INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 3… [627178]

1
Cuprins
INTRODUCERE ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………… 3
INTRODUCTION ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 4
CAPITOLUL I. UND E ACUSTICE ………………………….. ………………………….. …………………….. 5
1.1. Generalități ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 5
1.2 Clasificarea undelor acustice ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 5
1.3 Mărimi acustice ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………….. 7
1.4 Propagarea undelor acustice ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 7
CAPITOLUL II. SUDAREA CU ULTRASUNETE A MATERIALELOR POLIMERICE .. 10
2.1. Materiale polimerice ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………… 10
2.2. Comportarea la sudare cu ultrasunete a materialelor polimerice ………………………….. …………. 10
2.3. Clasificarea procedeelor de sudare cu ultrasunete a materialelor polimerice …………………….. 12
2.3.1. După caracterul introducerii de energie ultrasonică în reperele de sudat ……………………. 12
2.3.2. După caracterul repartizării energiei ultrasonice aplicate suprafețelor de contact ……….. 13
2.3.3. După gradul continuității procesului de sudare ………………………….. ………………………….. .. 13
2.4. Tehnologia de sudare cu ultrasunete ………………………….. ………………………….. ……………………. 14
2.4.1 Pregătirea reperelor pentru sudare ………………………….. ………………………….. ………………… 14
2.4.2. Parametrii tehnologici ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 15
2.4.3. Ciclurile de sudare ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………… 16
2.4.4. Coeficientul de calitate ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 16
2.5. Echipamente de sudare cu ultrasunete ………………………….. ………………………….. ………………… 17
2.5.1 Generatorul ultrasonic ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……… 17
2.5.2. Ansamblul ultrasonic ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……….. 19
CAPITOLUL III. ELEMENTE DE MODELARE A SISTEMELOR ULTRAACUSTICE … 23
3.1. Modelare clasică, pe baza formulelor matematice și a nomogramelor ………………………….. …. 23
3.2. Programe software specializate pentru modelarea elementelor ansamblului ultrasonic …….. 26
CAPITOLUL IV. ECHIPAMENT DE ÎMBINARE PRIN NITUIRE ULTRASONICĂ A
MATERIALELOR POLIMERICE ………………………….. ………………………….. …………………….. 29
4.1. Generalități ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 29
4.2. Conceperea și realizarea elementelor ansamblului ultrasonic ………………………….. ……………… 31
4.2.1 Conceperea și realizarea amplificatorului intermediar de undă folosind programe software
specializate ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …. 32

2
4.2.2 Conceperea și realizarea sculei active (sonotroda) folosind programe software specializate
………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 33
CAPITOLUL V. DETERMINARI EXPERIMENTALE ………………………….. …………………… 38
5.1. Caracterizarea materialelor de îmbinat ………………………….. ………………………….. ………………… 38
5.2. Încercări experimentale ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 39
Concluzii ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. … 46
Bibliografie ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………. 47
Anexe ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………………….. …….. 49

