2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificación: 2023-12-17 10:24
La soldadura ultrasónica de metales es un proceso durante el cual se obtiene una unión permanente en la fase sólida. La formación de áreas juveniles (en las que se forman enlaces) y el contacto entre ellas se produce bajo la influencia de una herramienta especial. Proporciona una acción conjunta de desplazamientos tangenciales alternantes de signo relativo de pequeña amplitud y fuerza normal de compresión en los espacios en blanco. Echemos un vistazo más de cerca a lo que es la tecnología de soldadura ultrasónica.
Mecanismo de conexión
Se producen desplazamientos de baja amplitud entre piezas con frecuencia ultrasónica. Debido a ellos, las microrrugosidades en la superficie de las piezas están sujetas a deformación plástica. Al mismo tiempo, los contaminantes son evacuados de la zona de conexión. Las vibraciones mecánicas ultrasónicas se transmiten al sitio de soldadura desde la herramienta en el exterior de la pieza de trabajo. Todo el proceso está organizado de tal manera que se excluye el deslizamiento del accesorio y el soporte a lo largosuperficies de detalle. Durante el paso de las vibraciones a través de la pieza de trabajo, se disipa energía. Esto es proporcionado por la fricción externa entre las superficies en la etapa inicial de soldadura y la fricción interna en el material ubicado entre el soporte y la herramienta después de la formación del área de fraguado. Esto eleva la temperatura en la unión, lo que facilita su deformación.
Comportamiento específico del material
Los desplazamientos tangenciales entre las piezas y las tensiones que provocan y actúan junto con la compresión de la fuerza de soldadura proporcionan la localización de deformaciones plásticas severas en pequeños volúmenes en las capas cercanas a la superficie. Todo el proceso va acompañado de trituración y evacuación mecánica de películas de óxido y otros contaminantes. La soldadura ultrasónica reduce el límite elástico, lo que facilita la deformación plástica.
Características del proceso
La soldadura ultrasónica contribuye a la formación de las condiciones necesarias para la conexión. Esto está asegurado por las vibraciones mecánicas del transductor. La energía de vibración crea tensiones complejas de cizallamiento, compresión y deformación. La deformación plástica ocurre cuando se exceden los límites elásticos de los materiales. La obtención de una fuerte conexión se asegura aumentando el área de contacto directo después de la evacuación de óxidos superficiales, películas orgánicas y adsorbidas.
Uso de KM
El ultrasonido es ampliamente utilizado en el campo científico. Con su ayuda, los científicos investigan una serie de propiedades físicas.sustancias y fenómenos. En la industria, los ultrasonidos se utilizan para desengrasar y limpiar productos, trabajando con materiales difíciles de mecanizar. Además, las fluctuaciones afectan favorablemente a los fundidos de cristalización. El ultrasonido les proporciona desgasificación y refinamiento de grano, mejorando las propiedades mecánicas de los materiales fundidos. Las vibraciones contribuyen a la eliminación de tensiones residuales. También se utilizan ampliamente para aumentar la velocidad de las reacciones químicas lentas. La soldadura ultrasónica se puede utilizar para diversos fines. Las vibraciones pueden convertirse en una fuente de energía para la formación de juntas de costura y puntos. Cuando el baño de soldadura se expone a ultrasonidos durante la cristalización, las propiedades mecánicas de la unión mejoran debido al refinamiento de la estructura de la soldadura y la eliminación intensiva de gases. Debido al hecho de que las vibraciones eliminan activamente la suciedad, las películas artificiales y naturales, es posible conectar piezas con una superficie oxidada, barnizada, etc. Los ultrasonidos contribuyen a la reducción o eliminación de las tensiones propias que aparecen durante la soldadura. Debido a las vibraciones, es posible estabilizar los componentes de la estructura del compuesto. Esto, a su vez, permite evitar la posibilidad de una deformación espontánea de las estructuras posteriormente. La soldadura ultrasónica se ha vuelto cada vez más utilizada recientemente. Esto se debe a las ventajas indudables de este método de conexión en comparación con los métodos de contacto y frío. Especialmente a menudo se utilizan vibraciones ultrasónicas en microelectrónica.
