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Adhesión a materiales no adheribles: Un nuevo futuro creado por ondas ultrasónicas - Soldadura ultrasónica -

Ultrasonidos dan la vuelta al conocimiento convencional. Soldadura incluso sobre vidrio o cerámica

La soldadura convencional básicamente consiste en la unión de la soldadura (estaño) con un sustrato metálico. El soldeo ultrasónico es una técnica avanzada que permite a la soldadura unirse con el vidrio o con los materiales no metálicos. Como las fuentes de energía renovable están logrando un uso generalizado en todo el mundo, cada vez se fijan más electrodos a los paneles fotovoltaicos. En esta aplicación se ha utilizado la soldadura por ultrasonidos Esta sección explica los principios de la soldadura por ultrasonidos que hoy en día están ganando cada vez más atención.

Una soldadura ultrasónica utiliza dos principios distintos

Los registros indican que la soldadura ultrasónica se desarrolló originalmente en 1961. Permite soldar los materiales que en principio eran imposibles de soldar tales como el aluminio o el acero inoxidable, así como soldar en superficies no metálicas y no soldables tales como el vidrio, la cerámica y el alumite. Sin embargo los principios de unión son muy diferentes para cada uno de estos materiales

El aluminio y el acero inoxidable cuentan con una gruesa película de óxido. Incluso hoy en día se utiliza fundente ácido y fuerte a fin de eliminar la película de óxido y poder realizar una soldadura especial sobre aluminio y otros materiales. Sin embargo, las regulaciones medioambientales han inducido a la tendencia de evitar el uso de materiales halógenos altamente contaminantes. Por un lado, el vidrio y el aluminio son materiales oxidados de por sí, por lo tanto, los principios de la soldadura convencional no son aplicables.

Onda ultrasónica: El fenómeno de la cavitación "el poder de 1/50 000 seg."

Cuando se aplican vibraciones de ondas utrasónicas a un líquido, se producen pequeñas cavidades en forma de burbuja debido a las diferencias de presión del flujo. Este fenómeno se llama cavitación. Las cavidades se colapsan por la presión atmosférica. Se genera una gran cantidad de energía durante esa fracción de 1/50 000 segundos. La soldadura ultrasónica utiliza la energía de cavitación para permitir la eliminación de la piel de óxido. Esto es porque se aprovecha de este mecanismo que no necesita fundente en el proceso de soldadura.

- Exfoliación de las implosiones de cavitación (sobre metal) -

En el sistema de soldadura ultrasónica, la soldadura se realiza con una punta de soldadura calentada que a la vez emite vibraciones ultrasónicas. Las ondas ultrasónicas generadas desde el oscilador se transfieren a la punta de soldadura a través de un sonotrodo, produciendo burbujas de cavitación en la interfaz entre el sustrato y la soldadura líquida. La energía implosiva de cavitación cambia la superficie oxidada y elimina la suciedad y la capa de óxido. Al mismo tiempo, se forma una capa de aleación mediante la acción de fusión y difusión.

SoldaduraAluminioAlloy layer

Soldadura en una plancha de aluminio (SEM: x6000)

SoldaduraAluminioAlloy layer

Plancha soldadura-aluminio (EDX)

- Acción de unión mediante oxígeno (no metálico) -

El vidrio y la cerámica en sí son óxidos y no se pueden unir utilizando los mecanismos tradicionales de soldadura. El oxígeno se incorpora mientras la energía del calor se emite simultáneamente en el instante en que las burbujas de cavitación colapsan. Se ha sugerido que los elementos metálicos de la soldadura fundida, dado su fuerte afinidad al oxígeno, usan esa energía y el oxígeno incorporado como el medio a través del cual se forma el enlace compartido en la superficie del vidrio o un material similar. (*1) La soldadura, fundida como resultado de las vibraciones ultrasónicas, está suficientemente agitada para que la soldadura en la superficie de unión sea capaz de incorporar inmediatamente oxígeno y así permitir la formación de un enlace compartido más fuerte. Las propiedades geométricas, químicas y la fuerza de unión resultantes no son inferiores a la soldadura convencional.

(Referencia: "Una técnica de soldadura para la unión directa de metal con vidrio", Laboratorios de investigación Asahi Glass, 1976 )

GlassSoldadura

Soldadura sobre una placa de vidrio
(SEM: 10 000x)

- Expandiendo los campos de aplicación de los ultrasonidos -

Comenzando con la unión de electrodos al vidrio de los paneles solares, hay muchos campos diferentes en los que se usa la soldadura ultrasónica. Los MCU (microcontroladores) que forman el "cerebro" de un automóvil están completamente recubiertos de aluminio para bloquear el ruido externo. La soldadura ultrasónica se utiliza para soldar el aluminio. En los últimos años se ha visto incrementado el uso de bobinas de alambre de aluminio reemplazando al alambre de cobre en bobinas de motor y transmisiones para reducir peso. La soldadura ultrasónica cuenta con un mecanismo que la diferencia de la soldadura por punta y por láser. Sus aplicaciones aumentan día a día permitiendo realizar trabajos que en el pasado eran imposibles.

"Características especiales"

  • 1. Método de unión que hace uso del fenómeno de la cavitación.
  • 2. Posibilidad de eliminar potentes capas de óxido sin fundente
  • 3. Posibilidad de soldadura metálica mediante unión por oxígeno
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