Soldagem: União de plásticos permite ganhar aplicações

União firme de plásticos permite ganhar aplicações de outros materiais

Empresas especializadas no fornecimento de equipamentos e produtos para soldagem de plásticos, nomes como as multinacionais Hermann Ultrassom e Trumpf e a brasileira ABC Tecnologias, representante no Brasil da marca Leister, têm bons motivos para comemorar.

A procura por esse método de união de materiais tem crescido nos últimos anos. Uma breve análise ajuda a explicar essa tendência.

Grandes multinacionais da indústria química investem pesado em pesquisa e desenvolvimento para aperfeiçoar as propriedades das matérias-primas plásticas oferecidas ao mercado.

Com isso, as resinas conseguem substituir outros materiais em aplicações as mais distintas.

Por tabela, alguns produtos e serviços paralelos, como a soldagem, passam a ser cada vez mais procurados.

A união de peças plásticas se mostra fundamental em várias situações.

Podemos citar como exemplos vários componentes presentes nos automóveis, em eletrônicos, bolsas utilizadas para coleta de sangue ou diálises, projetos de tubulações entre outras aplicações.

A soldagem é indicada quando a aplicação exige adesão mais eficiente e duradoura. Ela não ocasiona uma ligação superficial, mas permite a união intensiva dos materiais.

O processo é indicado para peças confeccionadas em termoplásticos, materiais compostos por cadeias de moléculas lineares que deslizam umas ao longo das outras quando expostas ao calor, tornando-se formáveis. Elastômeros e duroplásticos não podem ser soldados.

Os elastômeros possuem cadeias de moléculas interligadas de malha larga que retornam ao seu estado original assim que o efeito do calor diminui.

Os duroplásticos têm cadeias de moléculas interligadas de malha estreita, o calor decompõe suas estruturas.

Os responsáveis pela fabricação de conjuntos de peças contam com diferentes processos de soldagem. Na térmica, os termoplásticos são fundidos e unidos por pressão adicional.

O pré-requisito para a fusão é sempre o calor, que é gerado de diferentes maneiras, como o uso do ar quente, por exemplo.

Também pode ser utilizada a soldagem por radiação infravermelho, que aproveita a luz com comprimento de onda de 780 nm até 1 mm (invisível para humanos).

Soldagem: União de plásticos permite ganhar aplicações ©QD Foto: Divulgação
Esquema de soldagem a laser

Os plásticos são aquecidos pela radiação, fundidos e, em seguida, unidos.

A soldagem por ultrassom utiliza ondas de som com elevada frequência (entre 20 a 70 kHz) que introduzidas nos plásticos produzem calor. Também é utilizada a soldagem a laser.

No processo, a elevada energia do raio laser é focada no local a ser unido e produz calor.

Além da soldagem, existem outras técnicas de união. Algumas soluções são corriqueiras, como o uso de parafusos ou outros itens metálicos, por exemplo.

Uma bastante utilizada é a aplicação de adesivos, prática que permite colagens eficientes de termoplásticos e termoformáveis em muitas situações – o desenvolvimento de adesivos sofisticados é outro desafio da indústria química.

Ultrassom – A Hermann Ultrassom tem sede na Alemanha e escritório próprio de representação no Brasil desde 2013.

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Haug: ultrassom é técnica muito econômica e eficiente

“Desenvolvemos tecnologia de união por ultrassom de plásticos, não-tecidos e embalagens flexíveis”, afirma Andreas Haug, gerente de vendas regional da América do Sul.

A gama de produtos da empresa inclui máquinas de soldagem por ultrassom completas, sistemas de soldagem por ultrassom e componentes, como os geradores de ultrassom integrados nas instalações automáticas ou em máquinas especiais de multipontos. “Temos mais de cinquenta patentes”.

Haug informa que a demanda atual do mercado está altamente satisfatória.

“As vendas estão crescendo constantemente”. As perspectivas são positivas para os próximos meses. “Estamos experimentando impulsos novos do Brasil inteiro após a realização da feira Plástico Brasil em março”. Todos os produtos da Hermann são indicados para a indústria do plástico.

Os três clientes principais são os transformadores que trabalham nas áreas automotiva, elétrica e eletrônica, mas os produtos também são procurados por vários outros segmentos.

“Os módulos de ultrassom de selagem de plásticos flexíveis são utilizados pela indústria de embalagem para produtos alimentares, medicamentos ou pet food”, exemplifica.

Na soldagem por ultrassom, a tensão elétrica de um sinal de alta frequência, na faixa de ultrassom, 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 ultrassom transforma a tensão de rede em uma tensão de alta frequência, entre 20 e 35 kHz, convertida em oscilações mecânicas através do efeito piezoelétrico no conversor”.

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

No ponto desejado 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”.

Para Haug, a soldagem por ultrassom é extremamente competitiva quando comparada com técnicas concorrentes.

