La soldadura ultrasónica ( soldadura U/S ) es un proceso de soldadura sin fundente que utiliza energía ultrasónica , sin necesidad de productos químicos para soldar materiales como vidrio, cerámica y compuestos , metales difíciles de soldar y otros componentes sensibles que no se pueden soldar utilizando medios convencionales.
La soldadura ultrasónica se está aplicando cada vez más en la soldadura de metales y cerámicas, desde sistemas fotovoltaicos solares y aleaciones con memoria de forma para uso médico hasta paquetes electrónicos y de sensores especializados. Se utiliza desde 1955 para soldar aluminio y otros metales sin utilizar fundente. [ cita requerida ]
La soldadura ultrasónica es un proceso claramente diferente a la soldadura ultrasónica . La soldadura ultrasónica utiliza energía ultrasónica para unir piezas sin añadir ningún tipo de material de relleno, mientras que la soldadura ultrasónica utiliza calor externo para fundir los materiales metálicos de relleno, es decir, las soldaduras, para formar una unión.
La soldadura ultrasónica se puede realizar con un soldador especializado o con un crisol de soldadura especializado . En cualquier caso, el proceso se puede automatizar para la producción a gran escala o se puede realizar a mano para la creación de prototipos o trabajos de reparación. Inicialmente, la soldadura ultrasónica estaba destinada a unir aluminio y otros metales; sin embargo, con la aparición de las soldaduras activas, ahora se puede soldar una gama mucho más amplia de metales, cerámicas y vidrio.
La soldadura ultrasónica utiliza puntas de soldador calentadas acopladas por ultrasonidos (0,5 a 10 mm) o baños de soldadura acoplados por ultrasonidos. En estos dispositivos, se utilizan cristales piezoeléctricos para generar ondas acústicas de alta frecuencia (20 a 60 kHz) en capas o lotes de soldadura fundida, para romper mecánicamente los óxidos que se forman en las superficies de soldadura fundida. Las puntas de los soldadores ultrasónicos también están acopladas a un elemento calefactor, mientras que el cristal piezoeléctrico está aislado térmicamente, para evitar la degradación del elemento piezoeléctrico. Las puntas de los soldadores ultrasónicos pueden calentarse (hasta 450 °C) mientras oscilan mecánicamente a 20 a 60 kHz. Esta punta de soldadura puede fundir los metales de relleno de soldadura a medida que se inducen vibraciones acústicas en el baño de soldadura fundida. La vibración y la cavitación en la soldadura fundida permiten que las soldaduras se humedezcan y se adhieran a muchas superficies metálicas.
La energía acústica creada por la punta de soldadura o el crisol de soldadura ultrasónico funciona a través de la cavitación de la soldadura fundida, que altera mecánicamente las capas de óxido en las propias capas de soldadura y en las superficies metálicas que se unen.
La cavitación en el baño de soldadura fundida puede ser muy eficaz para romper los óxidos de muchos metales; sin embargo, no es eficaz cuando se suelda a cerámica y vidrio, ya que estos son óxidos u otros compuestos no metálicos que no se pueden romper, ya que son los materiales de base. En los casos de soldadura directa a vidrios y cerámicas, los metales de relleno para soldadura ultrasónica deben modificarse con elementos activos como In, Ti, Hf, Zr y elementos de tierras raras (Ce, La y Lu). Las soldaduras cuando se alean con estos elementos se denominan soldaduras activas, ya que actúan directamente sobre las superficies de vidrio/cerámica para crear una unión.
El uso de la soldadura ultrasónica se está expandiendo, ya que es limpia y no requiere fundente en combinación con soldaduras activas que se especifican para unir conjuntos en los que el fundente corrosivo puede quedar atrapado o interrumpir de otro modo el funcionamiento o contaminar entornos de producción limpios o donde se unen materiales/metales/cerámicas/vidrios diferentes. Para que sea eficaz en la adhesión a las superficies, el óxido naciente de la propia soldadura activa al fundirse debe interrumpirse y la agitación ultrasónica es muy adecuada.