soldadura por ultra-sons – Ligação sem fluxo de metais duros ao aço

A soldadura por ultra-sons está a revolucionar a forma como os metais duros são unidos, oferecendo uma alternativa mais limpa e mais eficiente aos métodos tradicionais. Ao aplicar ondas ultra-sónicas de alta intensidade, esta técnica avançada elimina a necessidade de fluxos tóxicos, que são normalmente utilizados para decompor os óxidos e permitir a ligação. Particularmente eficaz para materiais difíceis como o carboneto de tungsténio, a soldadura por ultra-sons aumenta a resistência das juntas, reduzindo simultaneamente os riscos para a saúde e o impacto ambiental. Esta abordagem inovadora está a abrir novas possibilidades para as indústrias que exigem ligações robustas e fiáveis entre metais duros e aço.

O Sonicator UIP1000hdT para soldar

O Instituto RIF obteve os seus resultados de soldadura inovadores utilizando o Hielscher UIP1000hdT, um sonicador do tipo sonda de 1000 watts conhecido pela sua precisão e potência. Este dispositivo de última geração gera ondas ultra-sónicas de alta intensidade, permitindo processos avançados como a cavitação para quebrar eficazmente os óxidos e melhorar a humidade do material. O seu design robusto assegura um desempenho consistente em condições exigentes, enquanto a sua interface de ecrã tátil de fácil utilização e as definições programáveis proporcionam um controlo preciso dos principais parâmetros. A capacidade do UIP1000hdT para fornecer resultados fiáveis e repetíveis torna-o uma ferramenta indispensável para investigação de ponta e aplicações industriais, incluindo a soldadura assistida por ultra-sons.

Na procura de soluções de fabrico inovadoras e sustentáveis, o RIF Institute for Research and Transfer (Dortmund, Alemanha) conseguiu um avanço na soldadura assistida por ultra-sons para unir metais duros ao aço. Esta abordagem de vanguarda elimina a necessidade de fluxos tóxicos, oferecendo benefícios para a saúde e para o ambiente, ao mesmo tempo que mantém um desempenho robusto das juntas.

O desafio da soldadura de metais duros

Os metais duros, como o carboneto de tungsténio, são notoriamente difíceis de soldar devido às suas propriedades estruturais e comportamento químico. A soldadura tradicional com aço é dificultada por dois factores principais:

• Expansão térmica diferencial: As taxas de expansão não correspondentes dos metais duros e do aço durante o processo de soldadura podem comprometer a integridade da junta.
• Formação de óxidos: As camadas de óxido formam-se naturalmente nas superfícies metálicas durante a soldadura, impedindo o processo de humedecimento e reduzindo a força de ligação.

Para responder a estes desafios, os métodos de soldadura convencionais dependem fortemente de fluxos quimicamente agressivos. No entanto, estes fluxos representam riscos significativos para a saúde e podem danificar os materiais ao longo do tempo. Alternativas como a soldadura a vácuo ou com gás de proteção são eficazes, mas implicam custos de equipamento elevados e tempos de processamento longos.

A solução ultra-sónica: Soldadura sem fluxo

A soldadura assistida por ultra-sons apresenta uma alternativa inovadora. Já utilizado para metais leves, este método utiliza ondas ultra-sónicas para melhorar o desempenho da soldadura a temperaturas mais baixas.

Como funciona a soldadura por ultra-sons

Quando as ondas ultra-sónicas são aplicadas ao processo de soldadura, criam um fenómeno chamado cavitação. Este envolve a formação de bolhas de gás microscópicas na solda, que colapsam sob alta pressão e temperatura. Esta ação implosiva tem várias vantagens:

• Quebra e remove as camadas de óxido das superfícies metálicas.
• Distribui os fragmentos de óxido por todo o cordão de soldadura.
• Melhora a humidificação do metal duro pela solda.

Ao eliminar a necessidade de fluxo, a soldadura por ultra-sons reduz significativamente os riscos químicos, ao mesmo tempo que consegue ligações de alta qualidade.

Tecnologia de soldadura avançada

No Instituto RIF, os investigadores optimizaram a soldadura por ultra-sons utilizando o sonicador Hielscher modelo UIP1000hdT para aplicações de metal duro em aço. Os principais avanços incluem:

• Estação de solda personalizada: Uma configuração especializada em que os parceiros de união são aquecidos indutivamente enquanto as ondas ultra-sónicas são aplicadas com precisão.
• Monitorização de processos: Sistemas avançados de medição e controlo garantem resultados reprodutíveis em várias combinações de aços e metais duros.
• Testes exaustivos: As juntas soldadas são submetidas a rigorosos testes mecânicos e de imagem não destrutivos para validar a resistência e a fiabilidade.

Através de uma experimentação meticulosa, o instituto RIF identificou parâmetros críticos do processo, como a temperatura de soldadura e o tempo de ativação dos ultra-sons. Os resultados são notáveis:

• Aumento de força: A soldadura por ultra-sons produziu juntas com resistência até 368 MPa - um aumento de 347% em comparação com a soldadura sem fluxo ou ultra-sons (106 MPa).
• Desempenho competitivo: A resistência da junta obtida com a soldadura por ultra-sons rivaliza com os métodos convencionais baseados em fluxo.

Henrik Ulitzka, um dos principais investigadores do RIF, sublinhou a importância destes resultados:
“Os nossos testes revelaram a influência crítica dos parâmetros do processo. Através do ajuste fino da temperatura e do tempo de ativação dos ultra-sons, revelámos todo o potencial da soldadura por ultra-sons para ligações de metal duro a aço.”

O futuro da soldadura por ultra-sons

Com a sua capacidade de produzir juntas fortes e sem fluxo, os sonicadores Hielscher para soldadura representam um avanço promissor para indústrias que vão desde a automóvel à aeroespacial.
O trabalho do Instituto RIF demonstra que a inovação e a sustentabilidade podem andar de mãos dadas, estabelecendo um novo padrão para a tecnologia de soldadura.

Conceção, fabrico e consultoria – Qualidade fabricada na Alemanha

Os ultrassons Hielscher são conhecidos pelos seus elevados padrões de qualidade e design. A robustez e a facilidade de operação permitem a integração harmoniosa dos nossos ultrassons nas instalações industriais. As condições difíceis e os ambientes exigentes são facilmente controlados pelos ultrassons Hielscher.

A Hielscher Ultrasonics é uma empresa certificada pela ISO e dá especial ênfase aos ultrassons de alto desempenho com tecnologia de ponta e facilidade de utilização. Naturalmente, os ultrassons da Hielscher estão em conformidade com a CE e cumprem os requisitos da UL, CSA e RoHs.