Transdutores e conjuntos acústicos são dispositivos que convertem energia elétrica em vibração. Para compreender o funcionamento, pode-se estabelecer uma analogia interessante entre um conjunto acústico de solda por ultra-som e o sistema mecânico de um automóvel.

O transdutor realiza a conversão de energia (motor), o transformador ajusta a proporção entre a força e a velocidade (caixa de câmbio), e finalmente o sonotrodo direciona e aplica esta energia para realizar o trabalho desejado (rodas).

No automóvel, todas as partes do sistema mecânico devem estar bem casadas para a transmissão eficiente de energia. O mesmo ocorre nos sistemas ultra-sônicos, mas neste caso o casamento se dá pelo ajuste de frequência e impedância.

Analogia entre um conjunto acústico de solda por ulta-som e o sistema mecânico de um automóvel

Modo de operação

Os transdutores têm duas frequências de operação, que são facilmente identificáveis na curva característica.
O pico corresponde à frequência de anti-ressonância (velocidade de vibração máxima) onde operam os sistema de solda e eletromédicos.
O vale corresponde à frequência de ressonância (força máxima) onde operam os sistemas de limpeza.

Curva de impedância em função da frequência de um transdutor

O Analisador TRZ testa os dois modos de operação.

Sintonia de sonotrodos

O sonotrodo deve estar sintonizado para funcionar corretamente, não aquecer e ter vida longa. A tolerância deve ser de ± 0,25%, por exemplo, 20.000 ± 50 Hz.

Para aumentar a frequência:

Reduzir o comprimento do sonotrodo para aumentar a frequência de operação

Para abaixar a frequência:

Procedimentos para abaixar a frequência de sonotrodos de solda por ultra-som

O Analisador TRZ , em conjunto com o Software, é empregado de forma intercalada com a usinagem para a sintonia através dos ajustes das dimensões.

Teste de transdutores

Para que um transdutor funcione adequadamente, sua frequência e impedância devem estar dentro de faixas de aceite. Por exemplo, para sistemas de solda a frequência deve ser 2,5% maior que a frequência nominal do conjunto acústico, com uma tolerância de ± 0,25%.

Os fatores determinantes para a frequência e a impedância são: precisão dimensional e de montagem, aperto aplicado, estado das cerâmicas e sintonia fina (semelhante a dos sonotrodos).

Determinação da frequência e impedância de transdutores com o TRZ

O Analisador TRZ testa transdutores com precisão.

Teste de conjuntos acústicos

A frequência e a impedância de conjuntos acústicos também devem estar dentro de faixas de aceite. Em sistemas de solda, a tolerância é de ± 0,25% para a frequência, por exemplo: 20.000 Hz ± 50 Hz.

O desempenho depende do afinamento em frequência e do acoplamento entre as partes. Pode ocorrer que um conjunto tenha baixo desempenho, mesmo estando na frequência certa, ao combinarem-se transdutores e conversores descasados (um com frequência baixa e outro com alta). Este tipo de problema é detectado com a medição da impedância.

Amplitude de vibração em conjuntos acústicos de solda por ultra-som

Teste de cerâmicas piezo

As cerâmicas piezoelétricas são o núcleo e um elemento crítico dos transdutores. Para aplicações de potência, são usualmente empregadas cerâmicas dos tipos PZT-8 e PZT-4.

Antes de serem utilizadas, e principalmente em casos de recuperação de transdutores, é indispensável comprovar que não há microtrincas. Utilizando o Software TRZ estas são facilmente detectáveis pela aparição de picos na curva da medição.

Teste de cerâmicas piezo com o Software TRZ

Manutenção preditiva

Problemas em sistemas ultra-sônicos causam transtornos e prejuízos que podem ser facilmente evitados com a manutenção preditiva.
Em geral, desvios na frequência indicam desgaste, e na impedância, problemas de acoplamento. Estes problemas são resolvidos com re-apertos e polimento das interfaces.

Manutenção preditiva de sistema de corte e solda por ultra-som com TRZ

A manutenção preditiva também engloba a realização de inspeções de recebimento em partes ultra-sônicas novas, evitando-se assim desperdícios de recursos.

Download do material completo: Princípios de tecnologia ultra-sônica de potência