Soldagem: Como o ultrassom consegue unir plásticos

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A soldagem por ultrassom é um processo econômico e eficiente para a união de peças em série feitas de termoplásticos amorfos ou semicristalinos.

O menor consumo de energia e o curto tempo de ciclo permitem alcançar maior velocidade de produção. Particularmente no setor eletrônico e automobilístico, existem muitas aplicações para essa técnica, garantindo perfeição visual e estanqueidade.

Nos sistemas eletrônicos é necessário unir muitas peças de plástico, como conectores, caixas e baterias, para mencionar apenas algumas.

Também no setor automobilístico existem muitas aplicações para soldar utilizando ultrassom, desde o painel de instrumentos até às luzes, e mesmo a unidade de vácuo no bloco do motor

A oscilação mecânica gera calor de fricção

Plástico Moderno, As partes do conjunto acústico
As partes do conjunto acústico

Na soldagem por ultrassom a tensão elétrica é convertida em oscilação mecânica.

O coração da máquina de soldagem é o chamado conjunto acústico, composto pelo transdutor acústico piezoelétrico (conversor), a unidade de transformação da amplitude (booster) e a ferramenta de soldagem (sonotrodo).

O gerador de ultrassons transforma a tensão de rede em uma tensão de alta frequência, entre 20 e 35 kHz, a qual é convertida em oscilações mecânicas mediante o efeito piezoelétrico obtido no conversor.

A ferramenta de soldagem, chamada sonotrodo, desloca-se para o componente e inicia a oscilação na área da união – a 20 kHz são verificados 20.000 movimentos por segundo.

Aqui é gerado calor de fricção e o material derrete de forma objetiva nos pontos de contato de ambos os componentes.

Após um período sob pressão, a união fica homogeneamente fixa.

Uma vez que o ultrassom separa a estrutura molecular, as peças ficam unidas de forma tão permanente como se fossem o resultado de uma fundição.

União de termoplásticos à prova de gás e água

Herrmann Ultrassom é especialista na técnica de união e fornece máquinas de soldagem por ultrassom completas, como postos de trabalho manuais para produção em lotes, bem como módulos de soldagem por ultrassom e geradores de ultrassom, os quais podem ser integrados em sistemas automatizados.

Como complemento, é disponibilizado o aconselhamento no trabalho com ultrassom.

Com a técnica é possível soldar, rebitar, transformar, incorporar, separar e até mesmo moldar termoplásticos. Mediante a entrada de ultrassom, em apenas alguns milissegundos é criada uma união altamente resistente, à prova de água e gás, com excelente apela visual, sem o uso de aditivos ou de outras substâncias químicas.

Devido ao reduzido consumo de energia, a carga térmica sobre as peças é praticamente nula.

Cabe observar que os plásticos amorfos duros, como PC, PS, SAN, ABS e PMMA, apresentam excelentes propriedades de transmissão da energia de ultrassom.

Por sua vez, os plásticos semicristalinos, como PA, PP, PE e POM, não são tão bons condutores das ondas sonoras e, por isso, são ideais para serem soldados na proximidade imediata do sonotrodo.

Sem exigir período de aquecimento, o ultrassom pode ser aplicado de imediato; os tempos de ciclo são mais curtos e a energia necessária é significativamente menor do que a requerida na soldagem por espelho ou por vibração.

O direcionador da energia determina o local para formação de massa fundida – A grande vantagem da técnica de união por ultrassom é a aplicação objetiva da energia, permitindo uma fusão exata e controlada.

Plástico Moderno, Imagem 02: Direcionadores da energia por ultrassom para peças moldadas por injeção
Imagem 02: Direcionadores da energia por ultrassom para peças moldadas por injeção

Para concentrar a energia no ponto em que é pretendida a fusão, o componente necessita de um direcionador da energia, na forma de uma linha ou aresta com geometria pontiaguda.

Nesta superfície de contato mínima começa a plastificação, devido à alta pressão na superfície.

O contato pontual impede um acoplamento bidimensional dos componentes e uma transmissão descontrolada do som.

Por isso, logo no momento do desenvolvimento dos desenhos técnicos dos componentes plásticos, é aconselhável levar em consideração os requisitos da soldagem por ultrassom.

Se as peças tiverem sido concebidas desde o início de forma adequada ao processo e aos materiais, é possível alcançar bons resultados em termos de resistência, estanqueidade e aparência visual.

