La soldadura per ultrasons és una tècnica industrial per la qual les vibracions acústiques d’ultras freqüència d’alta freqüència s’apliquen localment a les peces que es mantenen juntes a pressió per crear una soldadura d’estat sòlid. S’utilitza habitualment per a plàstics i metalls, i especialment per a unir materials diferents. En soldadura ultrasònica. , no hi ha cargols, claus, materials de soldadura ni adhesius necessaris per unir els materials. Quan s’aplica als metalls, una característica notable d’aquest mètode és que la temperatura es manté molt per sota del punt de fusió dels materials implicats i s’evita així qualsevol indesitjament. propietats que puguin sorgir de l’exposició a alta temperatura dels materials.
Als anys seixanta es va completar l'aplicació pràctica de soldadura d'ultrasons per a plàstics rígids. En aquest moment només es podrien soldar plàstics durs. La patent del mètode ultrasònic per soldar peces termoplàstiques rígides va ser atorgada a Robert Soloff i Seymour Linsley el 1965. Soloff, el fundador de Sonics & Materials Inc., va ser un responsable de laboratori a Branson Instruments on es van soldar pel·lícules de plàstic prim en bosses i tubs. utilitzant sondes d’ultrasons. Va moure involuntàriament la sonda a prop d’un dispensador de cinta de plàstic i les meitats del dispensador soldades entre si. Es va adonar que la sonda no necessitava moure’s manualment per la part, sinó que l’energia ultrasònica podia viatjar pels plàstics rígids i els voltants i soldar tota una articulació. Va passar a desenvolupar la primera premsa d'ultrasons. La primera aplicació d’aquesta nova tecnologia va ser a la indústria del joguet.
El primer cotxe fabricat completament en plàstic es va muntar mitjançant soldadura ultrasònica el 1969. Tot i que els automòbils de plàstic no es van encaixar, les soldadures ultrasòniques sí. La indústria de l’automoció l’ha utilitzat regularment des dels anys vuitanta. Ara s’utilitza per a multitud d’aplicacions.
Per unir peces termoplàstiques modelades per injecció complexes , els equips de soldadura ultrasònics es poden personalitzar fàcilment per adaptar-se a les especificacions exactes de les peces que estan soldades. Les parts s’entrebanquen entre un niu de forma fixa ( enclusa ) i un sonotrode (banya) connectat a un transductor i s’emet una vibració acústica de baixa amplitud de ~ 20 kHz . (Nota: les freqüències habituals utilitzades en la soldadura per ultrasons de termoplàstics són 15 kHz, 20 kHz, 30 kHz, 35 kHz, 40 kHz i 70 kHz). En soldar plàstics, la interfície de les dues parts està especialment dissenyada per concentrar el procés de fusió. Un dels materials sol tenir un director energètic per punt o arrodonit, que entra en contacte amb la segona part de plàstic. L’energia ultrasònica fon el contacte del punt entre les parts, creant una articulació. Aquest procés és una bona alternativa automatitzada per a cola , cargols o dissenys ajustables. Normalment s'utilitza amb peces petites (per exemple, telèfons mòbils, electrònica de consum, eines mèdiques d'un sol ús, joguines, etc.), però es pot utilitzar en peces tan grans com en un petit equip d'instruments automobilístics. Els ultrasons també es poden utilitzar per soldar metalls, però normalment es limiten a petites soldadures de metalls prims i maleables, com ara alumini, coure, níquel. L'ultrasònica no s'utilitzarà per soldar el xassís d'un automòbil ni en soldar peces d'una bicicleta junts a causa dels nivells de potència necessaris.
La soldadura per ultrasons de termoplàstics provoca la fusió local del plàstic a causa de l’absorció d’energia vibracional al llarg de l’articulació a soldar. En els metalls, la soldadura es produeix a causa de la dispersió a alta pressió d'òxids superficials i del moviment local dels materials. Tot i que hi ha calefacció, no és suficient per fondre els materials bàsics.
La soldadura per ultrasons es pot utilitzar tant per a plàstics durs com suaus, com plàstics semicristalins i metalls. La comprensió de la soldadura per ultrasons ha augmentat amb la investigació i proves. La invenció d’equips més sofisticats i barats i una major demanda de components plàstics i electrònics ha comportat un coneixement creixent del procés fonamental. Tot i això, molts aspectes de la soldadura ultrasònica encara requereixen més estudi, com per exemple relacionar la qualitat de la soldadura amb els paràmetres de procés. La soldadura per ultrasons continua essent un camp de ràpid desenvolupament.
Científics de l'Institut de Ciència i Enginyeria de Materials (WKK) de la Universitat de Kaiserslautern, amb el suport de la German Research Foundation ( Deutsche Forschungsgemeinschaft ), han aconseguit demostrar que l'ús de processos de soldadura ultrasònics pot conduir a enllaços altament duradors entre metalls lleugers i carboni. de fulls de polímer (CFRP) reforçats amb fibra
Els avantatges de la soldadura per ultrasons són que és molt més ràpid que els adhesius o dissolvents convencionals. El temps d’assecat és molt ràpid, i les peces no necessiten romandre en un dispositiu durant llargs períodes de temps esperant que l’articulació s’assequi o es pugui curar. La soldadura es pot automatitzar fàcilment, fent juntes netes i precises; el lloc de la soldadura és molt net i rarament requereix cap treball de retoc. El baix impacte tèrmic sobre els materials implicats permet soldar un major nombre de materials.
