Tecnologia de pré-compressão

Pré-compressão ou pré-carga é a pressão aplicada a cerâmicas piezoelétricas de transdutores ultrassônicos de potência durante a montagem. A pré-compressão tem o objetivo de maximizar simultaneamente a potência de operação e o acoplamento das cerâmicas com as massas metálicas, além de evitar deslocamentos durante a vibração.

Tabela 1 - Pré-compressão ótima.
MaterialPré-compressão ótima
PZT-845 MPa
PZT-435 MPa

A pré-compressão ótima depende essencialmente da compressão máxima suportada pelo material piezoelétrico, diferentemente do torque de aperto ótimo que varia com a área das cerâmicas e com o coeficiente de atrito entre o parafuso e as massas metálicas. Os valores típicos são 45 Mpa para PZT-8 e 35 Mpa para a PZT-4, como mostrado na Tabela 1 acima (valores para cerâmicas comuns).


A pré-compressão e o torque de aperto são proporcionais, entretanto a proporcionalidade varia muito com o acabamento, a limpeza e a lubrificação.

Pré-compressão é um fator chave para a vida útil, potência máxima de operação e eficiência de transdutores. Além disso, o excesso de pré-compressão muda as propriedades da cerâmica e pode esmagá-la, enquanto a falta de pré-compressão causa deslocamentos laterais nas cerâmicas em alta potência, causando trincas, arcos elétricos e curto-circuito.

Controle e aplicação da pré-compressão ótima

O PiezoClamping® emprega uma tecnologia inovadora na qual a pré-compressão é medida durante o processo de aperto de forma acurada, estável e livre de variações.

Tradicionalmente, o controle da pré-compressão é limitado à tentativa de padronização pelo controle do torque ou através da medição da carga elétrica gerada pelas cerâmicas piezoelétricas, sem a preocupação pelo valor total aplicado.

Torque não é o mesmo que pré-compressão. O torque é o produto da força (F) pela distância (d), e pré-compressão é a tensão (T) induzida no parafuso dividida pela área da cerâmica (S).

O controle da pré-compressão pelo controle do torque é prático. Contudo, é indireto e de baixa acurácia visto que a correlação com a pré-compressão depende de vários fatores e varia muito com o coeficiente de atrito dos materiais e a lubrificação. Adicionalmente, quando o parafuso engasta, pode-se ter a indicação de uma pré-compressão menor do que o esperado, mesmo que o torque alvo tenha sido atingido.

Aplicação da pré-compressão ótima utilizando o PiezoClamping®
Montagem de conversor com controle de pré-compressão empregando o PiezoClamping®

Conecte o PiezoClamping® ao conversor com o parafuso solto, configure os parâmetros e aplique o aperto até que a pré compressão seja atingida como mostrado na figura acima. O aperto pode ser aplicado lentamente e com pausas sem afetar o resultado. Para montar o transdutor, certifique-se que as interfaces, a rosca do parafuso e massa frontal estejam limpas, secas e sem lubrificação (apenas o assento do parafuso pode ser lubrificado para reduzir o torque necessário para se atingir a pré-compressão desejada). O PiezoClamping® deve ser configurado com a pré-compressão desejada e a velocidade do aperto, bem como o número de cerâmicas e características específicas das cerâmicas utilizadas.

Para proteger o parafuso caso ocorra engaste devido à danos na rosca ou contaminação por epóxi, utilize um torquímetro de estálo ajustado para 120% do torque típico necessário para se atingir a pré-compressão desejada.

O PiezoClamping® também é capaz de medir a pré-compressão que foi aplicada a um transdutor, basta desapertá-lo com o PiezoClamping® conectado e configurado.

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