Collage de métal par soudage par ultrasons

Le mot « soudage » évoque une image particulière : la flamme exposée d’une torche et le métal en fusion chauffé au rouge. Les pièces métalliques sont chauffées jusqu’à l’état liquide pour les assembler les unes aux autres. Pour les produits électriques et à petite échelle, ce n’est pas une méthode de liaison viable. Le soudage par ultrasons permet de former une liaison entre les métaux, sans nécessiter que le métal quitte l'état solide.

Dave Krysiak, directeur des ventes nord-américaines pour le soudage des métaux par ultrasons chez Sonics & Materials Inc., explique que le soudage des métaux par ultrasons utilise la friction créée par des vibrations à haute fréquence pour créer une liaison sans que les métaux ne fondent.

« Le soudage par ultrasons est un processus à l'état solide qui crée des liaisons métallurgiques par friction », explique Krysiak.

L'avantage de créer des liaisons sans faire fondre le matériau est qu'aucun composé ou particule intermétallique n'est créé, déclare Joe Stacy, directeur national des ventes pour le soudage des métaux par ultrasons chez Emerson Automation Solutions. Cela élimine également le risque de corrosion.

Le soudage par ultrasons peut être utilisé pour coller une grande variété de métaux non ferreux doux et conducteurs allant du cuivre, de l'aluminium et du nickel au lithium, en laiton, en argent et en or. Contrairement au soudage plastique par ultrasons, ce processus permet de coller avec succès des matériaux différents. Cette capacité fait du soudage des métaux par ultrasons le processus de liaison idéal pour les applications impliquant des dispositifs de stockage d'énergie, des faisceaux et assemblages de câbles, des disjoncteurs et interrupteurs électriques, des appareils électroniques grand public et des téléphones portables, et même des dispositifs médicaux implantables.

« Les batteries pour véhicules électriques constituent actuellement un marché très en vogue. Le soudage des métaux par ultrasons est largement utilisé sur ce marché car nous sommes capables de lier des matériaux très fins (jusqu'à 5 microns de feuilles) et avons la capacité de lier ces matériaux en jusqu'à 100 couches, permettant l'assemblage de [batteries] au lithium de haute puissance. et des supercondensateurs », explique Stacy.

Une autre différence entre le soudage par ultrasons du plastique et du métal est l'application de l'amplitude. Selon Krysiak, l'amplitude est appliquée au composant supérieur dans une direction verticale lors du soudage plastique par ultrasons, tandis que l'amplitude est appliquée à un composant posé latéralement dans un mouvement latéral pour les matériaux métalliques.

Par rapport au brasage et au sertissage, le soudage des métaux par ultrasons ne nécessite pas de matériaux ou de consommables supplémentaires pour créer une liaison. Le processus offre des résultats reproductibles et un niveau de contrôle plus élevé que les autres techniques de collage. Étant donné que de nombreuses variables sont impliquées dans le processus de métal par ultrasons (amplitude, fréquence, pression et outillage), du temps est parfois nécessaire pour développer des paramètres de soudage et un outillage parfaitement adaptés aux spécificités d'une application particulière.

Bien que le processus soit hautement reproductible et contrôlable, le soudage des métaux par ultrasons nécessite une formation et des tests pour produire des résultats précis. Si la technique n’est pas réalisée correctement, les matériaux et fils liés peuvent devenir fragilisés. Le soudage des métaux par ultrasons nécessite également des tests approfondis tels que des tests de traction, de pelage et de destruction par résistance, pour obtenir des liaisons précises et reproductibles.

La conception de l’outillage lui-même fait partie intégrante de la réussite du cautionnement.

« Souvent, la clé du succès dans les applications de soudage des métaux réside dans la conception, les détails et la mise en œuvre de l'outillage de soudage », note Stacy. "Le cornet, la moitié de l'outillage qui transmet l'énergie ultrasonique à travers l'une des pièces jusqu'à la zone de soudure entre les pièces, doit avoir une combinaison appropriée de matériau de base, de forme, de texture de surface et de motifs de moletage pour fournir efficacement cette énergie."

Choisir la soudeuse à ultrasons appropriée à la tâche est également essentiel. Krysiak recommande de travailler à rebours à partir de l'application pour choisir la bonne fréquence pour les matériaux et le produit. Des entreprises comme Sonics et Emerson proposent une gamme de soudeurs et de services pour répondre aux demandes en constante évolution de l'industrie, y compris l'intégration de l'automatisation. Le soudage par ultrasons peut être utilisé pour lier des métaux dans diverses applications.