Qué hay de nuevo con caliente

En comparación con la soldadura ultrasónica y la soldadura por vibración, la soldadura con placa caliente tiene dos grandes ventajas: puede soldar piezas grandes y piezas curvas. Fotografía cortesía de Best Tool and Engineering Co.

La plataforma TH3 se puede equipar para realizar soldadura infrarroja, soldadura con placa caliente o soldadura con gas caliente. Foto cortesía de Dukane

Debido a la cantidad de material que se funde, la soldadura con placa caliente produce uniones fuertes y selladas herméticamente. Foto cortesía de Sonimat

En la industria automotriz, la soldadura por placa caliente se utiliza para ensamblar faros, luces traseras, conductos, colectores, baterías, tanques de combustible, carcasas de filtros y depósitos de líquidos y refrigerantes. Foto cortesía de Bielomatik

El servocontrol brinda a los ingenieros un control preciso sobre la fuerza, la velocidad y el desplazamiento de soldadura. También puede detectar errores, como una pieza deformada o una pieza que se ha cargado incorrectamente. Foto cortesía de Totally Automated Systems

En la soldadura con placa caliente, los accesorios pueden estar orientados vertical u horizontalmente. Se puede instalar un puerto de vacío en la parte posterior de uno o ambos accesorios para mantener las piezas en su lugar. Foto cortesía de Forward Technology

La soldadura por placa caliente es uno de los métodos más sencillos y versátiles para unir dos piezas de plástico. La tecnología puede soldar piezas pequeñas o grandes, piezas planas o contorneadas. Puede soldar un conjunto a la vez o varios conjuntos simultáneamente. En muchos casos, la soldadura con placa caliente funciona cuando otros métodos de unión, como la soldadura ultrasónica y la soldadura por vibración, no lo hacen.

En la industria automotriz, la tecnología se utiliza para ensamblar faros delanteros, luces traseras, conductos, colectores, baterías, tanques de combustible, carcasas de filtros y depósitos de líquidos y refrigerantes. Los fabricantes de electrodomésticos usan placas de soldadura para ensamblar brazos rociadores para lavavajillas; agitadores y anillos de equilibrio para lavadoras; cepillos para aspiradoras; y depósitos para planchas de vapor. En la industria del hardware, la tecnología se emplea para soldar marcos de puertas y ventanas. Los fabricantes de dispositivos médicos utilizan la soldadura de placa caliente para ensamblar recipientes para objetos punzocortantes y masajeadores de pies. La técnica se utiliza incluso para hacer grandes ensamblajes, como barriles, tarimas y cajas.

La soldadura con placa caliente es un proceso de seis pasos. Primero, las dos mitades del ensamblaje se cargan en accesorios hechos a la medida. La carga se suele realizar de forma manual, aunque también se puede realizar con un robot de seis ejes. Los accesorios pueden estar orientados vertical u horizontalmente. Se puede instalar un puerto de vacío en la parte posterior de uno o ambos accesorios para mantener las piezas en su lugar. Cuando está cargado, solo una pequeña parte de cada parte sobresale del accesorio.

La orientación de los accesorios depende de la aplicación. A menudo se prefieren los accesorios verticales porque son más fáciles de cargar para los operadores. Con accesorios horizontales, los operadores pueden tener dificultades para ver y, por lo tanto, cargar la mitad superior del accesorio. Los conjuntos de luces delanteras y traseras generalmente se realizan en accesorios verticales.

Por otro lado, las luminarias horizontales son mejores si el ensamblaje tiene componentes internos. De esa forma, los componentes se pueden insertar en la mitad inferior del conjunto sin temor a que se caigan las piezas. Las fijaciones horizontales también son mejores para piezas largas y flexibles, como los conductos del tablero de un automóvil.

Los accesorios están conectados a guías lineales accionadas por cilindros neumáticos, cilindros hidráulicos o husillos de bolas servoaccionados. Este último permite a los ingenieros controlar con precisión la fuerza, la velocidad y el desplazamiento de soldadura. También puede detectar errores, como una pieza deformada o una pieza que se ha cargado incorrectamente.

