Fundamentos de Ultrasonido
Ultrasonido es definido como el rango de oscilaciones en frecuencia entre 16 kHz y 1 GHz que no puede ser escuchado por el humano. Utilizado en el soldado por Ultrasonido, un generador por Ultrasonido produce una alta frecuencia de la linea de voltaje. Los sistemas de Herrmann operan en 20 kHz y 35 kHz. El generador es conectado a un stack en resonancia compuesta por un convertertidor, intensficador y sonotrodo. La señal de altra frecuencia, producida en el generador se transmite hacia dentro del convertidor. Dentro del Convertertidor, "piezo" cristales se expanden y contraen mecánicamente a razón de la oscilación eléctrica, convirtiendo la excitación eléctrica en vibración mecánica al mismo rango de frecuencia. Esta vibración mecánica es transferida a través del intensificador hasta llegar al sonotrodo. Las oscilaciones mecánicas del sonotrodo se transfieren bajo una fuerza dentro de la pieza plástica. Fricción por calor se desarrolla en la parte plástica, creando una fricción intermolecular y de frontera a lo largo del área de unión. La fricción absorbida da como resultado que la temperatura se incremente, lo cual derritirá el plástico en el área de unión.
El Proceso de Ultrasonido
Durante el proceso de soldado por ultrasonido, las oscilaciones mecánicas del sonotrodo son transferidas bajo una fuerza dentro de la pieza plástica. Fricción por calor se desarrolla en la parte plástica, creando fricciónes intermoleculares y de frontera a lo largo del area de unión. La fricción absorbida resulta en un incremento de calor, que derrite el plástico en el área de unión. Esto genera una unión molecular fuerte en el area de soldado. El proceso de soldado por ultrasonido es un método rápido, repetible y altamente económico para la unión de materiales termoplásticos. Este, genera un verdadera unión molecular de alta fuerza ó escala hermética en el área de soldado.
Principios del Diseño de Unión
El "Diseño de Unión" es una característica de diseño de las partes plásticas mismas, el cual es desarrollado en parte para mejorar completamente el proceso de soldado por ultrasonido. El diseño de unión también llamado "director de energía" (ERG) debe ser diseñado dentro de la parte alreadedor del área que va a ser soldada ultrasónicamente. El derretimiento rápido y concentrado del material plástico es logrado con la integración de la geometría de contorno específica dentro del area de unión de la parte plástica, el sonotrodo ó la mordaza. El director de energía (ERG) define las áreas de contacto y direcciona la energía para acelerar el proceso de soldado por ultrasonido. La reducción de la energía requerida para el soldado por ultrasonido reducirá el estrés térmico hacia la parte así como cualquier potencial de daño por fátiga al la parte plástica.
El carecer de un director de energía incrementará el tiempo de soldado y producirá un área de soldado inconsistente con poca calidad. Además, esto puede inducir daño térmico a la parte.
El gráfico muestra directrices para la forma y dimensiones de los directores de energía basados en el material y el tamaño de la parte. Las características térmicas diferentes del material requieren un dimensionamiento específico del director de energía. El gráfico también muestra la progresión del módulo de esquilado hacia el factor de pérdida mecánica con materiales termoplásticos amorfos y cristalinos.