3
INTRODU CERE
Lucrarea de față își propune studierea unui procedeu de sudare încă considerat
nonconve nțional , dar care se folosește în momentul de față pe plan mondial î n numeroase
aplicații datorită multitudinii de avantaje față de tehnologi ile convenționale.
Ultrasunetele au un număr foarte mare de aplicații , însă o aplicație deosebit de importa ntă
a ultrasunetelor o constituie sudarea, atât a materialelor plastice , metal ice, plastice -metalice
(nituirea cu ultrasunete ) și compozite . Pe parcursul lucrării urmeaz ă să fie tratat mai
amăn unțit subiectul sudării cu ultrasunete a materialelor plastice, subiect care constituie tema
acestei lucrări.
Câteva dintre avantajele majore ale utilizării ultrasunetelor în detrimentul tehnologiilor
clasice de îmbinare sunt:
 lipsa materialulu i de ad aos la sudare ;
 timp foarte scurt de realizare a îmbinării sudate (de cele mai multe ori sub o secundă);
 îmbinarea se produce la o temperatura inferioară celei de topire a materialului.
Capitolul I , intitulat „Unde acustice”, prezintă o sinteză a cunoștințele actuale despre
unde acustice, clasificarea undelor acustice, informații despre mărimile acustice precum și
propagarea undelor.
Capitolul II , intitulat „Sudarea cu ultrasunete a materialelor polimerice”, prezintă
informații generale despre sudura cu ultrasu nete. De asemenea este prezentată clasificarea
procedeelor de sudare cu ultrasunete și se vorbește despre echipamentul de sudare cu
componentele importante, generatorul ultrasonic și ansamblul ultrasonic.
Capitolul III , intitulat „Elemente de modelare a si stemelor ultraacustice”, prezintă in
prima parte modelarea clasică pe baza formulelor matematice, și modelarea cu ajutorul
programelor software specializate cu care s -a efectuat un studiu de caz a variaților
parametrilor în cazul unei sonotrode la care se modifică materialul din care este construita,
diametrul de intrare și diametrul de ieșire.
Capitolul IV , intitulat „Echipament de îmbinare prin nituire ultrasonică a materialelor
plastice pentru industria de automobile” prezintă un echipament de nituire ul trasonică, din ce
este compus acest echipament și simularea pe baza unui program software specializat a doua
sonotrode.
Capitolul V , intitulat „Determinări experimentale” prezintă partea preactică a lucrării în
care o piesă din industria de autovehicule es te nituită cu ajutorul ultrasunetelor.

4
INTRODUC TION

The following presentation aims studying a welding procedure yet considered
unconventional. However the procedure is being used worldwide in numerous applications
because of the various advantages over the conventional technologies.
Ultrasonic have a larg e number of applications, but welding represent one of the most
important purposes, both for plastic, or metal; plastic and metal together (ultrasonic riveting);
and composite materials.
During the following presentation, ultraso nic welding of plastic m aterials will be
thoroughly examined and will represent the main subject.
Some of the major advantages of using ultrasounds instead of classic bonding
technologies are:
 There is no need of additional material for the welding process;
 The procedure is almos t instantaneous (most of the times, under 1 second);
 Bonding takes place at lower temperatures than melting.
First Chapter, named “acoustic waves” presents a summary of the actual knowledge
about acoustic waves, the classification of them, pieces of infor mation about acoustic sizes
and the spreading of waves.
Second Chapter, named “ Ultrasonic welding of polymeric materials” presents basic
information about ultrasound welding and the classification of ultrasound welding procedures.
Here is also illustrated the welding gear with its main components: ultrasonic generator and
the ultrasonic ensemble.
Third Chapter, named “Modeling elements of the ultra -acoustic systems”, summarizes
in the first part, the classic modeling using mathematic formulas. In the secon d part, it
presents the modeling with the help of specialized software programs.
Chapter IV, entitled "The riveting ultrasonic bonding equipment for plastics in the
automotive industry" presents an ultrasonic riveting equipment, which is composed of the
hardware equipment and the simulation of two sonotrodes using a specialized software.
Chapter V, entitled "Experimental Determination" is basically the case study of this
research paper that presents the procedure of ultrasound riveting on a part of a vehi cle from
the automotive industry.

5

CAPITOLUL I. UNDE ACUSTICE
1.1. Generalități
O parte din energia de vibrație, pe care o posedă un corp la un mom ent dat, se transmite
mediului înconjurător punând în vibraț ie particulele acestuia . Se produce astfel o perturbaț ie
care se transmite din aproape î n aproape prin mediul elastic, creâ ndu-se un de elastice, care iau
alternati v forma unei compresiuni sau a unei rarefieri -expansiuni ( figura 1.1.) [1].

