Aplicações do SonicSniffer®

A principal aplicação do SonicSniffer® é a inspeção rotineira de equipamentos ultrassônicos de potência para a detecção prematura de problemas via variações de frequência, as quais indicam a necessidade de manutenção preventiva. As variações de frequência apontam que há algum problema possibilitando evitar a falha catastrófica do equipamento e a necessidade de se comprar novos conversores, boosters e sonotrodos para reposição.

Variações na frequê ncia tem muitas causas como a deterioração das interfaces, desgaste e/ou trincas do sonotrodo e falhas do conversor. A deterioração das interfaces é o caso mais comum, pois ocorre inevitavelmente ao longo do tempo diminuindo a frequência, o fator de qualidade mecânico e a eficiência geral, pois causa a redução da área efetiva de acoplamento e o aumento do atrito. A baixa eficiência leva ao aquecimento, o qual acelera o desgaste das interfaces e a fadiga dos componentes, em um círculo vicioso que resulta na falha catastrófica do equipamento. Quando se cuida do acoplamento, evita-se muitos problemas.

O SonicSniffer® também é utilizado para medir a frequência de equipamentos médicos, como bisturis e raspadores ultrassônicos.

Verificação do conjunto acústico e manutenção preventiva

Passo 1 – Teste de frequência
O primeiro passo é a leitura da frequência do conjunto acústico com o equipamento em funcionamento. Coloque o SonicSniffer® próximo ao sonotrodo ou ponta ultrassônica sem carga para ler a frequência. Se o gerador for analógico, certifique-se que está bem sintonizado antes de fazer a leitura da frequência.

Medição de uma prensa de solda ultrassônica com baixa frequência
O SonicSniffer® lendo a frequência de uma prensa ultrassônica de 20 kHz; o resultado 19,930 kHz está baixo (-70 Hz), o que indica a necessidade de manutenção preventiva.

Para máquinas de solda de alta qualidade, variações maiores que 0,25 % da frequência nominal indicam a necessidade de manutenção preventiva. Para os equipamentos em geral, a avaliação deve basear-se nas especificações do fabricante ou conhecimento prévio da faixa de frequência de operação.

Intervalo de frequência típico de máquinas de solda por ultrassom.
NominalMínimoMáximo
20 kHz19.950 kHz20.050 kHz
40 kHz39.900 kHz40.100 kHz

É recomendável que a leitura da frequência das máquinas seja feita diariamente (prevenir é sempre melhor do que remediar).

Passo 2 – Inspeção visual das superfícies.
Quando for detectada uma variação de frequência superior a 0,25% (ou maior que a tolerância especificada pelo fabricante), desmonte o conjunto acústico e remova os parafusos tipo prisioneiro; para tanto, utilize ferramentas apropriadas e desmonte com cuidado para não riscar as peças. Antes da inspeção visual, limpe as superfícies de acoplamento com papel toalha embebido em solvente e limpe os prisioneiros escovando-os ou com uma lavadora ultrassônica.

Conjunto acústico desmontado.
Conjunto acústico desmontado e com os prisioneiros removidos.

Inspecione as superfícies de acoplamento procurando marcas de corrosão, desgastes circulares, depósitos de material e ferrugem. Em caso de algum problema, proceda com o recondicionamento (Passo 3). Inspecione os prisioneiros procurando por desgastes, trincas, danos e amassados; em caso de quaisquer problemas, substitua-os de acordo com as recomendações do fabricante (não substitua prisioneiros de titânio por aço e vice-versa). É comum encontrar prisioneiros com rachaduras quando o torque de aperto não foi devidamente controlado.

Superfícies danificadas de conjuntos acústicos.
Exemplos de boosters, sonotrodos e conversores com superfícies de acoplamento em más condições devido a oxidação, corrosão e desgaste.

Superfícies de acoplamento danificadas diminuem a frequência do conjunto acústico, o fator de qualidade mecânico e a eficiência geral devido à redução da área de contato efetiva e ao aumento do atrito. A baixa eficiência gera aquecimento, que acelera o desgaste das superfícies e a fadiga dos componentes ultrassônicos, em um círculo vicioso que resulta na catastrófica falha do equipamento.

