Unión de metales con soldadura ultrasónica

La palabra "soldadura" evoca una imagen particular: la llama expuesta de un soplete y metal fundido al rojo vivo. Las piezas metálicas se calientan hasta estado líquido para unirlas entre sí. Para productos eléctricos y de pequeña escala, este no es un método de unión viable. La soldadura ultrasónica permite que se forme una unión entre metales, sin necesidad de que el metal abandone el estado sólido.

Dave Krysiak, gerente de ventas de soldadura ultrasónica de metales en Norteamérica en Sonics & Materials Inc., explica que la soldadura ultrasónica de metales utiliza la fricción creada por vibraciones de alta frecuencia para crear una unión sin necesidad de que los metales se fundan.

"La soldadura ultrasónica es un proceso de estado sólido que crea uniones metalúrgicas mediante fricción", dice Krysiak.

El beneficio de crear uniones sin fundir el material es que no se crean compuestos intermetálicos ni partículas, afirma Joe Stacy, gerente nacional de ventas de soldadura ultrasónica de metales en Emerson Automation Solutions. Esto también elimina el riesgo de corrosión.

La soldadura ultrasónica se puede utilizar para unir una amplia variedad de metales no ferrosos conductores blandos, desde cobre, aluminio y níquel hasta litio, latón, plata y oro. A diferencia de la soldadura de plástico por ultrasonidos, este proceso permite unir con éxito materiales diferentes. Esta capacidad hace que la soldadura ultrasónica de metales sea el proceso de unión ideal para aplicaciones que involucran dispositivos de almacenamiento de energía, mazos y conjuntos de cables, disyuntores e interruptores eléctricos, electrónica de consumo y teléfonos celulares, e incluso dispositivos médicos implantables.

“Las baterías de vehículos eléctricos son un mercado muy popular en la actualidad. La soldadura de metales ultrasónica se usa ampliamente en este mercado porque podemos unir materiales muy delgados (láminas de hasta 5 micrones) y tenemos la capacidad de unir estos materiales en hasta 100 capas, lo que permite el ensamblaje de [baterías] de litio de alta potencia. y supercondensadores”, dice Stacy.

Otra diferencia entre la soldadura ultrasónica de plástico y metal es la aplicación de la amplitud. Según Krysiak, en la soldadura de plástico por ultrasonidos la amplitud se aplica al componente superior en dirección vertical, mientras que en materiales metálicos la amplitud se aplica a un componente de colocación lateral en un movimiento lateral.

En comparación con la soldadura y el engarzado, la soldadura ultrasónica de metales no requiere materiales ni consumibles adicionales para crear una unión. El proceso ofrece resultados repetibles y un mayor nivel de control que otras técnicas de unión. Debido a que hay muchas variables involucradas en el proceso metálico ultrasónico (amplitud, frecuencia, presión y herramientas), a veces se necesita tiempo para desarrollar parámetros de soldadura y herramientas que se adapten idealmente a las características específicas de una aplicación en particular.

Si bien el proceso es altamente repetible y controlable, la soldadura ultrasónica de metales requiere capacitación y pruebas para producir resultados precisos. Si la técnica no se realiza correctamente, los materiales y cables unidos pueden volverse quebradizos. La soldadura de metales por ultrasonidos también requiere pruebas exhaustivas, como pruebas de tracción, despegado y destrucción de resistencia, para lograr uniones precisas y repetibles.

El diseño de las herramientas en sí juega un papel integral en el éxito de la unión.

"A menudo, la clave del éxito en las aplicaciones de soldadura de metales implica el diseño, el detalle y la implementación de las herramientas de soldadura", señala Stacy. "La bocina, la mitad de la herramienta que transmite la energía ultrasónica a través de una de las piezas a la zona de soldadura entre las piezas, debe tener una combinación adecuada de material base, forma, textura de superficie y patrones de moleteado para entregar esa energía de manera eficiente".

También es fundamental elegir el soldador ultrasónico adecuado para la tarea. Krysiak recomienda trabajar hacia atrás desde la aplicación para elegir la frecuencia adecuada para los materiales y el producto. Empresas como Sonics y Emerson ofrecen una gama de soldadores y servicios para satisfacer las demandas industriales en constante cambio, incluida la integración de la automatización. La soldadura ultrasónica se puede utilizar para unir metales en una variedad de aplicaciones.

ZOË LEDUC, editora ASOCIADA