Sudarea cu Ultrasunete a Materialelor

1. Introducere

Studii documentare privind sudarea cu ultrasunete si sudarea materialelor metalice

In ultimul timp sudarea cu ultrasunete a cunoscut o dezvoltare deosebita, in principal datorita legaturii stranse pe care o are cu domeniul electronicii, domeniu recunoscut ca avand cea mai mare dinamica in ultimii 40 de ani. Aplicarea sudarii cu ultrasunete in domenii sensibile precum electronica a fost directionata de catre avantajele pe care aceasta le prezinta. Cel mai des mentionate avantaje sunt legate de temperatura de sudare relativ scazuta comparativ cu sudarea prin topire, incalzire care se manifesta strict local, si de posibilitatea realizarii de imbinari cu dimensiuni pornind de la valori submilimetrice pana la valori de ordinul centimetrilor [1,2,3,4].

Sudarea cu ultrasunete este aplicata in present intr-un numar relativ mare de alte domenii industriale sau de varf. Caracterizat de viteza de sudare mare si caracteristici mecanice, de etanseitate si electrice foarte bune, procedeul de imbinare prin sudare cu ultrasunete capata mereu noi intrebuintari atat in situatii conventionale (de la produse casnice pana la produse industriale de top), cat si in situatii neconventionale (micro- si nanoimbinari) [5].

Prezenta tema isi propune derularea unui studiu privind modul de dezvoltare a echipamentelor de sudare cu ultrasunete a materialelor metalice disiminare, precum si o incursiune in tehnoilogia de sudare cu ultrasunete, tehnologie impusa de mecanismele specifice interactiunii dintre ultrasunete si materialele metalice disimilare supuse procesului de imbinare.

Cercetarile documentare effectuate au evidentiat aplicatii absolut neconventionale ale ultrasunetelor, care, pe langa surse termice la sudare, se dovedesc utile si in procesele de amestecare omogena a substantelor greu miscibile, precum si in procesele de compactizare a pulberilor destinate realizarii diverselor comprimate (pilule, compacte pentru sinterizare).

Stadiul actual al sudarii cu ultrasunete a materialelor metalice disimilare

Analiza stadiului actual privind sudarea cu ultrasunete a materialelor a avut la baza materialul documentar selectat din paginile WEB, ale institutiilor de cercetare dezvoltare renumite, reviste de specialitate, firme specializate de renume european si mondial, precum si materiale documentare si puncte de vedere ale specialistilor de la ISIM Timisoara, urmare a participarii alaturi de acestia la o serie de experimentari de sudare.

Pe plan international cercetarile aplicative in domeniul realizarii de echipamente specializate si al tehnologiile neconventionale de imbinare cu ultrasunete in microelectronica, electronica, electrotehnica, aparatura medicala, in industria bunurilor de larg consum, etc., au demarat de mai multi ani. Problemele tehnice in ceea ce priveste realizarea de echipamente complexe pentru sudare, integrare in linii de fabricatie automatizate care intrunesc performante deosebite, au fost si sunt in curs de rezolvare concreta. Cercetarea bibliografica realizata evidentiaza orientarea centrelor de cercetare in domeniul microtehnologiilor de imbinare, inclusiv microtehnologiile de imbinare cu ultrasunete, in urmatoarele directii strategice [6,7,8,9,10,11,12,13,14,15]:

- Monitorizarea si modelarea proceselor tehnologice – a fost dezvoltat si este larg aplicat programul SPICE in configurarea hardware si in modelarea proceselor termice de solicitare, analiza de spectru de vibratii, simulare procese de difuzie, analiza oboselii termice, riperii mecanice, deformare elastica si plastica, etc

- Dezvoltarea de module specializate pentru ultrasunete in cadrul unor programe de proiectare si analiza specifice activitatilor de cercetare – SPICE, I-DEAS, ABAQUS, ANSYS, etc.

- Dezvoltarea sudarii cu ultrasunete a materialelor metalice: a) sudarea cu ultrasunete a materialelor similare aluminiu, cupru si a otelurilor cu aport energetic din exterior; b) sudarea cu ultrasunete a materialelor disimilare a aluminiului si argintului pe materiale siliconice, ceramice si sticla, a materialelor ingineresti

- Dezvoltarea proceselor de imbinare termosonica a sarmelor: 1) imbinarea prin termocompresie, cu ultrasunete si termosonica a interconexiunilor; 2) imbinarea termosonica a terminalelor din sarma de Au, Al; 3) Fixarea cu ultrasunete a terminalelor de Au si Al.

- Dezvoltarea metodelor de incercare mecanica si de etanseitate

- Dezvoltarea metodelor de incercare la coroziune – incercare la umiditate si la temperature elevata, analiza dinamicii electrochimice.

In cadrul cercetarii documentare s-au analizat aspecte privind configuratia structural functionala a echipamentelor de sudare materiale plastice si materiale metalice, universale si specializate, de la cei mai importanti furnizori de echipamente, aparatura si tehnologii de imbinare cu ultrasunete. Pe plan international domeniul producatorilor de echipamente specializate de sudare cu ultrasunete, reprezinta grupuri elitiste, relativ restranse intre care se amintesc: AMTECH Ultrasonic Welding, USA, BRANSON Ultrasonic Welding, USA, STAPLA Ultrschall Technik Gmbh Germania, SONOBOND Ultrasonics Industries Company USA; BRANSON Ultraschall EMERSON Technologies, Gmbh&Co Germania, RAIMA Ultrasuoni Italia.