Passo 3 – Recondicionamento das superfícies
O recondicionamento das superfícies consiste em recuperar o acabamento e a planicidade. Para isso, são necessárias lixas 280, 400 e 600 e um bloco de desempeno. Um desempeno de granito classe 0 de 400 x 250 x 70 mm é suficiente e mais barato do que um componente ultrassônico novo (um espelho é uma alternativa aceitável na falta do bloco de desempenho). Se a superfície de acopalmento do componente estiver muito danificada, comece com a lixa 280, caso contrário, comece com a 400.

Recondicionamento de sonotrodo. Rotação do sonotrodo para recondicionamento.
Recondicionamento de superfícies de acoplamento de sonotrodos através de lixamento.

Prenda a lixa na superfície do bloco de desempenho e passe o componente tomando cuidado para não inclinar durante a operação. Gire o componente 120 graus a cada passada para lixar nas outras direções. Limite a pressão aplicada ao necessário para evitar que a peça incline. Repita esse processo até que a superfície esteja uniforme e mude para a próxima lixa. Quando trocar de lixa, limpe as superfícies e peças para prevenir contaminação da lixa anterior. Nota Importante: lixar vai diminuir a peça e aumentar a frequência em alguns Hertz, então remova o mínimo de material possível.

  • Exemplo de superfície de acoplamento de um sonotrodo antes e depois do recondicionamento.

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Depois de recuperar as superfícies, limpe-as com papel toalha embebido em solvente ou em uma lavadora ultrassônica. A limpeza ultrassônica é ótima opção porque limpa não só a superfície da peça, como também as roscas removendo todos os resíduos. Se for empregar limpeza ultrassônica em conversores, cuidado para não molhar a região das cerâmicas. Nos boosters, cuidado para não molhar a região dos o-rings. Depois que os componentes do conjunto acústico estiverem limpos e secos, verifique sua planicidade e paralelismo, que deve ser igual ou melhor que 0,025 mm.

Pode não ser possível recondicionar as superfícies de componentes ultrassônicos como boosters de 15 kHz com frente cônica e conversores de alta frequência, pois durante o lixamento não é possível evitar a inclinação destes componentes o que gerará coroamento. Nesses casos, não faça nada, pois uma superfície coroada é pior do que uma superfícies desgastada.

Passo 4 – Remontagem do conjunto acústico
Primeiro, proteja as superfícies de acoplamento para reduzir a velocidade de degradação com o uso. Na ausência de especificações do fabricante, aplique com uma camada fina de graxa à base de molibdênio para alta temperatura ou de graxa à base de silicone para alta pressão nas superfícies de contato dos componentes. Essa lubrificação maximizará o acoplamento a compensar a rugosidade da superfície e também evitará a soldagem a frio dos componentes. Nota importante: Nunca aplique nenhuma graxa ou lubrificante nas roscas ou nos prisioneiros, elas devem estar absolutamente limpas e secas bem como os prisioneiros/parafusos.

Inserção do prisioneiro com controle de torque.
Reinserindo os prisioneiros com torque controlado.

Depois, reinsira os prisioneiros de acordo com as instruções do fabricante (troque-os caso danificados). Caso não houver especificações, aperte aplicando não mais que 2 Nm (≈ 0,2 kgfm)

Aperto do conjunto acústico com controle de torque.
Apertando o booster no sonotrodo com torque controlado.

Agora, acople os elementos do conjunto acústico (primeiro o conversor com o booster e depois o “conversor+booster” com o sonotrodo”) utilizando ferramentas adequadas para evitar arranhar as superfícies e um torquímetro ajustado de acordo com as instruções do fabricante. Caso não haja especificações, considerar a tabela abaixo.
Nota importante: Não segure o booster pelos seus anéis ou o conversor pelo encapsulamento para evitar danificar os eventuais o-rings.

Torque recomendado para remontagem do conjunto acústico
Frequência nominal do conjunto acústicoTorque
15 kHz40 Nm (≈ 4 kgfm)
20 kHz35 Nm (≈ 3.5 kgfm)
30 kHz25 Nm (≈ 2.5 kgfm)
40 kHz20 Nm (≈ 2.0 kgfm)

Finalmente, reinstale o conjunto acústico na máquina de solda e verifique a frequência de operação com o SonicSniffer®. O desvio de frequência deve ter reduzida, caso contrário, pode haver algum componente com defeito. Se a variação da frequência persistir, teste o conjunto para identificar qual elemento não está funcionando corretamente..

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SonicSniffer frequencímetro ultrassônico.
Saiba mais sobre o SonicSniffer®. Ele irá proporcionar economia e redução do tempo com máquinas paradas.

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