Incollaggio di metalli con saldatura ad ultrasuoni

La parola “saldatura” evoca un’immagine particolare: la fiamma esposta di una torcia e il metallo fuso rovente. Le parti metalliche vengono riscaldate allo stato liquido per unirle tra loro. Per i prodotti elettrici e di piccola scala, questo non è un metodo di collegamento praticabile. La saldatura ad ultrasuoni consente la formazione di un legame tra i metalli, senza richiedere che il metallo lasci lo stato solido.

Dave Krysiak, responsabile vendite nordamericano per la saldatura ad ultrasuoni dei metalli presso Sonics & Materials Inc., spiega che la saldatura ad ultrasuoni dei metalli utilizza l'attrito creato dalle vibrazioni ad alta frequenza per creare un legame senza richiedere che i metalli si fusi.

"La saldatura a ultrasuoni è un processo a stato solido che crea legami metallurgici attraverso l'attrito", afferma Krysiak.

Il vantaggio di creare legami senza sciogliere il materiale è che non vengono creati composti intermetallici o particolati, afferma Joe Stacy, responsabile vendite nazionale per la saldatura dei metalli a ultrasuoni presso Emerson Automation Solutions. Ciò elimina anche il rischio di corrosione.

La saldatura a ultrasuoni può essere utilizzata per unire un'ampia varietà di metalli non ferrosi morbidi e conduttivi che vanno dal rame, alluminio e nichel, al litio, ottone, argento e oro. A differenza della saldatura ad ultrasuoni della plastica, questo processo consente di incollare con successo materiali diversi. Questa capacità rende la saldatura dei metalli a ultrasuoni il processo di incollaggio ideale per applicazioni che coinvolgono dispositivi di accumulo di energia, cablaggi e assemblaggi, interruttori e interruttori elettrici, elettronica di consumo e telefoni cellulari e persino dispositivi medici impiantabili.

“Le batterie per veicoli elettrici sono un mercato molto caldo ora. La saldatura dei metalli a ultrasuoni è ampiamente utilizzata in questo mercato perché siamo in grado di incollare materiali molto sottili, fino a 5 micron di lamine, e abbiamo la capacità di incollare questi materiali fino a 100 strati, consentendo l'assemblaggio di [batterie] al litio ad alta potenza. e supercondensatori”, afferma Stacy.

Un'altra differenza tra la saldatura ad ultrasuoni di plastica e metallo è l'applicazione dell'ampiezza. Secondo Krysiak, nella saldatura ad ultrasuoni di plastica l'ampiezza viene applicata al componente superiore in direzione verticale, mentre per i materiali metallici l'ampiezza viene applicata a un componente di posa laterale in un movimento laterale.

Rispetto alla saldatura e alla crimpatura, la saldatura dei metalli a ultrasuoni non richiede materiali o materiali di consumo aggiunti per creare un legame. Il processo offre risultati ripetibili e un livello di controllo più elevato rispetto ad altre tecniche di incollaggio. Poiché nel processo ad ultrasuoni del metallo sono coinvolte molte variabili (ampiezza, frequenza, pressione e attrezzature), a volte è necessario del tempo per sviluppare parametri di saldatura e attrezzature ideali per le specifiche di una particolare applicazione.

Sebbene il processo sia altamente ripetibile e controllabile, la saldatura dei metalli a ultrasuoni richiede formazione e test per produrre risultati accurati. Se la tecnica non viene eseguita correttamente, i materiali e i fili incollati possono diventare fragili. La saldatura dei metalli a ultrasuoni richiede anche test approfonditi come test di trazione, pelatura e distruzione della resistenza, per ottenere legami accurati e ripetibili.

Il design dell'utensile stesso gioca un ruolo fondamentale nel successo dell'incollaggio.

"Spesso, la chiave del successo nelle applicazioni di saldatura dei metalli coinvolge la progettazione, i dettagli e l'implementazione degli strumenti di saldatura", osserva Stacy. "Il corno, la metà dell'attrezzatura che trasmette l'energia ultrasonica attraverso una delle parti alla zona di saldatura tra le parti, deve avere una combinazione adeguata di materiale di base, forma, struttura della superficie e motivi di zigrinatura per fornire in modo efficiente quell'energia."

Anche la scelta della saldatrice a ultrasuoni appropriata per l’attività è essenziale. Krysiak consiglia di lavorare a ritroso dall'applicazione per scegliere la frequenza giusta per i materiali e il prodotto. Aziende come Sonics ed Emerson offrono una gamma di saldatori e servizi per soddisfare le richieste del settore in continua evoluzione, inclusa l'integrazione dell'automazione. La saldatura ad ultrasuoni può essere utilizzata per incollare i metalli in una varietà di applicazioni.