Cuando se activa la máquina, una placa calentada se mueve entre los dos accesorios. Luego, los accesorios presionan las piezas contra la platina durante un tiempo determinado hasta que se derrite una pequeña porción de plástico alrededor del borde de cada pieza. Los topes mecánicos integrados en los accesorios y la placa evitan que se derrita demasiado material. (El servocontrol evita la necesidad de paradas bruscas).

Una vez que el plástico se ha derretido, los accesorios se separan, la platina se retira y los accesorios vuelven a moverse uno hacia el otro. Las partes se presionan juntas y se mantienen durante un tiempo determinado para que los bordes derretidos se fusionen a medida que el plástico se enfría. Finalmente, los accesorios se separan nuevamente y el ensamblaje se descarga.

En total, el tiempo de ciclo para la soldadura con placa caliente oscila entre 10 segundos y casi un minuto.

La placa es una pieza plana de aluminio, acero moldeado P20 o bronce-aluminio, de aproximadamente 1 pulgada de espesor. La longitud y el ancho de la platina van desde 10 pulgadas por 15 pulgadas hasta 72 pulgadas por 24 pulgadas. Cartuchos eléctricos dentro de la placa suministran el calor. Según la máquina y el tamaño de la platina, los ingenieros pueden controlar la temperatura en zonas individuales, por lo que algunas partes del ensamblaje pueden recibir más calor mientras que otras reciben menos.

El aluminio es para aplicaciones de baja temperatura; El acero es para aplicaciones de alta temperatura. El aluminio-bronce recupera el calor un poco más rápido que el acero, por lo que a menudo se prefiere para aplicaciones de gran volumen.

Para soldar piezas contorneadas, se fijan a cada lado de la platina bloques de aluminio o acero, mecanizados para que coincidan con la forma de las piezas. A menudo se aplica una capa antiadherente, como teflón o cromo, a las herramientas para evitar que el plástico derretido se pegue. La clave para soldar piezas contorneadas es mantener la misma temperatura desde el punto más bajo del bloque hasta el punto más alto.

Los parámetros del proceso de soldadura con placa caliente (temperatura de la placa, tiempo de calentamiento, tiempo de transición, presión de unión y tiempo de mantenimiento) varían según el tamaño, la forma y la composición de las piezas.

La temperatura de la platina oscila entre 150 y 650 F. Para aplicaciones sin contacto, en las que las piezas se mantienen cerca de la platina sin tocarla, la temperatura de la platina puede alcanzar los 1,000 F. El calentamiento sin contacto se reserva para materiales que se pegarán o quemarán si se calientan. toque la platina. Sin embargo, debido a que la transferencia de calor es menos eficiente en las operaciones sin contacto, el tiempo del ciclo aumentará.

El tiempo de calentamiento varía sustancialmente de una aplicación a la siguiente, desde 1,5 segundos hasta 20 segundos. Los materiales amorfos se derretirán más rápido que los polímeros de ingeniería.

La presión aplicada a las partes calentadas es mínima, oscilando entre 14 y 150 psi. La presión y el desplazamiento, o hasta qué punto se empujan las piezas entre sí, deben controlarse cuidadosamente para evitar exprimir demasiado plástico fundido de la junta y, por lo tanto, debilitar la soldadura.

El tiempo de transición es el tiempo que transcurre desde que se retiran las piezas de la platina hasta que se juntan. Esto debe ser lo más corto posible para que el plástico permanezca fundido para el proceso de unión. El tiempo de mantenimiento suele ser de unos pocos segundos.

Para aumentar el rendimiento, se pueden soldar varios conjuntos al mismo tiempo. Por ejemplo, los ensamblajes de las luces traseras a menudo se realizan de dos en dos. Las luces del lado derecho y del lado izquierdo se harán al mismo tiempo, o más comúnmente, se harán dos luces del lado derecho en una máquina y dos luces del lado izquierdo en otra.

Los últimos soldadores controlados por computadora pueden recopilar una variedad de datos para la trazabilidad y el control de calidad. También pueden almacenar configuraciones de parámetros en la memoria para simplificar los cambios.

