Soldadura per ultrasons
La soldadura per ultrasons utilitza vibracions acústiques ultrasòniques d'alta freqüència que s'apliquen a les peces unides que s'acoblen a baixa pressió. Aquest mètode de soldadura s'utilitza més sovint per unir termoplàstics i quan es cargolen, solden o encolan no són adequats.
Tot i que la soldadura per ultrasons es va desenvolupar ja a la dècada de 1940, es va utilitzar per primera vegada industrialment a principis de la dècada de 1960 per soldar filferros fins a la indústria electrònica. L'any 1963 es va començar a utilitzar la soldadura per ultrasons per unir polietilè. Des d'aleshores, la soldadura per ultrasons s'ha utilitzat per soldar alumini i xapes fines a la indústria de l'automòbil (mòduls d'encesa, cables terminals, cables).
El procés lent de reconeixement dels avantatges de la soldadura per ultrasons a la indústria es deu a la manca d'equips d'ultrasons potents que puguin garantir una qualitat de soldadura constant fins i tot per a peces grans.Com a resultat, la investigació dels anys 80 i 90 es va centrar principalment en el desenvolupament d'equips d'ultrasons.
Tot i que la soldadura per ultrasons utilitza vibracions, aquest mètode és diferent de la "soldadura per vibració", també coneguda com a soldadura per fricció. En el cas de la soldadura per vibració, una de les peces a unir es manté en el seu lloc i l'altra és oscil·lant (mitjançant un accionament electromagnètic o hidràulic).
La soldadura per ultrasons manté les dues parts al seu lloc i utilitza ones sonores d'alta freqüència per crear fricció. L'energia acústica crea fricció i produeix calor que fa que les peces es soldin en menys d'un segon, fent que la soldadura per ultrasons sigui una de les més ràpides que s'utilitzen actualment.
El procés de soldadura per ultrasons està totalment automatitzat i es realitza en instal·lacions especials. El principi de la soldadura per ultrasons es mostra a la fig. 1, i la composició d'una instal·lació típica es mostra a la fig. 2.
Arròs. 1. Principi de la soldadura per ultrasons: a — alineació de les peces, b — contacte de les peces amb la punta, c — aplicació de pressió, d — soldadura, e — retenció, f — elevació de la punta
Arròs. 2. Esquema de muntatge per a la soldadura sonora
El generador (en una unitat separada) s'utilitza per convertir les vibracions elèctriques de la xarxa en alta freqüència (20 ... 60 kHz), el transductor, utilitzant elements piezoelèctrics, converteix les vibracions elèctriques en acústiques. L'amplificador i el sonotrode són elements ressonants passius de la instal·lació que serveixen per transferir les vibracions del transductor a les peces.
Normalment, les màquines de soldadura per ultrasons estan equipades amb un conjunt d'amplificadors amb diferents relacions de transformació de desplaçament.La forma del sonotrode ve determinada per la configuració de soldadura requerida. Les oscil·lacions longitudinals radials, de vora i altres ones es creen en funció de la forma del sonotrode. Cada costura requereix el seu propi sonotrode.
L'essència física del procés consisteix en l'aparició de vibracions molt fortes de poca amplitud al contacte de dues parts. La vibració combinada amb la pressió elimina les impureses i els òxids de la superfície de les peces. Els electrons comencen a fluir entre les peces, formant una costura metal·lúrgica.
La soldadura per ultrasons és ideal per fer connexions elèctriques, soldar alumini i coure, segellar els extrems de canonades de coure, soldar plàstics, incrustar peces metàl·liques en plàstics.
Arròs. 3. Juntes fetes per soldadura per ultrasons
La soldadura per ultrasons de plàstics permet juntes més fiables que altres mètodes. En aquest cas, la soldadura per ultrasons de plàstics és fonamentalment diferent de la soldadura de metalls.
En primer lloc, la soldadura per ultrasons dels metalls es produeix mitjançant vibracions transversals paral·leles a les superfícies soldades. La soldadura per ultrasons de plàstics utilitza vibracions longitudinals que són normals (és a dir, en angle recte) a les superfícies que s'estan soldant. La forma dels sonotrodes, que transmeten vibracions ultrasòniques a les costures de metall i plàstic, també són completament diferents.
En segon lloc, quan es solden metalls, es crea una costura per la interacció de fricció de les superfícies, que crea una connexió rígida sense fondre el material.La soldadura per ultrasons de peces de plàstic es basa en la fusió del material de la mateixa manera que molts altres mètodes de soldadura tradicionals, com ara la soldadura per arc, la soldadura per resistència o làser), però en intervals de temperatura molt més baixos.
Arròs. 4. Equips de soldadura per ultrasons
Els avantatges de la soldadura per ultrasons:
1. No cal netejar la superfície especial.
2. No cal atmosfera protectora.
3. No calen consumibles de soldadura (filferro, elèctrodes, soldadura, etc.).
4. Baix consum d'energia.
5. Temps curt d'empalmament per formar una unió (aproximadament un quart de segon).
6. Automatització total del procés de soldadura i possibilitat de fàcil integració amb altres processos productius.
7. Possibilitat de soldar materials de diferent naturalesa, inclosos els sensibles a altes temperatures, ja que es genera una petita quantitat de calor durant la soldadura.
8. Soldar tot tipus de detalls.
9. Les soldadures creades per aquest procés són visualment agradables, ordenades.
10. La soldadura per ultrasons no utilitza productes químics corrosius i produeix una petita quantitat de fums, a diferència d'altres mètodes.
Limitacions de la soldadura per ultrasons:
1. La limitació més greu en l'ús de la soldadura per ultrasons és la mida de les peces soldades, no més de 250 mm. Això es deu a les limitacions de la potència de sortida del transductor, la incapacitat del sonotrode per transmetre ones d'ultrasons de molt alta potència i la dificultat per controlar l'amplitud.
2. La soldadura per ultrasons també requereix un menor contingut d'humitat en els materials que s'uneixen.En cas contrari, es prefereix la soldadura per vibració.
3. La soldadura per ultrasons no és efectiva per unir materials de paret gruixuda. Almenys una de les parts a connectar ha de ser lleugera, ja que «absorbeix» una gran quantitat d'energia.