Dirección prometedoraconsidera soldadura ultrasónica de materiales poliméricos. Algunos de ellos no se pueden conectar por ningún otro método. En las empresas industriales, actualmente se lleva a cabo la soldadura ultrasónica de perfiles de aluminio de paredes delgadas, láminas y alambres. Este método es especialmente efectivo para unir productos de materias primas diferentes. La soldadura ultrasónica de aluminio se utiliza en la fabricación de electrodomésticos. Este método es efectivo cuando se empalman materias primas de láminas (níquel, cobre, aleaciones). La soldadura ultrasónica de plásticos ha encontrado aplicación en la producción de dispositivos ópticos y de mecánica fina. En la actualidad, se han creado e introducido en producción máquinas para conectar varios elementos de microcircuitos. Los dispositivos están equipados con dispositivos automáticos, por lo que la productividad aumenta significativamente.
Poder estadounidense
La soldadura ultrasónica de plástico proporciona una conexión permanente debido a la acción combinada de vibraciones mecánicas de alta frecuencia y una fuerza de compresión relativamente pequeña. Este método tiene mucho en común con el método frío. La potencia ultrasónica que se puede transmitir a través del medio dependerá de las propiedades físicas de este último. Si se exceden los límites de resistencia en las zonas de compresión, el material sólido colapsará. En situaciones similares, la cavitación se produce en los líquidos, acompañada de la aparición de pequeñas burbujas y su posterior colapso. Junto a este último proceso surgen presiones locales. Este fenómeno se utiliza en la limpieza y procesamiento de productos.
Nodos de dispositivos
La soldadura ultrasónica de plástico se realiza mediantemáquinas especiales. Contienen los siguientes nodos:
- Fuente de alimentación.
- Sistema mecánico vibratorio.
- Equipo de control.
- Accionamiento a presión.
El sistema oscilatorio se utiliza para convertir la electricidad en energía mecánica para su posterior transmisión a la sección de conexión, concentrándola y obteniendo el valor requerido de la velocidad del emisor. Este nodo contiene:
- Transductor electromecánico con devanados. Está encerrado en una caja de metal y enfriado por agua.
- Transformador de oscilación elástica.
- Punta de soldadura.
- Soporte con mecanismo de presión.
El sistema se fija mediante un diafragma. La radiación ultrasónica ocurre solo en el momento de la soldadura. El proceso ocurre bajo la influencia de vibraciones, presión aplicada en ángulo recto a la superficie y el efecto térmico.
Capacidades del método
La soldadura ultrasónica es más eficaz para las materias primas plásticas. Los productos hechos de cobre, níquel, oro, plata, etc. pueden combinarse entre sí y con otros productos de bajo plástico. A medida que aumenta la dureza, la soldabilidad ultrasónica se deteriora. Los productos refractarios hechos de tungsteno, niobio, circonio, tántalo y molibdeno se conectan de manera efectiva con la ayuda del ultrasonido. La soldadura ultrasónica de polímeros se considera un método relativamente nuevo. Dichos productos también se pueden conectar entre sí y con otras partes sólidas. En cuanto al metal, se puede combinar convidrio, semiconductores, cerámica. También puede atar espacios en blanco a través de una capa intermedia. Por ejemplo, los productos de acero se sueldan entre sí a través de plástico de aluminio. Debido a la corta permanencia a temperatura elevada, se obtiene una conexión de alta calidad de productos diferentes. Las propiedades de las materias primas están sujetas a cambios menores. La ausencia de impurezas extrañas es una de las ventajas que tiene la soldadura por ultrasonidos. Los factores dañinos para los humanos también están ausentes. Cuando se conecta, se crean condiciones higiénicas favorables. Los enlaces de los productos son químicamente homogéneos.
Funciones de conexión
La soldadura de metales se realiza, por regla general, de forma superpuesta. Al mismo tiempo, se agregan varios elementos de diseño. La soldadura se puede realizar por puntos (uno o más), por cordón continuo o en círculo cerrado. En algunos casos, durante la formación preliminar del extremo del alambre en bruto, se realiza una conexión en T con el plano. Es posible realizar la soldadura por ultrasonidos de varios materiales al mismo tiempo (paquete).
