La soldadura ultrasónica es una técnica industrial mediante la cual las vibraciones acústicas ultrasónicas de alta frecuencia se aplican localmente a las piezas de trabajo que se mantienen juntas bajo presión para crear una soldadura de estado sólido. Se usa comúnmente para plásticos y metales, y especialmente para unir materiales diferentes. , no hay pernos de conexión, clavos, materiales de soldadura o adhesivos necesarios para unir los materiales. Cuando se aplica a metales, una característica notable de este método es que la temperatura se mantiene muy por debajo del punto de fusión de los materiales involucrados, evitando así cualquier indeseable propiedades que pueden surgir de la exposición a alta temperatura de los materiales.
La aplicación práctica de la soldadura ultrasónica para plásticos rígidos se completó en la década de 1960. En este punto, solo se pueden soldar plásticos duros. La patente para el método ultrasónico para soldar piezas termoplásticas rígidas fue otorgada a Robert Soloff y Seymour Linsley en 1965. Soloff, el fundador de Sonics & Materials Inc., fue gerente de laboratorio en Branson Instruments donde se soldaron películas delgadas de plástico en bolsas y tubos utilizando sondas ultrasónicas. Involuntariamente movió la sonda cerca de un dispensador de cinta de plástico y las mitades del dispensador se unieron. Se dio cuenta de que la sonda no necesitaba moverse manualmente alrededor de la pieza, sino que la energía ultrasónica podía viajar a través y alrededor de plásticos rígidos y soldar una junta completa. Luego pasó a desarrollar la primera prensa ultrasónica. La primera aplicación de esta nueva tecnología fue en la industria del juguete.
El primer automóvil hecho completamente de plástico se ensambló mediante soldadura ultrasónica en 1969. Aunque los automóviles de plástico no se engancharon, la soldadura ultrasónica sí. La industria automotriz lo ha usado regularmente desde la década de 1980. Ahora se usa para una multitud de aplicaciones.
Para unir piezas termoplásticas moldeadas por inyección complejas , los equipos de soldadura ultrasónica se pueden personalizar fácilmente para adaptarse a las especificaciones exactas de las piezas que se van a soldar. Las partes se intercalan entre un nido de forma fija ( yunque ) y un sonotrodo (bocina) conectado a un transductor, y se emite una vibración acústica de baja amplitud de ~ 20 kHz . (Nota: las frecuencias comunes utilizadas en la soldadura ultrasónica de termoplásticos son 15 kHz, 20 kHz, 30 kHz, 35 kHz, 40 kHz y 70 kHz). Al soldar plásticos, la interfaz de las dos partes está especialmente diseñada para concentrar el proceso de fusión. Uno de los materiales generalmente tiene un director de energía con púas o redondeado que contacta la segunda parte de plástico. La energía ultrasónica derrite el punto de contacto entre las partes, creando una junta. Este proceso es una buena alternativa automatizada al pegamento , tornillos o diseños de ajuste a presión . Por lo general, se usa con piezas pequeñas (por ejemplo, teléfonos celulares, productos electrónicos de consumo, herramientas médicas desechables, juguetes, etc.) pero se puede usar en piezas tan grandes como un pequeño grupo de instrumentos automotrices. Los ultrasonidos también se pueden usar para soldar metales, pero generalmente se limitan a pequeñas soldaduras de metales finos y maleables, por ejemplo, aluminio, cobre, níquel. Los ultrasonidos no se utilizarían para soldar el chasis de un automóvil o para soldar piezas de una bicicleta , debido a los niveles de potencia requeridos.
La soldadura ultrasónica de termoplásticos provoca la fusión local del plástico debido a la absorción de energía vibracional a lo largo de la unión a soldar. En los metales, la soldadura se produce debido a la dispersión a alta presión de los óxidos superficiales y al movimiento local de los materiales. Aunque hay calentamiento, no es suficiente fundir los materiales base.
La soldadura ultrasónica se puede usar tanto para plásticos duros como blandos, como plásticos semicristalinos y metales. La comprensión de la soldadura ultrasónica ha aumentado con la investigación y las pruebas. La invención de equipos más sofisticados y económicos y una mayor demanda de componentes plásticos y electrónicos ha llevado a un conocimiento creciente del proceso fundamental. Sin embargo, muchos aspectos de la soldadura ultrasónica aún requieren más estudio, como relacionar la calidad de la soldadura con los parámetros del proceso. La soldadura ultrasónica continúa siendo un campo en rápido desarrollo.
Los científicos del Instituto de Ciencia e Ingeniería de Materiales (WKK) de la Universidad de Kaiserslautern, con el apoyo de la Fundación Alemana de Investigación ( Deutsche Forschungsgemeinschaft ), han logrado demostrar que el uso de procesos de soldadura ultrasónica puede conducir a enlaces altamente duraderos entre metales ligeros y carbono. -hojas de polímero reforzado con fibra (CFRP).
Los beneficios de la soldadura ultrasónica son que es mucho más rápido que los adhesivos o solventes convencionales. El tiempo de secado es muy rápido y no es necesario que las piezas permanezcan en un dispositivo fijo durante largos períodos de tiempo esperando que la junta se seque o cure. La soldadura se puede automatizar fácilmente, haciendo juntas limpias y precisas; El sitio de la soldadura está muy limpio y rara vez requiere trabajo de retoque. El bajo impacto térmico en los materiales involucrados permite soldar una mayor cantidad de materiales.