En comparación con la soldadura ultrasónica y la soldadura por vibración, la soldadura con placa caliente tiene dos grandes ventajas: puede soldar piezas grandes y piezas curvas. Y, debido a la cantidad de material que se derrite, la soldadura con placa caliente produce uniones fuertes y selladas herméticamente. La soldadura con placa caliente se puede usar en paredes interiores altas, delgadas y sin soporte, y es muy indulgente con las variaciones en las piezas moldeadas.

En muchos casos, la soldadura con placa caliente puede unir plásticos que otras técnicas no pueden. Por ejemplo, el polipropileno es difícil de unir con soldadura ultrasónica porque el plástico blando absorbe las vibraciones de alta frecuencia como una esponja. La soldadura con placa caliente, que no depende de la fricción para generar calor, suelda polipropileno fácilmente.

Por otro lado, la soldadura con placa caliente es más lenta que la soldadura ultrasónica y la soldadura por vibración. Y, el plástico derretido que se adhiere a las herramientas puede ser un problema con algunos materiales.

La mayoría de los materiales termoplásticos se pueden unir mediante soldadura de placa caliente. La técnica funciona con acrílico-estireno-acrilonitrilo, acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS), etileno-propileno-dieno-monómero, poliamida, tereftalato de polibutileno (PBT), policarbonato, polietileno, tereftalato de polietileno (PET), polimetilmetacrilato (PMMA), polioximetileno, óxido de polifenileno, sulfuro de polifenileno, polipropileno, poliestireno, polisulfona, cloruro de polivinilo (PVC), fluoruro de polivinilideno y elastómero termoplástico. Algunos materiales, como la poliamida Durethan de Lanxess AG, se han formulado específicamente para su uso con soldadura de placa caliente.

La soldadura con placa caliente también funciona bien con muchas mezclas de plástico, como PMMA con ABS; PMMA con PVC; PMMA con poliestireno; policarbonato con PBT; y policarbonato con PET. Otras mezclas, como PVC con ABS o polietileno de alta densidad con polipropileno, son menos propicias.

Se pueden soldar materiales diferentes con puntos de fusión y viscosidades de fusión similares si son químicamente compatibles. Por ejemplo, la soldadura con placa caliente se puede utilizar para unir ABS con policarbonato, PMMA o estireno acrilonitrilo.

Se pueden agregar al plástico rellenos, como vidrio o talco, siempre que la concentración se mantenga por debajo del 30 por ciento. Sin embargo, debido a que los materiales de relleno no se derriten ni se redistribuyen uniformemente en la soldadura, la resistencia de la unión disminuirá. Los termoplásticos amorfos que absorben la humedad del aire circundante podrían tener suficiente contenido de agua para provocar la formación de burbujas durante las fases de calentamiento y unión, y eso puede reducir la resistencia de la soldadura.

Una junta a tope, ya sea recta o bridada, es la junta más común formada por soldadura de placa caliente. El flash normalmente se produce alrededor de la línea de soldadura. Sin embargo, se pueden diseñar trampas de destello en las partes para ocultar la unión.

En la soldadura con placa caliente, los accesorios pueden estar orientados vertical u horizontalmente. Se puede instalar un puerto de vacío en la parte posterior de uno o ambos accesorios para mantener las piezas en su lugar. Foto cortesía de Forward Technology

Al diseñar piezas para soldadura con placa caliente, los ingenieros deben recordar que la soldadura consumirá una pequeña porción de cada pieza. En juntas planas típicas, aproximadamente 0,015 pulgadas de plástico se derretirán de cada parte durante la fase de calentamiento inicial. Se perderán 0,015 pulgadas adicionales de material cuando las piezas se junten para formar la soldadura. Por lo tanto, si el ensamblaje final debe tener una cierta altura, los ingenieros deberán agregar 0,03 pulgadas de material a cada pieza.

Si el ensamblaje estará presurizado, es posible que los ingenieros deseen aumentar el grosor de la pieza cerca de la junta. Como regla general, el espesor de la junta debe ser 1,5 veces el espesor nominal de la pared. Por ejemplo, si las paredes de un depósito de líquido limpiaparabrisas tienen un grosor de 0,1 pulgadas, el ancho de la junta debe ser de al menos 0,15 pulgadas.

Al igual que con cualquier proyecto de ensamblaje, se recomienda a los ingenieros que consulten con sus proveedores de equipos y materiales al principio del proceso de diseño.