Soldagem por Ultrasom - Processo e Aplicações

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Soldagem por Ultrasom
Ultrasonic Welding - USW
Soldagem por Ultra-som
• Processo de soldagem que une peças por meio de 
vibrações mecânicas na faixa ultra-sônica, 
associadas a aplicação de pressão.
• No caso de metais a soldagem acontece no estado 
sólido, sem fusão.
• Em termoplásticos existe a fusão dos materiais.
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Soldagem por Ultra-som
Aplicações - Metal
• Contatos de semicondutores resistentes a 
temperatura, como fios de alumínio ou ouro com 
silício;
• Ligações entre semicondutores e transistores
• Conexões elétricas
• Soldagem de metais diferentes, como alumínio-cobre, 
níquel-berílio
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Aplicações - Termoplásticos
• Componentes para a indústria de alimentos, 
de eletrodomésticos, cosmética e eletrônica.
• Automobilística e Autopeças, painéis e para-
choques
• Componentes de telefone, microcomputadores
• Costura de produtos sintéticos.
Vantagens
• Chapas pintadas ou oxidadas, sem preparação prévia
• Sem deformação, fragilização e formação de 
compostos intermetálicos de alta resistência nas 
juntas de metais diferentes
• Automação
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Vantagens
Termoplásticos:
• Ritmo da produção – 2000 peças/hora
• Soldagens limpas, baixo custo de mão de 
obra
• Durabilidade
• Segurança do operador
• Substituição de fixações mecânicas, porcas 
e parafusos
• Design
Desvantagens
• Presença de desmoldantes, impede ação do atrito relativo;
• Diminuição da rigidez dos materiais, que torna as peças 
mais absorventes e dificulta a soldagem
• Aumento do tempo de soldagem devido ao óxido de titânio
• Diminuição da soldabilidade provocada pelos efeitos de 
oxidação e umidade.
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Processo
• Gerador de Energia elétrica de alta freqüência que 
alimenta transdutores piezelétricos, que transformam a 
energia elétrica em oscilações mecânicas ou vibrações, 
que são transmitidas à peça por meio de um sonotrodo.
• As vibrações e a força de compressão aplicadas à peca 
provocam um campo de tensões, surgindo assim a 
deformação elastoplástica.
Vibrações ou Oscilações
• As vibrações mecânicas só se propagam através de um 
meio material, nunca no vazio. Estas vibrações 
transmitem-se por excitação das moléculas, que 
oscilam ao redor de sua posição de repouso.
• Um ponto em oscilação, partindo de uma posição 
extrema e voltando a esta posição completa um ciclo e 
tem uma amplitude (A) determinada.
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Vibrações ou Oscilações
• O número de ciclos efetuados por unidade de tempo, ou 
freqüência de oscilações, é uma característica essencial das 
vibrações.
• A amplitude é dada pelo máximo afastamento do ponto em 
relação a sua posição de equilíbrio.
• O conjunto de vibrações locais e sua propagação formam 
uma onda de vibrações através dos materiais a uma 
velocidade constante. Esta velocidade depende da natureza 
do material e do tipo de onda. 
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Sonotrodo
• É constituído por uma barra metálica, na qual se ativam 
as vibrações ultra-sonoras, no sentido de seu eixo.
• Transmite oscilações tangenciais de alta freqüência para 
a peça. Se a força de pressão e a amplitude dos 
movimentos relativos entre as superfícies a soldar forem 
suficientemente fortes, ocorre a fluidificação.
• Os filmes de sujeira, água e óxido são rompidos; as 
superfícies aquecidas e aplainadas se aproximam e 
forças de ligação de superfície entram em ação.
Sonotrodo
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Geração dos ultra-sons
• Materiais – propriedades elásticas
• Se parte de corpo é forçada além da sua 
posição natural, a reação do corpo tende a 
trazer esta parte de volta para o seu lugar.
• Este movimento é chamado de oscilatório.
• Cada corpo tem uma freqüência própria de 
vibração. A produção dos ultra-sons utiliza 
essa capacidade de vibração que os corpos 
apresentam.
Soldagem de Metais
• As vibrações criam tensões de cisalhamento no material, 
causando:
- Deformação elástica, abaixo do limite de elasticidade
- Deformação Plástica, acima do limite, ocorre um 
escorregamento superficial, facilitando o aumento da área 
em contato e produzindo a soldagem.
• Soldagem a frio, no estado sólido, sem fusão.
• Metais: Aços, alumínio, cobre,ouro,magnésio, molibdênio, 
níquel, paládio, platina, prata,tântalo, estanho, titânio, 
tungstênio, zircônio, nióbio.
• Chapas finas, folhas e fios, de espessura de 0,003 até 
2mm.
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Soldagem de Termoplásticos
• Substituição de colas e adesivos, que causam ataque 
químico ao plástico.
• Rapidez
• Plásticos: ABS, Acrílico, náilon, policarbonato, poliéster, 
polipropileno, poliestireno e PVC.
• Soldagem próxima: maus condutores de energia ultra-
sonora, por exemplo, náilon e acetatos
• Soldagem Afastada: elevada elasticidade, por exemplo, 
ABS e poliestirenos.
Tipos de Soldagem
• Por pontos: produção de pontos de soldagem 
nas chapas pressionadas uma contra a outra.
• Anelar: formas circulares; mas também admite 
outras geometrias.
• Linear: semelhante à por pontos, com um 
suporte e de um eletrodo com extremidade 
linear.
• Contínua: é utilizado um sonotrodo rotativo e 
suporte rotativo, as peças são sobrepostas.
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Parâmetros 
• Pressão Aplicada
• Tempo de soldagem
• Amplitude da onda
• Ponto de fusão a ser empregado, geometria e 
dimensões da peça.
Equipamento
• Sistema de deslocamento do cabeçote de 
soldagem, que permite a aplicação de 
pressão sobre as peças a soldar;
• Gerador de corrente que fornece energia 
de alta freqüência para fazer vibrar o 
sonotrodo;
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Equipamento
• Conjunto formado por:
• Transdutor: energia elétrica em energia 
vibratória 
• Amplificador: aumento das vibrações, 
geralmente feito de titânio ou duralumínio 
• Sonotrodo: transmite a energia mecânica 
para as peças de trabalho. 
Equipamento