Soldadura ultrasónica
La soldadura ultrasónica utiliza vibraciones acústicas ultrasónicas de alta frecuencia que se aplican a las piezas unidas que se ensamblan a baja presión. Este método de soldadura se usa con mayor frecuencia para unir termoplásticos y cuando no es adecuado atornillar, soldar o pegar.
Aunque la soldadura ultrasónica se desarrolló ya en la década de 1940, se utilizó industrialmente por primera vez a principios de la década de 1960 para soldar alambres finos en la industria electrónica. En 1963 se empezó a utilizar la soldadura ultrasónica para unir polietileno. Desde entonces, la soldadura por ultrasonidos se ha utilizado para soldar aluminio y chapas finas en la industria del automóvil (módulos de encendido, cables terminales, cables).
El lento proceso de reconocimiento de las ventajas de la soldadura ultrasónica en la industria se debe a la falta de equipos ultrasónicos potentes que puedan garantizar una calidad de soldadura uniforme incluso para piezas grandes.Como resultado, la investigación en las décadas de 1980 y 1990 se centró principalmente en el desarrollo de equipos de ultrasonido.
Aunque la soldadura ultrasónica utiliza vibraciones, este método es diferente de la "soldadura por vibración", también conocida como soldadura por fricción. En el caso de la soldadura por vibración, una de las partes a unir está sujeta y la otra es oscilante (por accionamiento electromagnético o hidráulico).
La soldadura ultrasónica mantiene las dos partes en su lugar y usa ondas de sonido de alta frecuencia para crear fricción. La energía acústica crea fricción y produce calor que da como resultado que las piezas se suelden en menos de un segundo, lo que hace que la soldadura ultrasónica sea una de las más rápidas en uso en la actualidad.
El proceso de soldadura por ultrasonidos está totalmente automatizado y se lleva a cabo en instalaciones especiales. El principio de la soldadura ultrasónica se muestra en la fig. 1, y la composición de una instalación típica se muestra en la fig. 2.
Arroz. 1. Principio de la soldadura ultrasónica: a — alineación de las piezas, b — contacto de las piezas con la punta, c — aplicación de presión, d — soldadura, e — sujeción, f — levantamiento de la punta
Arroz. 2. Diagrama de montaje para soldadura sónica
El generador (en una unidad separada) se usa para convertir las vibraciones eléctricas de la red en alta frecuencia (20 ... 60 kHz), el transductor, que usa elementos piezoeléctricos, convierte las vibraciones eléctricas en acústicas. El amplificador y el sonotrodo son elementos resonantes pasivos de la instalación que sirven para transferir las vibraciones del transductor a las piezas.
Normalmente, las máquinas de soldadura por ultrasonidos están equipadas con un conjunto de amplificadores con diferentes relaciones de transformación de desplazamiento.La forma del sonotrodo está determinada por la configuración de soldadura requerida. Dependiendo de la forma del sonotrodo, se crean oscilaciones longitudinales radiales, de borde y otras ondas. Cada costura requiere su propio sonotrodo.
La esencia física del proceso consiste en la aparición de vibraciones muy fuertes de pequeña amplitud en el contacto de dos partes. La vibración combinada con la presión elimina las impurezas y los óxidos de la superficie de las piezas. Los electrones comienzan a fluir entre las piezas, formando una costura metalúrgica.
La soldadura ultrasónica es ideal para realizar conexiones eléctricas, soldar aluminio y cobre, sellar extremos de tuberías de cobre, soldar plásticos, incrustar piezas metálicas en plásticos.
Arroz. 3. Uniones realizadas por soldadura ultrasónica
La soldadura ultrasónica de plásticos permite uniones más confiables que otros métodos. En este caso, la soldadura ultrasónica de plásticos es fundamentalmente diferente de la soldadura de metales.
Primero, la soldadura ultrasónica de metales ocurre por medio de vibraciones transversales paralelas a las superficies soldadas. La soldadura ultrasónica de plásticos utiliza vibraciones longitudinales que son normales (es decir, en ángulo recto) a las superficies que se sueldan. La forma de los sonotrodos, que transmiten vibraciones ultrasónicas a las costuras de metal y plástico, también es completamente diferente.
En segundo lugar, cuando se sueldan metales, se crea una costura por la interacción de fricción de las superficies, lo que crea una conexión rígida sin derretir el material.La soldadura ultrasónica de piezas de plástico se basa en fundir el material de la misma manera que muchos otros métodos de soldadura tradicionales, como la soldadura por arco, la soldadura por resistencia o la soldadura por láser, pero en rangos de temperatura mucho más bajos.
Arroz. 4. Equipos de soldadura por ultrasonidos
Las ventajas de la soldadura ultrasónica:
1. No se requiere una limpieza especial de la superficie.
2. No se requiere atmósfera protectora.
3. No se requieren consumibles de soldadura (alambre, electrodos, soldadura, etc.).
4. Bajo consumo de energía.
5. Tiempo de empalme corto para formar una unión (alrededor de un cuarto de segundo).
6. Automatización total del proceso de soldadura y posibilidad de fácil integración con otros procesos productivos.
7. Posibilidad de soldar materiales de distinta naturaleza, incluidos aquellos sensibles a altas temperaturas, ya que durante la soldadura se genera una pequeña cantidad de calor.
8. Soldaduras de todo tipo de detalles.
9. Las soldaduras creadas por este proceso son visualmente agradables y ordenadas.
10. La soldadura ultrasónica no utiliza productos químicos corrosivos y produce una pequeña cantidad de humo, a diferencia de otros métodos.
Limitaciones de la soldadura ultrasónica:
1. La limitación más grave en el uso de la soldadura por ultrasonidos es el tamaño de las piezas soldadas: no más de 250 mm. Esto se debe a las limitaciones en la potencia de salida del transductor, la incapacidad del sonotrodo para transmitir ondas ultrasónicas de muy alta potencia y la dificultad para controlar la amplitud.
2. La soldadura ultrasónica también requiere un menor contenido de humedad en los materiales que se unen.De lo contrario, se prefiere la soldadura por vibración.
3. La soldadura ultrasónica no es eficaz para unir materiales de paredes gruesas. Al menos una de las partes a conectar debe ser ligera, ya que «absorbe» una gran cantidad de energía.