A soldagem por ultrassom é uma técnica industrial na qual vibrações acústicas ultrassônicas de alta frequência são aplicadas localmente em peças que são mantidas juntas sob pressão para criar uma solda em estado sólido.É comumente usada para plásticos e metais e, especialmente, para unir materiais diferentes. , não há parafusos conectivos, pregos, materiais de solda ou adesivos necessários para unir os materiais. Quando aplicado a metais, uma característica notável desse método é que a temperatura permanece bem abaixo do ponto de fusão dos materiais envolvidos, impedindo assim qualquer efeito indesejável. propriedades que podem resultar da exposição a alta temperatura dos materiais.
A aplicação prática de soldagem ultrassônica para plásticos rígidos foi concluída na década de 1960. Neste ponto, apenas plásticos duros poderiam ser soldados. A patente do método ultrassônico para soldagem de peças termoplásticas rígidas foi concedida a Robert Soloff e Seymour Linsley em 1965. Soloff, fundador da Sonics & Materials Inc., era gerente de laboratório da Branson Instruments onde filmes plásticos finos eram soldados em sacos e tubos usando sondas ultrassônicas. Sem querer, ele moveu a sonda para perto de um dispensador de fita plástica e as metades do dispensador foram soldadas. Ele percebeu que a sonda não precisava ser movida manualmente ao redor da peça, mas que a energia ultrassônica podia viajar através de plásticos rígidos e soldar uma junta inteira. Ele passou a desenvolver a primeira impressora ultrassônica. A primeira aplicação desta nova tecnologia foi na indústria de brinquedos.
O primeiro carro feito inteiramente de plástico foi montado com solda ultrassônica em 1969. Embora os carros de plástico não tenham entendido, a soldagem por ultrassom. A indústria automotiva o utiliza regularmente desde os anos 80. Agora é usado para uma infinidade de aplicativos.
Para unir peças termoplásticas moldadas por injeção complexas , o equipamento de soldagem por ultrassom pode ser facilmente personalizado para atender às especificações exatas das peças que estão sendo soldadas. As peças são encaixadas entre um ninho de forma fixa ( bigorna ) e um sonotrodo (buzina) conectado a um transdutor, e uma vibração acústica de baixa amplitude de ~ 20 kHz é emitida. (Nota: As frequências comuns usadas na soldagem por ultrassom de termoplásticos são 15 kHz, 20 kHz, 30 kHz, 35 kHz, 40 kHz e 70 kHz). Ao soldar plásticos, a interface das duas partes é especialmente projetada para concentrar o processo de fusão. Um dos materiais geralmente possui um diretor de energia pontudo ou arredondado que entra em contato com a segunda peça plástica. A energia ultrassônica derrete o contato pontual entre as peças, criando uma junta. Esse processo é uma boa alternativa automatizada para colas , parafusos ou desenhos de encaixe . É normalmente usado com peças pequenas (por exemplo, telefones celulares, eletrônicos de consumo, ferramentas médicas descartáveis, brinquedos, etc.), mas pode ser usado em peças tão grandes quanto um pequeno conjunto de instrumentos automotivos. O ultrassom também pode ser usado para soldar metais, mas geralmente é limitado a pequenas soldas de metais finos e maleáveis, como alumínio, cobre, níquel. O ultrassom não seria usado na soldagem do chassi de um automóvel ou na soldagem de peças de bicicleta juntas, devido aos níveis de potência exigidos.
A soldagem ultrassônica de termoplásticos causa o derretimento local do plástico devido à absorção de energia vibracional ao longo da junta a ser soldada. Nos metais, a soldagem ocorre devido à dispersão em alta pressão dos óxidos da superfície e ao movimento local dos materiais. Embora exista aquecimento, não é suficiente derreter os materiais de base.
A soldagem por ultrassom pode ser usada para plásticos duros e macios, como plásticos semicristalinos e metais. A compreensão da soldagem por ultrassom aumentou com pesquisas e testes. A invenção de equipamentos mais sofisticados e baratos e o aumento da demanda por componentes plásticos e eletrônicos levaram a um conhecimento crescente do processo fundamental. No entanto, muitos aspectos da soldagem ultrassônica ainda exigem mais estudos, como relacionar a qualidade da solda aos parâmetros do processo. A soldagem por ultrassom continua sendo um campo em rápido desenvolvimento.
Cientistas do Instituto de Ciência e Engenharia de Materiais (WKK) da Universidade de Kaiserslautern, com o apoio da Fundação Alemã de Pesquisa ( Deutsche Forschungsgemeinschaft ), conseguiram provar que o uso de processos de soldagem por ultrassom pode levar a ligações altamente duráveis entre metais leves e carbono de polímero reforçado com fibra de vidro (CFRP).
Os benefícios da soldagem ultrassônica são que ela é muito mais rápida que os adesivos ou solventes convencionais. O tempo de secagem é muito rápido e as peças não precisam permanecer no equipamento por longos períodos de tempo, aguardando a secagem ou cura da junta. A soldagem pode ser facilmente automatizada, fazendo juntas limpas e precisas; o local da solda é muito limpo e raramente requer qualquer retoque. O baixo impacto térmico nos materiais envolvidos permite que um maior número de materiais seja soldado.
