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El beneficio de usar ultrasonido es bien conocido; en la soldadura por ultrasonido no es necesario precalentar la pieza, es de forma rápida, limpia, fiable, y de energía eficaz. Este proceso de soldadura elimina el uso de consumibles (materiales de aporte) y por ende está libre de contaminantes, no se requiere atmósferas inertes ni preparaciones especiales de las superficies para hacer este tipo de soldadura. Tiene mayor resistencia a la penetración por solventes, lo cual significa que el plástico involucrado en la soldadura por ultrasonido es menos susceptible a la degradación por solventes como alcohol o gasolina a las que puede exponerse.
¿Cómo
trabaja la soldadura ultrasónica?
figura N°1
Para romper la soldadura, una fractura debe formarse a través de las cadenas moleculares o alrededor de ellas. Por consiguiente, controlando la amplitud se puede mejorar el enredo molecular que ayuda a la fuerza de unión.
La
presión para mantener las piezas en contacto varía con el tamaño de la máquina
de soldar que se utilice figura N°1. La fuerza de prensado de la tabla N°1
depende de la potencia requerida para soldar el conjunto, y dicha potencia puede
obtenerse consultando la tabla N° 2, o bien puede calcularse por la siguiente
ecuación:
En
donde
E
es la energía en watt-segundo; H
es el número de micro dureza Vickers, y
t
es el espesor de la lámina que
esta en contacto con el sonotrodo que lleva la energía, en pulgadas. Los
metales que se sueldan con este proceso aparecen en la tabla
N°3.
Aunque es posible soldar aluminio con espesor hasta de 0.10 pulgadas, el espesor de la mayoría de los materiales soldados tiene un límite superior comprendido entre 0.015 a 0.04 pulgadas. No parece haber límite inferior soldable, ya que se han soldado satisfactoriamente alambres delgados de menos de 0.0005 pulgadas de diámetro, y hojas delgadas, de 0.00017pulgadas de espesor.
Siempre
que sea posible, debe colocarse el miembro más delgado o el más blando en
contacto con el sonotrodo.
En la actualidad este tipo de máquinas está disponible en frecuencias (20, 30, 40 kHz) y rangos de poder de 800 a 3300 vatios.
figura N°2
En
el esquema se muestra otra forma de realizar la soldadura por ultrasonido, en la
cual no es necesaria la aplicación de presión. figura N°3
Este
soldador está compuesto de un emisor magnetoestrictivo (3), que se agrega a la
parte posterior de la cabeza (1), sobre la cual está arrollado el alambre
calefactor (2). El emisor está formado por un paquete de placas de níquel con
el arrollamiento (4), alimentado por el generador de frecuencia ultra acústica
(5).
Figura
N° 3
Las frecuencias del ultrasonido aplicadas están comprendidas entre 20 y 30 KHz. Las vibraciones ultrasonoras generadas se propagan a través de la cabeza y llegan hasta la punta (6), sumergida en una gota del metal de soldar (7); bajo la acción del ultrasonido se producen burbujas de cavitación (8). La presión que se desarrolla durante la contracción de las burbujas destruye la película de óxido (9), y deja al desnudo la superficie de la placa de aluminio (10).
Este tipo de soldador es más liviano y portátil que el anterior dichas características se pueden observar en la figura N° 4.
De
manera general el esquema de funcionamiento de la soldadura por ultrasonido se
simplifica en el siguiente esquema, en el cual se puede observar un sonotrodo, que se utiliza para transferir
energía vibratoria y fuerza al área de la junta.
Figura N°4
El sonotrodo es la herramienta acústica que convierte la energía vibratoria en calor el cual funde el plástico. Es, por consiguiente, un componente muy importante en la unión de una soldadura ultrasónica exitosa.
Estos están hechos en varios estilos que reúnen ciertos requisitos de aplicación, en la mayoría de las aplicaciones son de titanio o aluminio.
El aluminio tiene propiedades acústicas buenas, mientras que el titanio tiene mejores propiedades acústicas y alto rendimiento de esfuerzo. Las aleaciones de Titanio se utilizan por su alta amplitud de frecuencia y mejores características de esfuerzo.
Existen distintos tipos de sonotrodos (dependiendo de la aplicación),pueden ser del tipo: paso acornee, exponencial y catenoidal acornean. Este último sonotrodo combina las características de los dos anteriores, esto hace que se logren amplitudes
Figura N° 5
más altas con tensión moderadas.
La
figura N° 6 muestra los diferentes tipos de sonotrodos existentes.
Figura N° 6
