Sept. 26, 2014
Soldadura helicoidal por ultrasonidos: cuidadosa, pero potente
El método de soldadura helicoidal por ultrasonidos SONIQTWIST®, desarrollado por Telsonic AG en 2006, ha obtenido muy buenos resultados en poco tiempo como método de unión de los más diversos tipos de plástico y metal. La aplicación helicoidal de la energía en la zona de unión se realiza con sumo cuidado, y también es adecuada para piezas muy delicadas. Por otra parte, también se pueden aplicar grandes fuerzas en poco tiempo, lo que resulta importante, por ejemplo, para la unión de cables de aluminio o cobre. Incluso las piezas de plástico pintadas se pueden unir de forma segura, resistente y sin huellas visibles. ¿Cómo funciona este revolucionario método al que ya no quieren renunciar los fabricantes y proveedores de automóviles, como tampoco los trabajadores en el sector de la tecnología médica? La unión segura y resistente de dos piezas de plástico o metal es un proceso harto conocido que se puede realizar correctamente con métodos tradicionales como el método de soldadura longitudinal por ultrasonidos o el proceso ultrasónico de pegado. Sin embargo, allí donde estos métodos de unión han tocado techo, el método de soldadura helicoidal por ultrasonidos SONIQTWIST®, desarrollado en 2006 por la empresa suiza Telsonic AG, ha demostrado su idoneidad.
Proceso adecuado para múltiples tareas
El método helicoidal es adecuado para unir plásticos y metales como el cobre o el aluminio. También se obtienen excelentes resultados de rebordeado, remachado, corte o conformado, así como de calibración de medida y forma de superficies funcionales. La escasa carga de las piezas que se van a soldar protege los componentes electrónicos delicados. El nivel de vibración al que se somete la parte inferior de la pieza contraria solo comporta una décima parte aproximadamente en comparación con la técnica de soldadura por ultrasonidos convencional.
Además, no se produce el llamado "efecto membrana", de modo que también se pueden soldar membranas filtrantes y otras piezas finas como las láminas. Al soldar láminas apenas si se aprecia el efecto de entalladura ni la reducción del material. Esto lo convierte en un método especialmente interesente para la tecnología médica. Además, el método es resistente a los obstáculos del cordón de soldadura. El resultado no se ve afectado por agua, grasa, silicona, aceite ni otros medios similares. Esto permite obtener resultados excelentes al soldar herméticamente amortiguadores de aceite para muebles, sin que se salga el líquido.
Alta aplicación de energía en poco tiempo
Estrictamente hablando, SONIQTWIST® consiste en un método de soldadura por fricción de alta frecuencia, a medio camino entre la soldadura por vibraciones y la soldadura por ultrasonidos, en el que el sonotrodo realiza alternativamente movimientos helicoidales alrededor de su eje longitudinal hacia uno y otro lado. Para ello, se aplica una gran cantidad de energía sobre el límite que separa las dos piezas, con una frecuencia de 20 kHz y una amplitud de hasta 80 µm, todo ello en muy poco tiempo —entre 0,1 y 0,4 segundos—. La fricción ejercida sobre la superficie límite permite unir ambas piezas entre sí de forma segura y resistente.
La estructura de las prensas helicoidales es similar a la de las prensas empleadas en los métodos de soldadura por ultrasonidos tradicionales, es decir, están formadas por generador, convertidor y sonotrodo. No obstante, en comparación con los sistemas tradicionales, el sonotrodo ya no oscila en sentido longitudinal, sino en sentido helicoidal, por lo que la carga de las piezas se reduce considerablemente. Asimismo, el sonotrodo puede transmitir ultrasonidos de hasta 10 kW de potencia. Esto permite alcanzar resistencias que apenas eran posibles con el método tradicional de soldadura por ultrasonidos, incluso en materiales difíciles. Dependiendo del componente y del perfil requerido, se puede obtener fácilmente una resistencia a la tracción de 500 Newton o más. También se pueden crear uniones soldadas seguras a lo largo de varios centímetros en el campo acústico lejano. El principio de funcionamiento es básicamente el mismo. En el método helicoidal, las oscilaciones eléctricas producidas por un generador se transforman en oscilaciones mecánicas en un transformador PZT a través del efecto piezoeléctrico. La transformación del sentido lineal al sentido helicoidal de las oscilaciones generadas se realiza mediante la disposición especial de los componentes acústicos en el cabezal oscilante de SONIQTWIST®.
Gran aplicación de energía en poco tiempo
Un generador emite una frecuencia de 20 kHz, y en un sonotrodo se pueden instalar hasta cuatro convertidores. Disponemos de una potencia máxima de 10 kW, requerida principalmente en uniones de soldadura de metal. Gracias a la alta frecuencia, se puede aplicar una gran cantidad de energía en muy poco tiempo (generalmente, 0,3-0,4 s). Tras desconectarse el ultrasonido, el sonotrodo vuelve rápidamente a su posición inicial; las piezas no se desplazan.
