A soldagem por ultrassom
O que é o ultrassom?
Do canto dos pássaros até ao barulho de um copo quebrando: o som é mais do que aquilo que podemos perceber com nossos ouvidos. Este surge a partir da vibração mecânica dos corpos. Por exemplo, quando uma corda de guitarra é tocada, sua vibração cria flutuações de pressão e densidade no ar, que se espalham em ondas em todas as direções, a partir da fonte sonora. Isto funciona não apenas no ar, mas em qualquer meio elástico, ou seja, em gases, fluidos e sólidos.
O ultrassom é um exemplo do fato de que os humanos não conseguem ouvir todos os tipos de som. Sem ruído, suas ondas de som de alta frequência são utilizadas na indústria e na medicina.
As ondas de som são classificadas conforme sua frequência (quantidade de ondas por segundo) . O ultrassom, por exemplo, varia de 20 kHz a 1 GHz. A soldagem por ultrassom utiliza frequências de 20 kHz a 70 kHz. Para o ouvido humano, isto é apenas perceptível na faixa mais baixa. Isto porque o som auditivo varia apenas de 16 Hz a 20 kHz. Vibrações acima disso são, na melhor das hipóteses, percebidas como vibrações.
Como funciona a soldagem por ultrassom?
Quando o ultrassom atinge um material (por exemplo, um plástico), as cadeias moleculares que o compõem são colocadas em vibração. As moléculas começam a se mover e a friccionar umas contra as outras. Isto produz energia (o chamado calor de fricção). No caso dos plásticos termoplásticos, isto faz com que eles comecem a derreter. A soldagem por ultrassom faz uso deste princípio. Após um curto tempo de retenção sob pressão adicional, diferentes materiais (componentes) podem ser soldados a nível molecular na área de união.
Para o que é adequada a soldagem por ultrassom?
A soldagem por ultrassom pode ser feita em uma fração de segundo sem meios auxiliares tais como adesivos ou parafusos. O ultrassom é usado para criar embalagens, peças de automóveis, brinquedos e muito mais, por exemplo, para:
- Unir peças moldadas por injeção (por ex., para brinquedos)
- Unir membranas (por ex., para membranas de filtros em componentes médicos)
- Prender fibras de couro, não-tecidos e outros materiais têxteis (por ex., filtros de ar em automóveis)
- Rebitar materiais de tipos diferentes (por ex., para airbags)
- Produzir conexões positivas usando uma técnica de moldagem (por ex., contatos magnéticos em carregadores)
- Prensar buchas e ímãs (por ex., ímãs encapsulados para o acionamento de sensores)
O sistema de soldagem por ultrassom
O sistema de soldagem por ultrassom completo é composto por diferentes componentes. Os componentes ativos são responsáveis por criar, transmitir e aplicar o som às peças soldadas. Os componentes passivos absorvem as forças aplicadas, mantêm as peças soldadas na posição e oferecem suporte principalmente para o cordão de solda (ponto em que os componentes são unidos).
Ativos:
Booster (booster ou peça intermediária)
Sonotrodo (ferramenta de soldagem)
O conversor, o booster e o sonotrodo constituem juntos o chamado conjunto acústico.
Passivos:
Tecnologia: O princípio de focalização de energia
Para fundir os componentes com precisão exata, a energia vibratória deve ser concentrada em um único ponto. Isso se chama focalização de energia. Neste ponto, em particular, a produção de calor é mais forte e ocorre a fusão para um processo de soldagem definido com baixo consumo de energia.
Tipos de focalização de energia
É tudo uma questão de forma: Para concentrar a energia vibratória no lugar certo, a geometria das peças a serem soldadas ou as ferramentas devem ser projetadas de acordo. No caso de foco integrado no componente, os direcionadores da energia (abreviado: ERGs) agrupam a energia sobre os próprios materiais. Com a geometria da ferramenta focalizada, as ferramentas são especialmente moldadas.
No perfil da soldadura, a energia é focalizada pela forma dos componentes. A área onde as duas partes devem ser unidas tem uma forma especial. Geralmente há uma ponta ou uma aresta nesse ponto. É exatamente aqui que a energia é focalizada, e é daí que vem o nome direcionador da energia (abreviado: ERG).
Também aqui, a forma da ferramenta desempenha um papel decisivo. A bigorna possui estruturas elevadas. Isto determina os pontos de contato dos componentes. A energia é focalizada nos pontos, o que leva à fusão. Isto é usado principalmente em materiais da trama, tais como filmes e não-tecidos ou cartonagem.
Os parâmetros de processo mais importantes na soldagem por ultrassom
Estanque, firme e visualmente atraente, a ferramenta de soldagem, o material e o processo de soldagem devem ser coordenados para o cordão de solda perfeito. Depende do ajuste: Os parâmetros certos do processo garantem resultados ideais e reprodutíveis.
O ponto de disparo define o início da soldagem: O sonotrodo pressiona o componente com a chamada força de disparo. Se este ceder apenas minimamente dentro de um certo período de tempo, o ultrassom é acionado e a força de disparo muda para a força de soldagem. Desta forma, o ponto de partida da soldagem permanece sempre o mesmo e a qualidade dos resultados é constantemente elevada.
Quais materiais podem ser soldados por ultrassom?
Em princípio, o ultrassom pode soldar a maioria dos termoplásticos (plásticos termoformáveis). A regra é: quanto mais duro o material, melhor é. Além dos plásticos, vários metais não ferrosos, como alumínio, níquel, bronze e cobre são adequados para soldagem por ultrassom.