Figura 1.1 Modul de propagare a undei acustic e la nivelul punctului material (expansiune – A,
compresiune – B) [1]
1.2 Clasificarea undelor acustice
Undele acustice sunt o varietate de unde elastice. Privite din punct de vedere al frecvenț ei
și deci al se nzației pe care o produc asupra organului auditiv uman se deosebesc [2]:
 Undele infrasonore, care au frecvențe inferioare frecvenț ei sunetului celui mai grav
perceput de organul auditiv al omului (0,5…20 Hz);
 Undele sonore, care au frecvențe care fac să impresioneze or ganul auditiv al omului
producâ nd senzatia de auz (20…20 000 Hz);
 Undele ultrasonore, care au frecvențe ce depășesc frecvența sunetului celui mai î nalt
perceput de organul audit iv al unui om otologic normal. În general se consideră
ultrasunete, und ele elastice cu frecvențe cuprinse î ntre 16 000 si 109…1010 Hz;
 Undele hipersonore, care au frecven țe foarte ridicate și nu se mai supun legilor clasice
ale mecanicii necesit ând aplicarea legilor mecanicii cuantice. Domeniul lor începe de

6
la aproximativ 1010 Hz și se întinde p ână la 1014 Hz, acestor frecvențe corespunzâ ndu-
le lungimi de und ă comparabile cu distan țele interatomice.
În raport cu traiectoria pe care o pot avea particulele mediului și cu natura și dimensiunile
corpului prin care se propagă, undele ultrasonice, întocmai ca toate undele ela stice, pot fi de
diverse tipuri [1]:
 Undele longitudinale – când traiectoria undei este liniar ă și deplasarea particulelor se
produce în direc ția propag ării undei. Aceste timpuri de unde iau na ștere și se pot
propaga pe orice mediu elastic, gazos, lichid, solid sau plasm ă, [2] figura 1.2 ;

Figura 1.2 .. Unde longitudinale [3 ]
 Undele de torsiune – când traiectoria particulei mediului este circular ă într-un plan
perpendicular pe direc ția de propagare a frontului de und ă, iar mediul are dimensiuni
finite. Undele de torsiune apar în medii solide de timpul barelor solicitate la torsiune ,
[2] figura 1.3 ;

Figura 1.3 . Unde de torsiune [3 ]
 Undele Rayleigh – când traiectoria particulei este un cerc av ând ca centru pozi ția de
repaus și care este conținut într -un plan paralel cu direcț ia de propagare. Acest tip
special de unde apare pe suprafața liberă a unui corp solid sau a unui mediu lichid si se
numesc și unde de suprafață [2];

7
 Undele Lamb – când undele elastice sunt generat e în placi subțiri sau î n bare sub țiri,
caract eristicile de transmisie depinzând de lungimea de undă ultraacustică, de tipul
solidului și de dimensiunile plă cii sau barei [2]
1.3 Mă rimi acustice
Perturbația se propagă într -un me diu cu o viteză de fază numită ș i viteză de propagare a
stării de vibrație în mediu. Sub acțiunea stării de vibrație, particulele mediului execută
oscilații în jurul poziție lor de echilibru. În studiile legate de propagarea undelor ultras onore
prin medii diferite, pe lâ ngă viteza particulei și presiunea acustică se mai folosesc frecvent și
alte mărimi acustice deosebit de importante [2]:
 Impedanța acustică specifică Z S este o mărime complexă definită ca raportul dintre
presiunea acustică de amplitudine complexă spațială p și viteza particulei în lungul
directiei de propagare de amplitudine complexă spațială v, adică:
Zs= p
u (1.1)
 Densitatea de energie acustică E reprezintă raportul dintre energia acustică și volumul
în care eate conținută. În cazul undelor plane progresive, densitatea de energie acustică
medie este dată de relația:
E=𝑝𝑒𝑓2
𝜌𝑐2 (1.2)
în care:
pef – presiunea medie pătratică.
 Intensitatea acustică. În cazul undelor plane progresive, legea conservării energiei
arată că intensitatea acustică trebuie să fie aceeași în toate punctele undei.
Dacă energia acustică trece printr -o suprafață de secțiune unitară, cu viteza c, lungimea
coloanei de energie care se scurge în unitate de timp devine egală cu c, iar energia totală din
această colană este cE, deci:
I=c E (1.3)
1.4 Propagarea undelor acustice
Producerea și propagarea undelor acustice presupune în primul rând existenta unor medii
continue si deformabile. Cunoașterea acestor medii este de mare importanță teoretică, dar mai
ales practică, datorită faptului că mediile solide, în special metalele, a u o structură

