Soldadura por Ultrasonido
La soldadura por ultrasonido es un proceso por fricción que se puede utilizar para unir muchas piezas termoplásticas. El calor por fricción en esta forma de soldadura se genera por la vibración a alta frecuencia. Las piezas básicas de un dispositivo estándar de soldadura por ultrasonidos se muestran en el esquema a la derecha:
Durante la soldadura por ultrasonido, se genera un campo electrodinámico de alta frecuencia que hace resonar una punta o cuerno metálico que está en contacto con un sustrato. El cuerno hace vibrar el sustrato con suficiente rapidez en relación con un sustrato fijo para que se genere un calor significativo en la interfaz. Con la presión y el posterior enfriamiento, se puede obtener una fuerte unión.
La frecuencia que se utiliza generalmente en el ensamble ultrasónico es de 20 kHz porque la amplitud de la vibración y la potencia necesaria para fundir los termoplásticos son fáciles de conseguir. Sin embargo, esta potencia puede producir una gran cantidad de vibraciones mecánicas difíciles de controlar, y puede requerir herramientas grandes. Son posibles frecuencias más altas (40 kHz) que producen menos vibración y se utilizan generalmente para soldar polímeros termoplásticos de ingeniería y los polímeros reforzados. Las frecuencias más altas también son más apropiadas para las piezas más pequeñas y para las piezas en las que se requiere una menor degradación del material.
La soldadura por ultrasonido es limpia y rápida (20-30 piezas por minuto) y suele dar lugar a una unión tan fuerte como el material original. El método puede proporcionar componentes herméticamente sellados si toda la unión puede ser soldada de una sola vez. Las piezas grandes generalmente son demasiado masivas para ser unidas con una sola unión continua, por lo que es necesaria la soldadura por puntos. Es difícil obtener una unión completamente sellada con la soldadura por puntos.
El equipo de manejo de materiales puede ser fácilmente conectado al sistema de ultrasonido para mejorar aún más el ensamblaje rápido.
Los plásticos rígidos con un alto módulo de elasticidad son los mejores. Los plásticos rígidos transmiten fácilmente la energía ultrasónica, mientras que los plásticos más suaves tienden a amortiguar la energía antes de que llegue a la zona crítica de la unión. Generalmente se obtienen excelentes resultados con plásticos como el poliestireno(PS), SAN, ABS, policarbonato y acrílico. El PVC y los polímeros celulósicos tienden a atenuar la energía y a deformarse o degradarse en sus superficies. Se pueden unir plásticos diferentes si tienen temperaturas de fusión similares y son químicamente compatibles.
Materiales como el policarbonato y la poliamida (nylon) deben secarse antes de soldarse, de lo contrario su alto nivel de humedad interna provocará la formación de espuma e interferirá con la unión.
La soldadura por ultrasonido también puede utilizarse para unir plásticos a otros sustratos y para insertar piezas metálicas. También puede utilizarse para soldar por puntos dos componentes de plástico.
En la soldadura por puntos ultrasónica, la punta del cuerno pasa a través de la lámina superior para ser soldada. El plástico fundido forma un anillo elevado en la superficie que tiene la forma de la punta del cuerno. La energía también se libera en la interfaz de las dos láminas, produciendo calor por fricción. A medida que la punta penetra en el sustrato inferior, el plástico fundido desplazado fluye entre las láminas hacia el área precalentada y forma una unión permanente.
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Referencias:
- Encyclopedia of Polymer Science and Technology, John Wiley & Sons, Inc. 2002
- Grim, R.A., “Welding Process for Plastics”, Advanced Materials and Processes, March 1995
- Dukane Corp.: https://www.dukane.com/plastic-welding-process/what-is-ultrasonic-welding/
- Foto Principal de Weber Ultrasonics: https://www.weber-ultrasonics.com/en/welding/
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