Qu’est-ce qu’une soudeuse de métaux par ultrasons ?
Une soudeuse de métaux par ultrasons est une machine qui permet d’assembler des métaux en utilisant les vibrations de l’air créées par la génération d’ondes ultrasoniques.
Normalement, lors de l’assemblage de métaux, la chaleur est utilisée pour les faire fondre ensemble, mais les soudeuses de métaux par ultrasons n’utilisent pas de chaleur. Les ondes ultrasoniques font vibrer les atomes métalliques, ce qui permet d’assembler des métaux ayant des points de fusion différents.
L’inconvénient est que la résistance de l’assemblage est faible car le métal n’est pas fondu une seule fois et assemblé complètement, comme c’est le cas avec la chaleur. Il convient donc d’être prudent lorsqu’une importante résistance est requise.
De plus, l’assemblage des métaux peut être classé en trois catégories. Plus précisément, il existe trois types d’assemblage : le soudage par fusion, où le joint est chauffé et fondu ; le soudage en phase solide, où une pression mécanique est appliquée pour provoquer une déformation plastique du joint ; et le brasage, où un matériau de soudure à faible point de fusion est appliqué au joint. L’assemblage des métaux par ultrasons est classé dans la catégorie des assemblages en phase solide.
Utilisations des soudeuses de métaux par ultrasons
Les soudeuses de métaux par ultrasons sont utilisées pour assembler des éléments qui ne doivent pas être affectés par leur environnement, comme le laminage d’électrodes de batteries ou l’assemblage de bornes de connecteurs à des fils de cuivre. Comme elles ne font pas fondre le métal par la chaleur, le matériau lui-même n’est pas soumis à une chaleur intense.
Par conséquent, la chaleur a peu d’effet sur les parties non assemblées. Cependant, la force de connexion n’est pas élevée, et ces machines ne conviennent donc pas pour les grandes pièces mobiles.
Principe des soudeuses de métaux par ultrasons
Lorsque le métal est exposé à l’air, un film d’oxyde se forme à la surface et des substances étrangères y adhèrent. Lorsque ces substances sont présentes, l’assemblage n’est pas possible à moins que la surface de liaison ne soit fondue une fois.
Toutefois, lorsque des vibrations ultrasoniques sont appliquées parallèlement à la surface de collage et qu’une pression est exercée verticalement sur le métal, les vibrations ultrasoniques provoquent le frottement des métaux l’un contre l’autre, décollant le film d’oxyde et les adhésions et exposant fermement la surface du métal. La force interatomique permet ici de lier les atomes entre eux sans faire fondre le métal.
Une fois le métal fondu, si la surface du métal est mince, la forme elle-même peut se déformer ou se rétracter. Toutefois, dans le cas de l’assemblage métallique par ultrasons, seule une petite couche de la surface d’assemblage est soumise à la force, de sorte que sa forme n’est pas significativement perturbée.
De plus, comme seule l’énergie ultrasonique est utilisée, aucun gaz n’est consommé. La consommation d’énergie électrique est également fortement réduite, ce qui en fait une méthode d’assemblage respectueuse de l’environnement.
Structure des soudeuses de métaux par ultrasons
Les soudeuses de métaux par ultrasons se composent d’un oscillateur, d’une unité de vibration et d’un cornet à ultrasons.
1. L’oscillateur
L’oscillateur fournit de l’énergie à haute fréquence et contrôle la fréquence. Comme la fréquence varie avec chaque cornet à ultrasons utilisé et dépend des conditions de température et de pression pendant le fonctionnement, la machine est équipée d’un circuit de suivi de fréquence pour ajuster la fréquence au niveau optimal.
2. La section de vibration
La section de vibration se compose d’un transducteur et d’un pavillon fixe, qui amplifie l’amplitude de la fréquence envoyée par l’oscillateur à travers le transducteur et transmise au pavillon fixe.
3. La corne ultrasonique
La corne ultrasonique est soumise à la vibration et à la pression causées par les ondes ultrasoniques envoyées par la section vibrante, ce qui génère une chaleur de friction instantanée sur les surfaces d’assemblage des pièces. Le tout provoque la fusion des surfaces de contact des pièces et leur liaison molécule par molécule. Lorsque la vibration ultrasonique s’arrête, la pièce en fusion se refroidit et se solidifie rapidement.
Si la pression est appliquée de manière continue pendant le refroidissement, les surfaces de liaison se solidifient dans un état plus dense et une liaison plus forte peut être obtenue.
Caractéristiques des soudeuses de métaux par ultrasons
Les soudeuses de métaux par ultrasons sont plus sûres, plus rapides et plus précises que les autres méthodes d’assemblage. L’assemblage par ultrasons signifie qu’il se fait par points, ce qui permet de le réaliser avec précision. De plus, le processus d’assemblage ne prend que quelques secondes.
À l’exception des zones ponctuelles, l’effet sur le métal est faible et il est difficile de l’endommager ou de le déformer. Grâce à la liaison en phase solide par ondes ultrasoniques, l’augmentation de la température du métal de base est lente et la liaison est possible à des températures relativement basses de 35 % à 50 % de la température de fusion du métal de base.
Par conséquent, il n’y a pas d’étincelles ni de fumées et une résistance et une conductivité excellentes peuvent être assurées.