“Trata-se de um processo econômico e eficiente para a união de peças em série de termoplásticos”.

O gerente diz que a grande vantagem é a aplicação focada da energia, permitindo uma fusão exata e controlada, com curto tempo de ciclo e maior velocidade de produção, economia de energia e custos altamente compensadores.

O fato de não necessitar de aditivos também é destacado. “É um benefício em termos de sustentabilidade”.

O destaque do portfólio da empresa, de acordo com o gerente, se dá no desenvolvimento e na fabricação de geradores de ultrassom de gerações mais avançadas.

“Oferecemos o HMI com monitoramento de processo controlado do mais alto padrão do mercado, ferramentas de soldagem, os chamados sonotrodos, e também serviços como treinamentos, pré-análise profunda de projetos e aconselhamento para garantir o sucesso de cada aplicação”.

Laser – A alemã Trumpf, com filial no Brasil, é especializada no fornecimento de soluções que usam laser em ambientes industriais.

Uma das aplicações às quais se dedica é a soldagem de plásticos. Entre os produtos oferecidos para essa aplicação se encontram os lasers de diodo TruDiode 151 e TruDiode 301, além da estação de trabalho TruLaser Station 7000.

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Demonstração da TruLaser Station 7000, da Trumpf

De acordo com informações prestadas pela empresa, na solgadem de plásticos a laser dois tipos de termoplásticos são unidos entre si por aquecimento – um elemento de união transparente irradiado pelo laser e o elemento absorvente.

Os dois materiais precisam ser pressionados um contra o outro com um dispositivo adequado para que haja a transferência de calor suficiente e se derretam na região da junção.

Plásticos similares apresentam a mais alta estabilidade de junção após a soldagem a laser.

Se o plástico contiver uma elevada proporção de fibras de vidro, as junções das soldagens podem facilmente resultar quebradiças. Portanto, recomenda-se não ultrapassar um teor de fibra de vidro de 40%.

Há diferentes variantes de soldagem a laser de plásticos, nas quais, entre outros detalhes do processo, a posição do gerador de laser pode ser fixa ou móvel.

As variantes são chamadas de soldagem de contorno, simultânea, quase simultânea e de máscara. Cada processo é selecionado de acordo com as necessidades da operação.

No caso do plástico, são adotadas potências de laser de até 300 watts. Uma vez que a entrada de calor é altamente localizada, os componentes eletrônicos sensíveis, por exemplo, são protegidos com eficácia.

Entre as aplicações recomendadas se encontram, por exemplo, conjuntos como tampas do tanque de combustível e fivelas presentes nos automóveis.

“A junção do plástico através do laser oferece resultados de alta qualidade e repetibilidade”, garante o engenheiro Carlos Ferreira.

“O cordão de solda pode ser ajustado para as mais diversas aplicações ou formas. O aporte de calor é limitado e suave, controlado através de sensores eletrônicos. Em comparação com a colagem ou vibração e soldagem ultrassônica, não há resíduos de adesivo, flocos ou partes de plástico. O processo é silencioso e causa pouco desgaste”.

Ar quente e laser – A empresa nacional ABC Tecnologias é representante exclusiva no Brasil da marca suíça Leister, fabricante de sopradores de ar quente e equipamentos de solda a laser.

“Uma das principais aplicações feita com ar quente é a de soldagem de plásticos”, ressalta Ricardo Farias, diretor.

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Exceto o PTFE, todos os termoplásticos podem ser soldados. Há diferenças específicas de material entre os plásticos

Com as ferramentas, o ponto de solda é aquecido a uma temperatura determinada, que varia de acordo com o material, e logo depois fundido.

“A operação pode ser feita de forma automatizada em linhas de produção industriais, ou manualmente, feita por profissionais de diversos segmentos e aproveitada com o auxílio de um equipamento específico”.

Nas linhas industriais os equipamentos de ar quente podem ser adaptados em máquinas automatizadas de solda e direcionados para vários setores, como o automobilístico (em para-choques, painéis, lanternas e rebitagem de plástico em estruturas metálicas, etc.), cosmético (em bisnagas plásticas para cremes, xampus e outras aplicações) ou alimentício (em embalagens laminadas, entre outras).

A operação manual é indicada para trabalhos de galvanoplastia (construção de tanques com chapas plásticas, por exemplo), construção civil (soldagem de mantas de PVC ou PEAD para impermeabilização de solo, entre outras aplicações), na produção de lonas (para caminhões, capas de piscinas, tendas, toldos entre outras aplicações), e até na pavimentação (em pisos vinílicos em ônibus, trens, escolas, hospitais e residências, etc.).

“Os exemplos citados acima, são os mais comuns para sopradoras de ar quente, mas sempre recebemos consultas para tentar novas soluções para processos de solda em plásticos”.

No campo de solda a laser, a Leister conta com portfólio voltado para atender a engenharia automotiva, médica, de sensores, eletrônica e de microssistemas, entre outros segmentos.

