2.7.4 Amplitud

 

En la soldadura ultrasónica con directores de energía, la velocidad media de calentamiento (Q avg) depende del módulo de pérdida complejo del material (E″), la frecuencia (ω) y la deformación aplicada (ε o):

Q avg = ω ε o 2 E″/2

El módulo de pérdida complejo del termoplástico depende en gran medida de la temperatura, de modo que a medida que se aproxima a la temperatura de fusión o de transición vítrea, el módulo de pérdida aumenta y se convierte más energía mecánica en energía térmica. La temperatura en la interfaz de la soldadura aumenta rápidamente (más de 1000 °C/s o 1800 °F/s) tras el inicio del calentamiento [23].

La deformación aplicada es proporcional a la amplitud vibratoria de la bocina, de modo que el calentamiento de la interfaz de la soldadura puede controlarse variando la amplitud de la vibración. La amplitud es un parámetro importante para controlar la velocidad de flujo de compresión del termoplástico. A amplitudes altas, la interfaz de soldadura se calienta a mayor velocidad; la temperatura aumenta y el material fundido fluye a mayor velocidad, lo que provoca una mayor alineación molecular, una generación significativa de rebabas y una menor resistencia de la soldadura.

Se requieren amplitudes altas para iniciar la fusión.

Las amplitudes demasiado bajas producen una iniciación de fusión no uniforme y una solidificación prematura de la fusión [23].

A medida que aumenta la amplitud, se disipan mayores cantidades de energía vibratoria en el material termoplástico y las piezas que se sueldan experimentan mayor tensión. Al utilizar una amplitud constante durante todo el ciclo de soldadura, generalmente se utiliza la amplitud más alta que no cause daños excesivos a las piezas que se sueldan. Para polímeros semicristalinos como el PE y el PP, el efecto de la amplitud de vibración es mucho mayor que para los polímeros amorfos como el ABS y el poliestireno. Esto probablemente se deba a la mayor energía requerida para la fusión y soldadura de los polímeros semicristalinos.

La amplitud se puede ajustar mecánicamente modificando el amplificador o la bocina, o eléctricamente variando el voltaje suministrado al convertidor. En la práctica, los ajustes de amplitud grandes se realizan mecánicamente, mientras que los ajustes finos se realizan eléctricamente. Los materiales con alta temperatura de fusión, las soldaduras de campo lejano y los materiales semicristalinos generalmente requieren amplitudes mayores que los materiales amorfos y las soldaduras de campo cercano.

Los rangos típicos de amplitud pico a pico son de 30 a 100 μm (1,2 a 3,9 milésimas de pulgada) para plásticos amorfos y de 60 a 125 μm (2,4 a 4,9 milésimas de pulgada) para plásticos cristalinos. El perfilado de amplitud, en el que la amplitud se reduce durante el ciclo de soldadura, se ha utilizado para lograr un buen flujo de fusión y una resistencia de soldadura alta y constante.

Con el perfilado combinado de amplitud y fuerza, se utilizan amplitudes y fuerzas altas para iniciar la fusión, que luego se reducen para reducir la alineación molecular con la línea de soldadura.