Este método no requiere alimentación externa de calor. El sonotrodo entra en contacto con la pieza superior de las dos que se vayan a soldar. Junto con la presión de soldadura entre las piezas de unión, este movimiento genera una fricción en la superficie límite y una fricción molecular, que alcanzan temperaturas superiores al punto de fusión en la zona de la junta de estanqueidad, de modo que plastifican el plástico, valga la redundancia, o bien unen las piezas de metal a nivel molecular. El proceso puede controlarse de forma segura y ejecutarse repetidamente con la máxima precisión. El conocido control de procesos se puede aplicar en toda su extensión. Todos los parámetros, como frecuencia, duración de soldadura y consumo de energía, se pueden ajustar y controlar en todo momento. Además, el software de control ofrece múltiples posibilidades para el control de procesos en función de distintos parámetros, como el consumo de energía, la profundidad de soldadura o la duración del proceso. Dependiendo de la amplitud y de la presión de prensado, la velocidad de proceso es mucho más alta que en la soldadura por fricción.
Ejemplos de la industria automovilística y la tecnología médica
Al colocar soportes de plástico para sensores de distancia en el interior de parachoques lacados, los métodos de unión tradicionales solo proporcionan resultados satisfactorios tras grandes esfuerzos. Siempre han dejado mucho que desear en cuanto al grado de resistencia. Además de la resistencia, también es muy importante que en las piezas exteriores ya lacadas no se aprecien huellas de ningún tipo. Los criterios a este respecto son muy estrictos y se comprueban con una luz especial completamente fiable. Puesto que SONIQTWIST® se las arregla sin director de energía y, por tanto, sin que el sonotrodo penetre en el parachoques, el peligro de marcas durante el proceso queda descartado.
El método de soldadura helicoidal por ultrasonidos no requiere piezas auxiliares adicionales. Con SONIQTWIST®, los usuarios pueden renunciar a las piezas funcionales inyectadas ("orejas" o "alas") en los soportes. En comparación con el método de pegado, en el que las superficies deber estar totalmente libres de grasa y disponer de una capa de imprimación, el esfuerzo requerido es mucho menor.
Membranas para cámaras de goteo sin efecto membrana
Para fabricar cámaras de goteo para infusiones en el ámbito médico, se suelda en la cámara un filtro fino hecho con una membrana hidrófila.
El proceso de soldadura se encarga de realizar uniones altamente resistentes, que soportan sin esfuerzo las cargas térmicas que se producen durante la esterilización. SONIQTWIST® permite unir de forma segura los más distintos plásticos, también los que son el resultado de mezclas. En pequeñas piezas de polipropileno con solo ocho milímetros de diámetro, este nuevo método ha demostrado su idoneidad a través de su alta seguridad de proceso y de unos ciclos muy breves.
Funcionamiento en línea y seguridad de procesos
Las prensas helicoidales SONIQTWIST® son flexibles y aptas para el funcionamiento en línea, y se pueden montar prácticamente en cualquier sitio. Gracias a la estructura especial de las distintas unidades, los procesos de reequipamiento resultan rápidos y sencillos. Con el software de control de procesos, también se ha resuelto la cuestión de las comprobaciones no destructivas. Si antes solo era posible realizar pruebas al azar, ahora se pueden realizar controles al 100 %. También es posible instalar un sistema de automatización con dispositivos de manejo convencionales sin realizar grandes inversiones.
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Proceso adecuado para múltiples tareas
El método helicoidal es adecuado para unir plásticos y metales como el cobre o el aluminio. También se obtienen excelentes resultados de rebordeado, remachado, corte o conformado, así como de calibración de medida y forma de superficies funcionales. La escasa carga de las piezas que se van a soldar protege los componentes electrónicos delicados. El nivel de vibración al que se somete la parte inferior de la pieza contraria solo comporta una décima parte aproximadamente en comparación con la técnica de soldadura por ultrasonidos convencional.
Además, no se produce el llamado "efecto membrana", de modo que también se pueden soldar membranas filtrantes y otras piezas finas como las láminas. Al soldar láminas apenas si se aprecia el efecto de entalladura ni la reducción del material. Esto lo convierte en un método especialmente interesente para la tecnología médica. Además, el método es resistente a los obstáculos del cordón de soldadura. El resultado no se ve afectado por agua, grasa, silicona, aceite ni otros medios similares. Esto permite obtener resultados excelentes al soldar herméticamente amortiguadores de aceite para muebles, sin que se salga el líquido.
Alta aplicación de energía en poco tiempo
Estrictamente hablando, SONIQTWIST® consiste en un método de soldadura por fricción de alta frecuencia, a medio camino entre la soldadura por vibraciones y la soldadura por ultrasonidos, en el que el sonotrodo realiza alternativamente movimientos helicoidales alrededor de su eje longitudinal hacia uno y otro lado. Para ello, se aplica una gran cantidad de energía sobre el límite que separa las dos piezas, con una frecuencia de 20 kHz y una amplitud de hasta 80 µm, todo ello en muy poco tiempo —entre 0,1 y 0,4 segundos—. La fricción ejercida sobre la superficie límite permite unir ambas piezas entre sí de forma segura y resistente.
