Soudage par ultrasons
Le soudage par ultrasons permet d’assembler des pièces façonnées, des films et des textiles techniques en thermoplastiques de manière sûre, solide et étanche.
Le soudage par ultrasons est un procédé respectueux du produit et durable, mais aussi efficace en termes de matériaux et d’énergie. Les principaux avantages de ce procédé sont des temps de cycle courts, la reproductibilité des résultats de soudage et la grande résistance des soudures.
Cette technologie peut être utilisée pour de nombreuses applications. On a ainsi recours au soudage par ultrasons dans de nombreux domaines tels que l’industrie automobile, l’industrie de haute technologie ou encore la technologie médicale.
Quelles matières plastiques peut-on souder au moyen des ultrasons et quels matériaux peut-on combiner ?
Les ultrasons permettent d’assembler de manière sûre et étanche des pièces façonnées, mais aussi de souder ou de sceller des films et des textiles techniques. Les pièces à assembler doivent être composées essentiellement de thermoplastiques. Parmi ceux-ci, on distingue les matériaux semi-cristallins et les matériaux amorphes. Les thermoplastiques semi-cristallins comprennent les matériaux suivants : POM, CA, LCP, PEEK, PA, PBT, PE, PPS, PP et PTFE. Les matériaux ABS, MABS, PMMA, PC, PET, PS ou encore PVC, par exemple, sont des matières plastiques amorphes. Les ultrasons sont particulièrement efficaces pour souder des pièces de matériaux identiques, mais il est également possible d’assembler des combinaisons de matériaux.
Vous trouverez ici une liste de matières plastiques compatibles entre elles.
Comment fonctionne le soudage par ultrasons des matières plastiques ?
«Souder» consiste à faire fondre deux ou plusieurs pièces ou matériaux par application de chaleur au niveau des surfaces de contact et de les assembler ainsi de manière durable.
Comment souder des pièces en plastique par ultrasons ? - Le processus de soudage par ultrasons en bref
En cas de soudage par ultrasons de thermoplastiques, des vibrations mécaniques ultrasoniques d’une certaine fréquence et d’une certaine amplitude, ainsi qu’une pression donnée, sont appliquées aux pièces pendant une certaine durée. La vibration provoque d’abord un frottement au niveau moléculaire, puis de la chaleur dans le matériau à proprement parler. Les liaisons moléculaires du plastique sont brisées par la chaleur et les vibrations. Ce processus s’accélère de lui-même pendant le cycle de soudage. Le plastique fond et s’assouplit. Lorsque l’on cesse l’application d’ultrasons, le thermoplastique refroidit à nouveau rapidement faute d’apport énergétique suffisant et se solidifie. Les molécules créent alors de nouvelles liaisons les unes avec les autres les deux parties du thermoplastique. La pression d’assemblage existante doit encore être maintenue brièvement pendant ce processus de consolidation pour obtenir une structure de matériau homogène et assembler le thermoplastique de manière définitive.
Les bases du soudage par ultrasons des matières plastiques en bref
Découvrez les bases du soudage par ultrasons dans cette vidéo. Nous vous montrons en détails comment fonctionne le processus d’assemblage.
Quelles sont les exigences auxquelles la technologie de soudage par ultrasons peut répondre ?
Pensez au soudage par ultrasons comme technologie de processus pour votre application si la soudure doit présenter une grande résistance mécanique, car les pièces assemblées par ultrasons résistent aux pressions et aux contraintes mécaniques. De plus, la liaison est très résistante à l’arrachement. Le joint est hermétique à l’eau, à la pression et au vide.
Mais les exigences élevées en matière d’étanchéité ou de résistance ne sont pas les seuls arguments pour recourir à la technologie ultrasons. Le soudage par ultrasons est également un procédé d’assemblage rapide particulièrement efficace en termes de matériaux. Un poste de soudage par ultrasons peut être opérationnel très rapidement – la préparation ne prend pas plus de temps qu’allumer un ordinateur.
Autre avantage : Les soudures réalisées par ultrasons sont très nettes sur le plan visuel et esthétique. Elles ne présentent pas de traces. De plus, les pièces façonnées ne se déforment pas et la soudure est très précise.
Les pièces façonnées doivent être conçues de manière à être compatibles avec les ultrasons - Design des pièces façonnées
Pour pouvoir souder rapidement deux pièces façonnées de manière reproductible et avec une bonne résistance, l’une des deux pièces doit présenter des barrettes de matériau pointues.