O construtor de máquinas Herrmann Ultraschall, com experiência de mais de cinco décadas na soldagem por ultrassom, concentra-se em um suporte técnico permanente: o cliente não se limita a receber uma máquina, mas obtém uma solução completa para a sua aplicação. Isso começa logo na fase de projeto do componente, mediante o correto desenho de soldagem, passa pela seleção do material e vai até à otimização do processo de soldagem.

Gráfico mostra a qualidade dos resultados da soldagem

A soldagem bem sucedida entre duas peças pode ser representada visualmente em uma tela sensível ao toque.

O gráfico do desempenho, da velocidade de união e a força de soldagem permitem tirar conclusões sobre o processo.

Essa é uma grande vantagem para avaliar a qualidade da soldagem e otimizar o processo.

O objetivo é alcançar um aumento rápido e o mais linear possível da velocidade de união (curva azul de percurso-tempo), que garante um processo de união harmônico e uma fusão uniforme.

A peça soldada não é desnecessariamente sobrecarregada e o processo se mostra reprodutível.

Plástico Moderno, Imagem 03: Representação gráfica de uma boa soldagem – a velocidade de união (azul) aumenta de forma constante e linear
Imagem 03: Representação gráfica de uma boa soldagem – a velocidade de união (azul) aumenta de forma constante e linear

O artigo foi elaborado pela equipe técnica da Herrmann Ultraschalltechnik GmbH & Co. KG, empresa com sede em Karlsbad, Alemanha, fundada em 1961, que define, há vários anos, padrões na técnica de união por ultrassom para plásticos, não-tecidos e embalagens.

Plástico Moderno, Imagem 04: Máquina de soldagem por ultrasom HiQ DIALOG com comunicação através da tela
Imagem 04: Máquina de soldagem por ultrasom HiQ DIALOG com comunicação através da tela

Sua gama de produtos inclui máquinas de soldagem por ultrassom completas, bem como módulos de soldagem por ultrassom e geradores de ultrassom integrados nas instalações automáticas.

know-how

Possui know-how especializado na fabricação de ferramentas de soldagem da técnica de oscilação, os chamados sonotrodos, os quais vibram com uma frequência de ultrassom e, assim, provocam a fundição dos materiais através do calor de fricção.

As máquinas da Herrmann Ultraschall para a soldagem de peças moldadas por injeção são aplicadas na técnica médica, na área automotiva, eletrônica e na produção de eletrodomésticos.

Os módulos de ultrassom são utilizados pela indústria de embalagem para produtos alimentares e medicamentos; a indústria da higiene une os módulos não-tecidos (por exemplo, fraldas e máscaras cirúrgicas), o que também é válido para o ramo da filtragem e da técnica médica.

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Para melhor servir os clientes no mercado brasileiro, desde 2013 a Herrmann Ultrassom tem um representante no Brasil, baseado na região de Campinas-SP.

Contato: [email protected]

Mais informações: www.herrmannultrassom.com

 

5 Comentários

  1. Olá,
    primeiramente devo dizer que sou razoavelmente leito no assunto e este artigo ajudou a esclarecer algumas coisas.
    Porém possuo um pequeno produto injetado em ABS e preciso que uma placa de espessura mínima (0,50 mm ou menos espessa) seja soldada a este.
    O que não consigo localizar em minhas pesquisas é:
    1) Conseguirei encontrar placas de ABS com baixas espessuras ?
    2) Se não, de que outro material poderia ser esta fina placa que me permita usar o ultrassom ?

    Grato e Parabéns pela matéria.

  2. Bom dia, a matriz superior é de áço com tratamento certo?
    no caso de querer fazer corte consegue cortar tecido com fibras de carbono?

  3. boa tarde,meu nome é Mauricio e gostaria de saber como abrir uma caixa de plastico(fonte carregador) que foi selada por ultrassom, preciso abrir 50.000 destes carregadores sem quebrá-los, por isso a minha pergunta, se alguém puder me ajudar seria de muita utilidade.
    obrigado

    1. infelizmente não tem como abrir as caixas sem quebrar a carcaça Mauricio, uma vez que a solda por ultrassom provoca o derretimento do material formando uma união extremamente forte, o punico jeito de abrir todas as fontes vai ser quebrando as carcaças

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