La estructura de las prensas helicoidales es similar a la de las prensas empleadas en los métodos de soldadura por ultrasonidos tradicionales, es decir, están formadas por generador, convertidor y sonotrodo. No obstante, en comparación con los sistemas tradicionales, el sonotrodo ya no oscila en sentido longitudinal, sino en sentido helicoidal, por lo que la carga de las piezas se reduce considerablemente. Asimismo, el sonotrodo puede transmitir ultrasonidos de hasta 10 kW de potencia. Esto permite alcanzar resistencias que apenas eran posibles con el método tradicional de soldadura por ultrasonidos, incluso en materiales difíciles. Dependiendo del componente y del perfil requerido, se puede obtener fácilmente una resistencia a la tracción de 500 Newton o más. También se pueden crear uniones soldadas seguras a lo largo de varios centímetros en el campo acústico lejano. El principio de funcionamiento es básicamente el mismo. En el método helicoidal, las oscilaciones eléctricas producidas por un generador se transforman en oscilaciones mecánicas en un transformador PZT a través del efecto piezoeléctrico. La transformación del sentido lineal al sentido helicoidal de las oscilaciones generadas se realiza mediante la disposición especial de los componentes acústicos en el cabezal oscilante de SONIQTWIST®.
Gran aplicación de energía en poco tiempo
Un generador emite una frecuencia de 20 kHz, y en un sonotrodo se pueden instalar hasta cuatro convertidores. Disponemos de una potencia máxima de 10 kW, requerida principalmente en uniones de soldadura de metal. Gracias a la alta frecuencia, se puede aplicar una gran cantidad de energía en muy poco tiempo (generalmente, 0,3-0,4 s). Tras desconectarse el ultrasonido, el sonotrodo vuelve rápidamente a su posición inicial; las piezas no se desplazan.
Este método no requiere alimentación externa de calor. El sonotrodo entra en contacto con la pieza superior de las dos que se vayan a soldar. Junto con la presión de soldadura entre las piezas de unión, este movimiento genera una fricción en la superficie límite y una fricción molecular, que alcanzan temperaturas superiores al punto de fusión en la zona de la junta de estanqueidad, de modo que plastifican el plástico, valga la redundancia, o bien unen las piezas de metal a nivel molecular. El proceso puede controlarse de forma segura y ejecutarse repetidamente con la máxima precisión. El conocido control de procesos se puede aplicar en toda su extensión. Todos los parámetros, como frecuencia, duración de soldadura y consumo de energía, se pueden ajustar y controlar en todo momento. Además, el software de control ofrece múltiples posibilidades para el control de procesos en función de distintos parámetros, como el consumo de energía, la profundidad de soldadura o la duración del proceso. Dependiendo de la amplitud y de la presión de prensado, la velocidad de proceso es mucho más alta que en la soldadura por fricción.
Ejemplos de la industria automovilística y la tecnología médica
Al colocar soportes de plástico para sensores de distancia en el interior de parachoques lacados, los métodos de unión tradicionales solo proporcionan resultados satisfactorios tras grandes esfuerzos. Siempre han dejado mucho que desear en cuanto al grado de resistencia. Además de la resistencia, también es muy importante que en las piezas exteriores ya lacadas no se aprecien huellas de ningún tipo. Los criterios a este respecto son muy estrictos y se comprueban con una luz especial completamente fiable. Puesto que SONIQTWIST® se las arregla sin director de energía y, por tanto, sin que el sonotrodo penetre en el parachoques, el peligro de marcas durante el proceso queda descartado.
El método de soldadura helicoidal por ultrasonidos no requiere piezas auxiliares adicionales. Con SONIQTWIST®, los usuarios pueden renunciar a las piezas funcionales inyectadas ("orejas" o "alas") en los soportes. En comparación con el método de pegado, en el que las superficies deber estar totalmente libres de grasa y disponer de una capa de imprimación, el esfuerzo requerido es mucho menor.
Membranas para cámaras de goteo sin efecto membrana
Para fabricar cámaras de goteo para infusiones en el ámbito médico, se suelda en la cámara un filtro fino hecho con una membrana hidrófila.
El proceso de soldadura se encarga de realizar uniones altamente resistentes, que soportan sin esfuerzo las cargas térmicas que se producen durante la esterilización. SONIQTWIST® permite unir de forma segura los más distintos plásticos, también los que son el resultado de mezclas. En pequeñas piezas de polipropileno con solo ocho milímetros de diámetro, este nuevo método ha demostrado su idoneidad a través de su alta seguridad de proceso y de unos ciclos muy breves.
Funcionamiento en línea y seguridad de procesos
Las prensas helicoidales SONIQTWIST® son flexibles y aptas para el funcionamiento en línea, y se pueden montar prácticamente en cualquier sitio. Gracias a la estructura especial de las distintas unidades, los procesos de reequipamiento resultan rápidos y sencillos. Con el software de control de procesos, también se ha resuelto la cuestión de las comprobaciones no destructivas. Si antes solo era posible realizar pruebas al azar, ahora se pueden realizar controles al 100 %. También es posible instalar un sistema de automatización con dispositivos de manejo convencionales sin realizar grandes inversiones.