Ces barrettes, les « transmetteurs d’énergie » ou soudures par écrasement, transfèrent les vibrations ultrasoniques dans la deuxième pièce façonnée. Les deux pièces façonnées fondent ainsi simultanément dans la soudure et se lient de manière permanente.
Si aucun transmetteur d’énergie n’est prévu, on assiste à un soudage de surface à la place de la formation d’un joint de soudure. Ainsi, la soudure manque de résistance, la durée du soudage est considérablement augmentée et un endommagement des composants ne peut pas être exclu.
Examinons de plus près les deux formes de zone d’assemblage les plus courantes :
Transmetteurs d’énergie
Les transmetteurs d’énergie dirigent l’énergie de manière très précise dans le matériau et ont généralement une forme de triangle ou un profil en V. Ils sont surtout utilisés pour les thermoplastiques amorphes. Les transducteurs d’énergie fondent pendant l’introduction des ultrasons et le matériau en excédent est expulsé latéralement. La conception de la pièce façonnée détermine par où sort le matériau.
Soudure par écrasement
En raison de leur forme, les soudures par écrasement sont également appelées soudures par paliers. Elles conviennent parfaitement pour les soudages étanches et en cas d’utilisation de plastiques semi-cristallins. Cette forme de zone d’assemblage est également employée pour des soudures visuellement très nettes.
Soudage de tenons
Si deux pièces façonnées doivent être solidement reliées entre elles, mais pas de manière étanche, il est aussi possible d’opter pour le soudage de tenons. Ce dernier convient pour les plastiques amorphes et semi-cristallins rigides.
Le design des pièces façonnées joue un rôle important pour l’étanchéité, la résistance et l’aspect visuel de la soudure. Par conséquent, une concertation étroite avec RINCO ULTRASONICS est importante dès le début du projet. Nous nous ferons un plaisir de vous conseiller. Contactez-nous à l’adresse info@rincoultrasonics.com ou utilisez le formulaire de contact situé en bas à droite.
Avantages du soudage par ultrasons
Une technologie économique
Le soudage par ultrasons est une technique très économique. En comparaison avec le soudage thermique, le soudage par ultrasons
- ne requiert pas de temps de préchauffage
- ne requiert pas de phase de refroidissement après l’application
- nécessite moins de matériel
Efficace
En général, le cycle de soudage ne dure que quelques dixièmes de seconde. Même la phase de solidification de la soudure ne dure qu’une fraction de seconde.
Comme les soudures peuvent être très fines, vous pouvez en outre faire des économies de matériaux.
Soudures parfaites
Les soudures peuvent être entièrement conçues selon vos exigences. Qu’elles doivent être hermétiques ou parfaites sur le plan visuel, les soudures sont toujours précises et résistantes.
Zéro complément
Le soudage par ultrasons est très efficace en termes de matériaux car aucun complément n’est nécessaire pour assembler les composants. Ainsi, un recyclage par matériau est également possible.
Les soudures sans compléments tels que des vis ou des adhésifs rendent les produits (jouets d’enfants, par exemple) plus sûrs.
Joints 3D
La sonotrode (l’outil de soudage à proprement parler) est conçue et fabriquée spécifiquement pour répondre aux besoins du client. Grâce à sa forme individuelle, elle permet de souder des joints 3D.
Questions et réponses sur le soudage par ultrasons - FAQ
Le soudage par ultrasons laisse-t-il des traces sur les surfaces ?
Cela peut arriver dans certaines applications, en fonction des paramètres et de la forme des composants (tolérance dimensionnelle). Dans ce cas, des films de protection peuvent être employés avec une glissière correspondante afin de protéger la surface. Cela n’affecte pas le résultat de soudage.
Quels sont les inconvénients du soudage par ultrasons ?
Les matières plastiques et les combinaisons de matières plastiques ne peuvent pas toutes êtres soudées. Ainsi, seuls les thermoplastiques peuvent être traités par ultrasons, contrairement aux thermodurcissables. Les textiles doivent contenir une part de matières plastiques, sinon, ils ne font que brûler.
Peut-on aussi souder par ultrasons des métaux ?
Oui, il est aussi possible de souder par ultrasons des métaux. Le soudage par ultrasons est particulièrement apprécié pour l’épissure de câbles.
Peut-on aussi souder des plastiques contenant des charges ?
Oui, il est possible de souder des matières plastiques contenant des charges, comme de la fibre de verre, du carbonate de calcium, du talc ou de la fibre de carbone, mais pas en tant que telles. Il est donc conseillé de réaliser des tests de soudabilité sur des pièces en plastique contenant des charges. Nous nous ferons un plaisir de vous conseiller.