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Les ultrasons se définissent comme des oscillations à des fréquences comprises entre 16 kHz et 1 GHz inaudibles par l'oreille humaine.
Appliqué au soudage, un générateur d'ultrasons produit des hautes fréquences depuis la tension secteur. Les systèmes Herrmann fonctionnent à 20, 30 ou 35 kHz. Le générateur est connecté à un ensemble acoustique composé d'un convertisseur, d'un booster et d'une sonotrode. Le signal haute fréquence produit par le générateur est transmis au convertisseur. Le convertisseur transforme l'énergie électrique en énergie mécanique à la fréquence du signal du générateur. Cette vibration mécanique est transmise à la sonotrode via le booster ou amplificateur d’amplitude. L'oscillation mécanique de la sonotrode est transférée à la pièce plastique. La friction développe un échauffement entre les pièces plastiques créant une fusion intermoléculaire au niveau de la jonction des pièces. Il en résulte une soudure propre et précise.
Pendant le processus de soudage aux ultrasons, les vibrations mécaniques de la sonotrode sont transmises à la pièce en plastique. La friction crée un échauffement qui entraine la fusion intermoléculaire au niveau de la jonction des pièces.
L’assemblage des thermoplastiques aux ultrasons est un processus très rapide, reproductible et économique. Il crée un véritable lien moléculaire entre les matériaux soudés permettant un assemblage très résistant et hermétique.
Les formes d'assemblage des parties à souder sont étudiées afin d’optimiser le processus de soudage. Ces contours géométriques également appelées "directeur d'énergie" doivent êtres conçus autour de la zone qui doit être soudée par ultrasons. Le directeur d'énergie définit la surface de contact et guide les ondes afin d'accélérer le processus de soudage et de réduire et concentrer l'énergie appliquée. Ceci diminuera la déformation thermique des éléments et les risques potentiels dus à la fatigue des pièces plastiques. Un directeur d'énergie manquant ou mal adapté allongera la durée du processus de soudage et produira une moins bonne qualité de soudure. De plus, cela peut endommager l’esthétique et la fonctionnalité du produit. Le schéma présente certaines directives pour les formes et les dimensions des directeurs d'énergie.
Les différentes caractéristiques thermiques des matériaux nécessitent différentes conceptions du directeur d'énergie. Le schéma montre également la progression du module de cisaillement du facteur de perte mécanique pour les matériaux thermoplastiques amorphes et semi cristallins.