Uma especialidade patenteada da Leister é a técnica Globo-Welding, indicada para a solda de peças plásticas tridimensionais em única operação.

Para a indústria do plástico, um dos equipamentos oferecidos é o sistema Basic M, baseado num sistema modular de construção de blocos.

Indústria aumtomobilística – Transformadores ligados aos mais diversos segmentos da economia se utilizam da soldagem no seu dia a dia. A Plascar é um deles.

Com quatro unidades fabris espalhadas nos estados de São Paulo e Minas Gerais, a empresa fornece enorme gama de produtos com os mais diversos materiais para a indústria automobilística.

Conta com conjunto de injetoras que vão de 70 a 3,2 mil toneladas de força de fechamento, além de estrutura para a realização de operações complementares.

A empresa utiliza várias tecnologias de soldagem.

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Tiraboschi: aplicações pedem diferentes métodos de soldagem

“É um processo bastante comum e de bastante domínio na empresa, representa uma solução muito eficiente e robusta para a união entre componentes plásticos”, resume Marcio Tiraboschi, gerente de engenharia de materiais e engenharia avançada.

Como exemplo de conjuntos de peças onde a soldagem se faz necessária, o engenheiro aponta painéis de instrumentos (conjunto tampa do porta-luvas, sistema de fixação do módulo de airbag, fixação de dutos de ar e demais componentes como molduras, apliques, porta-objetos, entre outros), revestimentos de portas (porta-mapas, porta-objetos, puxadores, maçanetas internas, etc.), conjuntos de iluminação (molduras e componentes de faróis, lentes e componentes de lanternas, retro-refletores, break-light, etc.), para-choques (suportes, retentores, absorvedores de impacto, sensores de estacionamento, etc.), entre outras aplicações.

De acordo com Tiraboschi, a empresa se vale de diferentes métodos de fusão dos plásticos, pelo atrito (solda vibracional), ação da luz (a laser), pelo efeito das vibrações acústicas ultrassônicas (ultrassom) ou pela ação do calor (soldas infrared, termofusão, placa quente, ar quente, etc.).

Um dos quesitos a influenciar a escolha da melhor tecnologia é o da funcionalidade. Itens de iluminação, reservatórios de fluidos e dutos de ar em painéis devem ser estanques, suportes e reforços devem cumprir a função de estruturar e fixar elementos, e assim por diante.

Outro parâmetro é o da geometria do conjunto.

O processo de soldagem vibracional, por exemplo, exige liberdade de movimentação (vibração) entre os componentes a serem soldados para que o atrito entre as peças promova a fusão do material.

Também são levados em consideração os aspectos estéticos, principalmente na soldagem de componentes transparentes ou translúcidos, como a que ocorre em itens de iluminação e displays.

Também tem influência o tipo de matéria-prima utilizada, pois cada material possui ponto de fusão específico, características de opacidade/transparência, condutividade térmica, e outras propriedades.

“Quando duas ou mais tecnologias de soldagem estão tecnicamente aptas à aplicação, o fator decisivo passa a ser o custo da operação e a eventual necessidade de investimento em equipamentos e periféricos”.

O engenheiro informa que os processos de soldagem de peças plásticas, no geral, são soluções sustentáveis, por dispensar o uso de componentes extras para fixação, substituir processos de colagem (alguns adesivos são nocivos ao meio ambiente e à saúde) e facilitar a reciclagem dos componentes plásticos no fim da vida do produto.

“Eles apresentam baixíssimo consumo energético associado à elevada produtividade e praticamente nula emissão de gases ou resíduos”.

Tubulações e barreiras – A PipeWorks é uma empresa nacional especializada em prover soluções completas no segmento de tubulações e barreiras termoplásticas.

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Sistema fornecido pela PipeWorks solda tubos a céu aberto

A empresa atua com a venda/locação de equipamentos e acessórios para solda de PEAD e PP-R, além de oferecer serviços completos de montagem, projetos, inspeções e qualificações.

De acordo com Rogerio Corrêa Picanço, gerente nacional, os métodos de soldagem mais utilizados pela empresa hoje são termofusão e eletrofusão, selecionados de acordo com as características do projeto a ser atendido.

Na termofusão ocorre a fusão completa das extremidades do tubo ou geomembrana sem a necessidade de um terceiro elemento.

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Picanço: procura é maior por eletrofusão e termofusão

“A técnica requer a possibilidade de movimentação de material (tubo ou geomembrana) sem restrições. É mais rápido e oneroso”.

Na eletrofusão, a fusão dos materiais conta com o uso de um terceiro elemento usado como fonte de calor. “Ela é mais utilizada em espaços confinados ou de difícil movimentação de material”.

Para os interessados em adquirir equipamentos a empresa representa no Brasil as marcas McElroy (solda por termofusão de tubos), Demtech (termofusão de mantas) e Advance Welding (solda por eletrofusão).

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