesquisa nas décadas de 1980 e 1990 foi focada principalmente no desenvolvimento de equipamentos de ultrassom.

Embora a soldagem ultrassônica use vibrações, esse método é diferente da "soldagem por vibração", também conhecida como soldagem por fricção. No caso da soldagem por vibração, uma das partes a serem unidas é mantida no lugar e a outra é oscilante (por acionamento eletromagnético ou hidráulico).

A soldagem ultrassônica mantém as duas partes no lugar e usa ondas sonoras de alta frequência para criar fricção. A energia acústica cria fricção e produz calor que resulta na soldagem de peças em menos de um segundo, tornando a soldagem ultrassônica uma das mais rápidas em uso atualmente.

O processo de soldagem ultrassônica é totalmente automatizado e é realizado em instalações especiais. O princípio da soldagem ultrassônica é mostrado na fig. 1, e a composição de uma instalação típica é mostrada na fig. 2.

Arroz. 1. Princípio da soldagem ultrassônica: a — alinhamento das peças, b — contato das peças com a ponta, c — aplicação de pressão, d — soldagem, e — retenção, f — elevação da ponta

Arroz. 2. Diagrama de montagem para soldagem sônica

O gerador (em uma unidade separada) é usado para converter vibrações elétricas da rede em alta frequência (20 ... 60 kHz), o transdutor, usando elementos piezoelétricos, converte vibrações elétricas em acústicas. O amplificador e o sonotrodo são elementos ressonantes passivos da instalação que servem para transferir vibrações do transdutor para as partes.

Normalmente, as máquinas de solda ultrassônica são equipadas com um conjunto de amplificadores com diferentes taxas de transformação de deslocamento.A forma do sonotrodo é determinada pela configuração de solda necessária. As oscilações longitudinais radiais, de borda e outras ondas são criadas dependendo da forma do sonotrodo. Cada costura requer seu próprio sonotrodo.

A essência física do processo consiste no aparecimento de vibrações muito fortes e de pequena amplitude no contato de duas partes. A vibração combinada com a pressão remove impurezas e óxidos da superfície das peças. Os elétrons começam a fluir entre as peças, formando uma costura metalúrgica.

A soldagem ultrassônica é ideal para fazer conexões elétricas, soldar alumínio e cobre, vedar extremidades de tubos de cobre, soldar plásticos, incorporar peças metálicas em plásticos.

Arroz. 3. Juntas feitas por soldagem ultrassônica

A soldagem ultrassônica de plásticos permite juntas mais confiáveis ​​do que outros métodos. Nesse caso, a soldagem ultrassônica de plásticos é fundamentalmente diferente da soldagem de metais.

Primeiro, a soldagem ultrassônica de metais ocorre por meio de vibrações transversais paralelas às superfícies soldadas. A soldagem ultrassônica de plásticos usa vibrações longitudinais que são normais (isto é, em ângulos retos) às superfícies que estão sendo soldadas. A forma dos sonotrodos, que transmitem vibrações ultrassônicas para costuras de metal e plástico, também são completamente diferentes.

Em segundo lugar, ao soldar metais, uma costura é criada pela interação friccional das superfícies, o que cria uma conexão rígida sem derreter o material.A soldagem ultrassônica de peças plásticas baseia-se na fusão do material da mesma forma que muitos outros métodos tradicionais de soldagem, como soldagem a arco, resistência ou soldagem a laser), mas em faixas de temperatura muito mais baixas.

Arroz. 4. Equipamento de soldagem ultrassônica

As vantagens da soldagem ultrassônica:

1. Nenhuma limpeza de superfície especial é necessária.

2. Não requer atmosfera protetora.

3. Não são necessários consumíveis de soldagem (arame, eletrodos, solda, etc.).

4. Baixo consumo de energia.

5. Tempo de emenda curto para formar uma junta (cerca de um quarto de segundo).

6. Automação total do processo de soldagem e possibilidade de fácil integração com outros processos produtivos.

7. Possibilidade de soldagem de materiais de diversas naturezas, inclusive sensíveis a altas temperaturas, pois é gerado pouco calor durante a soldagem.

8. Soldagem de todos os tipos de detalhes.

9. As soldas criadas por este processo são visualmente agradáveis, limpas.

10. A soldagem ultrassônica não usa produtos químicos corrosivos e produz uma pequena quantidade de fumaça, ao contrário de outros métodos.

Limitações da soldagem ultrassônica:

1. A limitação mais séria no uso da soldagem ultrassônica é o tamanho das peças soldadas - não mais que 250 mm. Isso se deve às limitações na potência de saída do transdutor, à incapacidade do sonotrodo de transmitir ondas ultrassônicas de potência muito alta e à dificuldade de controlar a amplitude.

2. A soldagem ultrassônica também requer um menor teor de umidade nos materiais que estão sendo unidos.Caso contrário, a soldagem por vibração é preferida.

3. A soldagem ultrassônica não é eficaz para unir materiais com paredes espessas. Pelo menos uma das partes a ligar deve ser leve, pois «absorve» uma enorme quantidade de energia.