Espesor de la pieza
Está limitado por el límite superior. Con un aumento en el grosor de la pieza de trabajo de metal, es necesario aplicar oscilaciones con una amplitud mayor. Esto compensará la pérdida de energía. A su vez, es posible un aumento de la amplitud hasta cierto límite. Las limitaciones están asociadas con la probabilidad de grietas por fatiga, grandes abolladuras de la herramienta. En tales casos, se debe evaluar cómola soldadura ultrasónica sería apropiada. En la práctica, el método se utiliza para espesores de producto de 3…4 µm a 05…1 mm. La soldadura también se puede utilizar para piezas con un diámetro de 0,01 … 05 mm. El espesor del segundo producto puede ser significativamente mayor que el primero.
Problemas posibles
Al aplicar el método de soldadura ultrasónica, es necesario tener en cuenta la probabilidad de falla por fatiga de las juntas existentes en los productos. Durante el proceso, las piezas de trabajo pueden girar entre sí. Como se mencionó anteriormente, quedan abolladuras en la superficie del material de la herramienta. El dispositivo en sí tiene una vida útil limitada debido a la erosión de su plano de trabajo. En algunos puntos, el material del producto se suelda a la herramienta. Esto conduce al desgaste del dispositivo. La reparación del equipo va acompañada de una serie de dificultades. Están relacionados con el hecho de que la propia herramienta actúa como un elemento de un diseño de unidad única no separable, cuya configuración y dimensiones están diseñadas exactamente para la frecuencia de funcionamiento.
Preparación del producto y parámetros de modo
Antes de realizar la soldadura por ultrasonidos, no es necesario realizar ninguna medida compleja con la superficie de las piezas. Si lo desea, puede aumentar la estabilidad de la calidad de la conexión. Para ello, se aconseja únicamente desengrasar el producto con un disolvente. Para unir metales dúctiles, se considera óptimo un ciclo con un retardo de pulso relativo al inicio del ultrasonido. Con una dureza relativamente alta del producto, se recomienda esperar un ligero calentamiento antes de encender el ultrasonido.
Patrones de soldadura
Hay varios de ellos. Los esquemas tecnológicos de soldadura ultrasónica difieren en la naturaleza de las oscilaciones de la herramienta. Pueden ser torsionales, de flexión, longitudinales. Además, los esquemas se distinguen según la posición espacial del dispositivo en relación con la superficie de la pieza soldada, así como el método de transferencia de fuerzas de compresión a los productos y las características de diseño del elemento de soporte. Para conexiones de contorno, costura y puntos, se utilizan variantes con flexión y vibraciones longitudinales. La acción ultrasónica se puede combinar con el calentamiento pulsado local de piezas desde una fuente de calor separada. En este caso, se pueden conseguir una serie de ventajas. En primer lugar, puede reducir la amplitud de las oscilaciones, así como la fuerza y el tiempo de su transmisión. Las propiedades energéticas del pulso térmico y el período de su superposición en el ultrasonido actúan como parámetros adicionales del proceso.
Efecto térmico
La soldadura ultrasónica va acompañada de un aumento de la temperatura en la unión. La aparición de calor es provocada por la aparición de fricción en las superficies de los productos en contacto, así como por deformaciones plásticas. De hecho, acompañan la formación de una junta soldada. La temperatura en el área de contacto dependerá de los parámetros de resistencia. El principal es el grado de dureza del material. Además, sus propiedades termofísicas son de considerable importancia: conductividad térmica y capacidad calorífica. El modo de soldadura seleccionado también afecta el nivel de temperatura. Como muestra la práctica, el efecto térmico emergente no actúa como condición determinante. esose debe al hecho de que la máxima resistencia de las uniones en los productos se logra antes de que la temperatura alcance el nivel límite. Es posible reducir la duración de la transmisión de vibraciones ultrasónicas precalentando las piezas. Esto también aumentará la fuerza de la conexión.
Conclusión
La soldadura ultrasónica es actualmente un método indispensable para unir piezas en algunas industrias. Este método está especialmente extendido en microelectrónica. El ultrasonido le permite conectar una variedad de materiales plásticos y duros. Hoy en día, el trabajo científico se lleva a cabo activamente para mejorar las herramientas y tecnologías de soldadura.
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