Qu'est-ce que le soudage par ultrasons ?

Le soudage par ultrasons représente une technique d'assemblage très innovante qui exploite la puissance des ondes de vibration à haute fréquence. Ces ondes sont dirigées avec précision vers les surfaces de deux objets destinés à être soudés. Lorsqu'une pression est appliquée simultanément, un processus fascinant se déroule. Les surfaces des objets subissent une action de frottement vigoureuse qui, au niveau microscopique, provoque la fusion de couches moléculaires, liant efficacement les deux matériaux.

Ce processus commence par un générateur d'ultrasons, un équipement essentiel qui transforme le courant électrique standard de 50/60 Hz en énergie haute fréquence, généralement comprise entre 15, 20, 30 ou 40 kHz. L'énergie électrique haute fréquence nouvellement convertie passe ensuite par un transducteur, qui réalise un exploit remarquable en la convertissant une fois de plus, cette fois en un mouvement mécanique ayant exactement la même fréquence. Ce mouvement mécanique est ensuite canalisé par un dispositif spécialisé appelé amplificateur. Le booster, avec sa capacité unique à moduler l'amplitude, garantit que le mouvement est optimisé avant d'atteindre la pointe de soudage. La pointe de soudage, en tant que conduit final, transmet l'énergie vibratoire reçue à la zone de joint des pièces à souder. Dans cette zone critique, l'énergie vibratoire subit une transformation et est convertie en énergie thermique par le biais du mécanisme de friction. Cette chaleur générée est suffisante pour faire fondre le métal, ce qui facilite une soudure sans faille.

Les principaux composants d'un système de soudage par ultrasons sont assez complets. Il comprend un générateur d'ultrasons, qui sert de source d'alimentation et de convertisseur de fréquence ; un ensemble transducteur/amplificateur/pointe de soudage, chaque composant jouant un rôle vital et interconnecté dans le processus de transfert d'énergie et de modulation ; des moules, qui fournissent la mise en forme et le support nécessaires ; et un cadre, offrant intégrité structurelle et stabilité. Comme le montre visuellement la figure suivante :

Principe de la soudure ultrasonique des métaux

Le principe qui sous-tend le soudage des métaux par ultrasons est une approche véritablement distinctive et spécialisée. Il capitalise sur l'énergie de vibration mécanique des fréquences ultrasonores, en particulier celles dépassant 16 kHz, pour établir des connexions entre des métaux, qu'ils soient de types identiques ou différents. Ce qui distingue cette méthode, c'est son mode de fonctionnement unique. Lors du soudage par ultrasons des métaux, il n'est pas nécessaire de fournir du courant aux pièces, ni de source de chaleur externe à haute température. Au lieu de cela, sous l'influence de la pression statique, l'énergie vibratoire du cadre métallique est habilement exploitée et convertie. Il se transforme en un travail de friction, générant la chaleur nécessaire à l'interface des pièces, ainsi qu'une énergie de déformation qui facilite la mise en forme et le collage, ainsi qu'une augmentation de température limitée mais contrôlée. Cette liaison métallurgique qui se forme entre les joints est une réalisation remarquable, car elle représente un procédé de soudage à l'état solide. En d'autres termes, le métal de base reste intact, sans subir de fusion, évitant ainsi les problèmes tels que les éclaboussures et l'oxydation qui sont couramment associés au soudage par résistance traditionnel. Les machines de soudage des métaux par ultrasons ont démontré leur polyvalence en étant capables d'effectuer des soudures monopoints, des soudures multipoints et des soudures à bandes courtes sur des fils fins ou des feuilles minces de métaux non ferreux tels que le cuivre, l'argent, l'aluminium et le nickel.

Cette modalité de soudage présente deux avantages remarquables : un temps de soudage extrêmement court, qui augmente la productivité et réduit les cycles de production, et une rentabilité élevée, ce qui en fait une option économiquement viable pour de nombreuses applications industrielles.

Avantages et inconvénients de la soudure ultrasonique des métaux

Les avantages du soudage des métaux par ultrasons sont à la fois nombreux et importants. Tout d'abord, sa rapidité est un atout majeur. La rapidité avec laquelle il peut réaliser une soudure est une aubaine pour les lignes de production à volume élevé, car elle permet des délais d'exécution plus rapides. Deuxièmement, il s'agit d'un procédé économe en énergie, consommant beaucoup moins d'énergie que certains de ses homologues, ce qui est non seulement écologique mais également rentable à long terme. La haute résistance à la fusion qu'il confère garantit la robustesse et la fiabilité des joints soudés, capables de résister à diverses contraintes mécaniques. Une bonne conductivité électrique est un autre avantage, ce qui la rend adaptée aux applications où le flux électrique est crucial.

L'absence de génération d'étincelles ajoute un élément de sécurité, en particulier dans les environnements où des matériaux inflammables peuvent être présents. De plus, sa nature de traitement quasi à froid signifie qu'il minimise les distorsions et les altérations induites par la chaleur des matériaux de base, préservant ainsi leurs propriétés d'origine.

Cependant, comme toute technologie, elle a ses limites. L'un des principaux inconvénients est que les pièces métalliques soudées ne peuvent pas être trop épaisses. Généralement, l'épaisseur est limitée à 5 mm ou moins, ce qui peut constituer une contrainte pour certaines applications nécessitant des matériaux plus épais. De plus, la taille des points de soudure est également limitée. De plus grandes surfaces ne peuvent pas être soudées efficacement en un seul passage, ce qui nécessite de multiples opérations ou des techniques alternatives. L'application de pression est une autre exigence, ce qui signifie qu'un équipement et des mécanismes de contrôle appropriés doivent être mis en place pour garantir que la pression correcte est exercée tout au long du processus de soudage.

Malgré ces limites, le soudage des métaux par ultrasons reste un procédé très intéressant. C'est une merveille de traitement mécanique, car pendant le processus de soudage, aucun courant ne traverse les pièces soudées et il n'y a pas de formation d'arc de soudage similaire à celui observé lors du soudage électrique. Cette absence de courant et d'arc élimine les problèmes liés à la conduction thermique et à la résistivité, ce qui en fait un choix idéal pour les matériaux métalliques non ferreux. Il a prouvé son efficacité dans le soudage de matériaux en tôle de différentes épaisseurs, en s'adaptant aux différents besoins des différents scénarios de fabrication.

Se concentrer sur les technologies de connexion en métal

Dans le domaine des technologies de connexion métallique, une équipe d'experts en R & D sur les produits automobiles, dotée de connaissances et de compétences avancées en matière de soudage par ultrasons, a réalisé des progrès remarquables. Ils ont minutieusement développé des technologies de couplage de connexions, qui sont fermement ancrées dans les normes automobiles pertinentes et méticuleusement adaptées aux exigences des clients. Grâce à une série de vérifications rigoureuses et répétées, ces technologies ont efficacement atténué les inconvénients techniques associés au soudage par ultrasons. Parallèlement, dans le cadre du processus de production, un système efficace d'inspection de la qualité a été mis en place. Ce système fonctionne avec précision et vigilance, garantissant que les produits sortant de la chaîne de production présentent d'excellents indicateurs de performance, répondant et dépassant souvent les attentes du marché.