Configuration pour soudage par ultrasons (avec schéma)
Après avoir lu cet article, vous apprendrez la configuration du soudage par ultrasons à l'aide d'un diagramme.
Dans le soudage par ultrasons, inventé en 1938, une pointe métallique vibrant à une fréquence ultrasonore (c'est-à-dire les vibrations qui produisent un son au-delà de la plage de l'ouïe humaine) est conçue pour relier une pièce mince à une pièce plus épaisse supportée par une enclume. La fréquence utilisée est principalement autour de 20 KHz, bien que des fréquences plus élevées allant jusqu'à 60 KHz auraient été utilisées. Plus la fréquence de vibration est élevée, plus le taux de transmission de l'énergie est élevé.
Le matériel de soudage par ultrasons comprend deux parties principales: une source d’alimentation et un transducteur. La source d’alimentation convertit l’alimentation secteur 50 Hz en une alimentation électrique haute fréquence convertie par le transducteur en flux magnétique, puis en un mouvement cinétique amplifié par un transformateur de vitesse. Le schéma de principe de l'installation est présenté à la Fig. 2.36.
Les transducteurs de soudage par ultrasons sont de deux types: cristaux piézo-électriques et magnétostrictifs, ces derniers étant constitués de lamelles de nickel ou d'alliage de nickel qui se dilatent et se contractent au rythme des vibrations de l'amplificateur dues à la déformation du nickel lors du chauffage.
Le transducteur et le transformateur de vitesse en forme de corne forment une unité appelée sonotrode. La pointe du transformateur de vitesse utilisé pour le soudage est en acier rapide (acier contenant de 14 à 22% de tungstène et 4% de chrome) ou en alliage Nimonic et présente un contour sphérique de 75 mm de rayon. Ces pointes sont brasées ou soudées au cornet.
Le transformateur de vitesse est fabriqué à partir de métal à haute résistance et faible résistance, comme le titane, et est conçu pour atteindre la fréquence souhaitée en fonction de la relation f = λE, où / est la fréquence de vibration, λ la longueur d'onde et E le module d'élasticité du cornet Matériel. Comme la pointe de soudage doit être un antinode, la longueur du cornet doit être multiple de λ / 2 et tout support doit être situé à des points nodaux situés à λ 4. Un vibrateur ne peut donc fonctionner qu'à une fréquence définie.
Le travail à souder est placé sous la pointe de la sonotrode dans la formation de joint à recouvrement et est soutenu sur une enclume. La force est appliquée sur la pointe de la sonotrode à l’aide d’un dispositif pneumatique, hydraulique ou à ressort. Cette configuration peut être utilisée pour les soudures ponctuelles et frauduleuses. Pour effectuer une soudure par ultrasons de type annulaire ou annulaire, la force est appliquée de manière tangentielle sur une pointe cylindrique pour donner une vibration de torsion à la pointe de soudage.
En raison des vibrations ultrasoniques, la couche d’oxyde recouvrant le métal est cassée et un contact métal contre métal est obtenu. La température à l'interface s'élève entre 35 et 50% de la température de fusion absolue du métal et permet ainsi d'obtenir une soudure à l'état solide.
La résistance de la soudure est comprise entre 65 et 100% de la résistance du métal de base. Le processus est rapide et des soudures frauduleuses ayant une vitesse de 10 m / min ont été rapportées. L'énergie nécessaire (E) pour l'unité de soudage par ultrasons dépend de l'épaisseur (t) et de la dureté (h) du matériau à souder et peut être calculée à partir de la relation suivante.
E = Kt 3/2 h 3/2
Avec une puissance adéquate, une soudure par points peut être réalisée en moins d’une seconde, mais l’épaisseur maximale de la pièce la plus fine ne doit pas dépasser 3 mm.
Le soudage par ultrasons peut être utilisé pour souder des pièces minces à épaisses ainsi que pour souder des combinaisons de métaux différents comme l’aluminium sur acier, l’aluminium sur tungstène, l’aluminium sur le molybdène, le nickel sur le laiton, etc. Les principaux utilisateurs du procédé sont les semi-conducteurs, -circuit, et industries de contact électrique. Il est également utilisé par les industries automobile et aérospatiale.
Les applications typiques du processus incluent la fabrication de petites armatures de moteur, des connexions de fils en aluminium et en or aux transistors et aux diodes, des portes d'accès pour hélicoptères, des joints métalliques dissemblables dans les capteurs solaires. Cependant, l’unique application de ce procédé est le soudage de conteneurs d’explosifs tels que la nitroglycérine, les pièces pyrotechniques et les produits chimiques réactifs.
