Soldagem ultrassônica

Estado sólido: a vibração rápida une pequenas juntas em menos de um segundo

A soldagem ultrassônica une peças pressionando-as uma contra a outra e sacudindo-as muito rápido, cerca de 20.000 a 40.000 vezes por segundo. O atrito aquece a junta até ela se unir, em bem menos de um segundo, sem cola, parafusos nem metal de adição. A maioria das carcaças de plástico soldadas, de lanternas de carro a cabos de escova de dentes, e muitas conexões de baterias e fios são feitas assim.

Foto: Herrmann Ultraschalltechnik, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

Soldagem ultrassônica · conjunto de soldagem e close da juntaOs números em círculo correspondem às etapas abaixo; o close à direita mostra o que acontece na junta em peças de plástico.

Como funciona

Carregue as peças. As duas peças ficam em um dispositivo sobre a bigorna (um suporte fixo com forma para segurá-las). As peças de plástico são moldadas com uma pequena crista chamada diretor de energia onde se tocam.
Prense. A corneta (também chamada de sonotrodo, a ponta metálica com forma da máquina) desce e comprime as peças uma contra a outra.
Vibre. Um gerador envia corrente de alta frequência ao conversor, cujos cristais piezoelétricos (materiais que mudam de forma com a tensão) a transformam em vibração. O booster e a corneta a amplificam para um movimento de alguns centésimos de milímetro.
Derreta a junta. O atrito concentra calor no pequeno ponto de contato, então o diretor de energia derrete primeiro e flui pela junta. O resto da peça fica frio.
Segure e resfrie. A vibração para, mas a força continua por um momento enquanto o material fundido solidifica. As duas peças agora são uma só.

Os metais funcionam de outro jeito. Para fios, folhas e abas de baterias metálicos, a corneta esfrega de lado em vez de martelar para cima e para baixo. A esfregação rompe os óxidos da superfície e comprime metal limpo contra metal limpo, então a junta se forma sem fundir.

Dados-chave

Materiais: Termoplásticos como ABS, policarbonato, polipropileno e náilon; metais finos e macios, como folhas e fios de cobre e de alumínio
Peças típicas: Carcaças de faróis de carro, dispositivos médicos, filtros, brinquedos, embalagens blister, abas de baterias, emendas de chicotes de fios
Tamanho da peça: Áreas de junta de alguns milímetros a cerca de 20–30 cm com uma corneta; chapas metálicas geralmente com menos de cerca de 1 mm
Precisão: Muito repetível; altura da peça soldada geralmente dentro de cerca de ±0,05–0,1 mm quando a máquina controla o colapso
Acabamento superficial: Junta limpa, muitas vezes invisível; às vezes um pequeno cordão de plástico espremido (rebarba) ou uma marca texturizada da corneta em metais
Tamanho de lote adequado: Grandes séries; cada formato de peça precisa de sua própria corneta e dispositivo
Custo de ferramental e máquinas: Dezenas de milhares de dólares por uma soldadora; alguns milhares por cada corneta e dispositivo sob medida
Velocidade: Tempo de solda geralmente 0,1–1 s; um ciclo completo de alguns segundos, então milhares de peças por dia por máquina

Pontos fortes e limites

Pontos fortes

Muito rápida, limpa e fácil de automatizar
Sem cola, parafusos, solventes nem metal de adição para comprar
Baixo consumo de energia, calor só na junta
Une metais diferentes, como cobre com alumínio

Limites

Só para juntas pequenas e peças bem finas
Cada projeto de peça precisa de sua própria corneta e dispositivo
Funciona apenas com termoplásticos e metais macios e finos
A vibração pode danificar componentes eletrônicos delicados dentro da peça

Onde é usado

AutomotivoCarcaças de lanternas traseiras e faróis, emendas de chicotes de fios
BateriasAbas de células e barramentos em baterias de carros elétricos e de celulares
MedicinaFiltros, peças de equipos intravenosos, carcaças seladas de dispositivos
EmbalagensEmbalagens blister, tampas de cápsulas de café, selagem de bisnagas
Bens de consumoBrinquedos, escovas de dente, peças de celular, máscaras e lenços de não tecido

Como reconhecê-lo

Duas metades de plástico moldado unidas sem parafusos, clipes nem cola, e uma emenda fina que não se abre.
Às vezes uma fina linha de plástico espremido ao longo da emenda.
Em emendas de fios metálicos ou abas de baterias, uma pequena área achatada com um padrão texturizado, serrilhado, deixado pela corneta.

Compare com

Soldagem por resistência a ponto7.2também une peças sobrepostas em pequenas áreas, mas com corrente e fusão, para chapas de aço mais grossas.Brasagem e soldagem branda7.3une fios e abas com um metal de adição; a soldagem ultrassônica não precisa de nenhum e não acrescenta calor ao resto da peça.Soldagem por fricção e mistura (FSW)7.6outro método baseado em atrito, mas com uma ferramenta giratória para placas grossas de alumínio.

Assista

DuskLight · As partes da máquina, animadas

The Weld Nugget · Como a vibração vira calor na junta

Branson Ultrasonics · Uma soldadora trabalhando em uma linha automatizada

HerrmannUltrasonics · Muitos produtos reais feitos assim

Veja fotos reais

Wikipédia: Soldagem ultrassônica — as partes do conjunto de soldagem e aplicações, com links para fotos
Busca de fotos no Wikimedia Commons

Lembre-se

A vibração a 20.000 ou mais ciclos por segundo vira calor bem na junta.
Juntas de plástico derretem em uma pequena crista; juntas de metal se unem sem derreter, esfregando de lado.
É rápida e limpa, mas limitada a juntas pequenas e peças finas.