Compreendendo a soldagem ultrassônica

CLIQUE NA IMAGEM PARA UMA VISUALIZAÇÃO MAIORfigura 1Embora os meios pelos quais as vibrações são produzidas no sistema cunha-palheta sejam diferentes dos do sistema de acionamento lateral, os resultados são os mesmos.

Vibrações ultrassônicas têm sido usadas para soldagem de metais e plásticos desde a década de 1950. Para soldagem ultrassônica de metais, a natureza do estado sólido do processo, bem como outras vantagens, levou a aplicações generalizadas nas indústrias eletrônica, automotiva, aeroespacial, de eletrodomésticos e médica. Vários recursos da soldagem ultrassônica de metais, bem como tendências recentes no desenvolvimento de processos, estão abrindo caminho para a expansão do uso do processo em vários setores da indústria.

Na soldagem ultrassônica, as vibrações ultrassônicas criam um movimento relativo semelhante ao atrito entre duas superfícies que são mantidas juntas sob pressão. O movimento deforma, cisalha e nivela as asperezas locais da superfície, dispersando óxidos e contaminantes da interface, para trazer contato metal-metal e ligação entre as superfícies.1, 2 O processo é de estado sólido, o que significa que ocorre sem fusão ou fusão dos metais básicos.

figura 1 descreve os dois principais tipos de sistemas utilizados para soldagem ultrassônica de metais e também mostra detalhes do comportamento local na zona de solda. O sistema de acionamento lateral compreende um transdutor ultrassônico, um amplificador e uma buzina/sonotrodo. A fonte de alimentação fornece energia elétrica de alta frequência ao transdutor piezoelétrico, criando uma vibração mecânica de alta frequência na extremidade do transdutor. Uma frequência operacional típica é 20 kHz, mas é possível 30 kHz ou superior. Esta vibração é transmitida através da seção de reforço, que pode ser projetada para amplificar a vibração, e é então transmitida para a buzina/sonotrodo, que transmite as vibrações para as peças de trabalho.

CLIQUE NA IMAGEM PARA UMA VISUALIZAÇÃO MAIORFigura 2a O sistema de soldagem de acionamento lateral mostrado aqui fornece energia elétrica de alta frequência ao transdutor piezoelétrico, criando uma vibração mecânica de alta frequência na extremidade do transdutor. Foto cortesia da EWI.

As peças de trabalho, geralmente duas folhas finas de metal em uma junta sobreposta simples, são firmemente fixadas entre o sonotrodo e uma bigorna rígida por uma força estática. A peça superior é presa ao sonotrodo em movimento por um padrão serrilhado na superfície do sonotrodo. Da mesma forma, a peça inferior é presa à bigorna por um padrão serrilhado na bigorna. As vibrações ultrassônicas do sonotrodo, que são paralelas às superfícies da peça, criam o movimento relativo semelhante ao atrito entre a interface das peças, causando a deformação, cisalhamento e achatamento das asperezas anteriormente observadas.

Os componentes do sistema de soldagem são alojados em uma caixa que prende o conjunto de soldagem em locais críticos para não amortecer as vibrações ultrassônicas e para fornecer um meio de aplicar uma força e mover o conjunto para colocar o sonotrodo em contato com as peças de trabalho e aplique a força estática. Um exemplo de soldador de acionamento lateral é mostrado emFigura 2A.

Um segundo tipo de sistema de soldagem ultrassônica de metal é conhecido como palheta em cunha. Os elementos-chave deste sistema são o transdutor piezoelétrico que aciona um booster, que é chamado de cunha devido ao seu formato distinto (mas, por outro lado, desempenha o mesmo papel que o booster descrito anteriormente). A cunha então aciona uma haste vertical (cana) em uma vibração de flexão. A vibração na extremidade da palheta é então transmitida através do sonotrodo na palheta para as peças de trabalho (verFigura 2B).

O arranjo da peça é semelhante ao sistema de acionamento lateral – ela é fixada entre o sonotrodo e a bigorna por uma força estática. A bigorna do sistema cunha-palheta não é rígida (como no acionamento lateral), mas foi projetada para flexionar ligeiramente sob a ação das vibrações ultrassônicas. Embora a maneira pela qual as vibrações são produzidas na palheta em cunha seja diferente da transmissão lateral, os resultados são os mesmos: um movimento vibracional do sonotrodo que é paralelo às superfícies da peça de trabalho e cria o movimento relativo semelhante ao atrito nas peças de trabalho. 'Interface.