8
microcristalină. Pe de altă parte, există medii cu o construcție cristalină cu proprietăți
piezoelectrice folosite la producerea undelor ultrasonore. [2].
Pentru cunoașterea proprietăților mediilor cristaline trebuie studiate în profunzime
relațiile existente între diferitele constante ale mediului și starea de solicitare la care este
supus sub acțiunea unor sarcini exterioare în echilibru static sau dinamic. Este necesară deci
cunoașterea unor noțiuni de mecanica mediilor continue si deformab ile.
Propagarea în gaze – Viteza de propagare a undelor acustice c, pentru o anumita presiune
și temperatură, poate fi considerată independența de frecveță, variația acesteia nedepășind 3%
în domenii de frecvență până la câțiva megaherți. În gaze, propagar ea ultrasunetelor se face
prin unde longitudinale. Relația de determinare a vitezei de propagare a undelor acustice
longitudinale în gaze se poate stabili utilizând modelul fizic de propagare a undelor de
presiune într -o conductă infinit de lună.
Propagar ea în lichide – Compresivitatea lichidelor este cu câteva ordine de mărime mai
mică decât a gazelor; de aceea, independent de densitatea lor mare, comparativ cu cea a
gazelor, undele acustice au în lichide o viteză incomparabil de mare decât în gaze. În ba za
teoriei hidrodinamice clasice se poate considera o analogie deplina între lichide și gaze,
deoarece în ambele medii nu se pot propaga decât unde longitudinale. În lichide, pot exista și
unde transversale.
Propagarea în solide – Viteza de propagare a und elor longitudinale într -un corp solid
nelimitat este mai mare decât în bare, deoarece la propagarea undelor fiecare element de
volum al mediului nelimitat suferă o compresiune sau o întindere laterala, suplimentară, din
partea elementelor de volum vecine.
Undele transversale elastice pot fi excitate atât intr -un volum limitat al unui corp, cât și în
întreg corp. Suspendând o bara si aplicând o lovitura la capătul liber, în locul unde s -a aplicat
lovitura, un strat de particule se va deplasa din poziția de e chilibru, efectuând o mișcare de
alunecare. Prezența forțelor de elasticitate dintre particulele barei va provoca deplasarea
stratului învecinat, deci în bara va apărea o unda de alunecare care se va răspândi în lungul ei.
În solide este posibil ca undele acustice să aibă întreaga amplitudine de vibrație (sau o
parte a ei) perpendiculară pe direcția de propagare. Într -un mediu infinit, aceste unde
transversale sau de forfecare sunt singulare (nu exista și mișcare longitudin ală a particulelor
mediului). [4 ].
Viteza de propagare c, a undelor longitudinale intr -o bara este data de relația:

9
C=√𝐸
𝜌 (1.4)
unde:
E este modulul de elasticitate
𝜌 este densitatea.
Viteza de propagare a undelor transversale Ct este data de relația : [2].
Ct = c√𝐺
𝜌 (1.5)
unde:
G este modulul de elasticitate transversal
𝜌 𝑒𝑠𝑡𝑒 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑡𝑎𝑡𝑒𝑎
În aplicațiile ultraacustice se întâlnesc și unde de suprafață (unde Love și unde Rayleigh –
în corpuri masive, respectiv unde Lamb – în membrane subțiri) care urmăresc conturul
suprafeței mediului și penetrează numai super ficial în material [5].

10
CAPITOLUL II. SUDAREA CU ULTRASUNETE A MATERIALELOR
POLIMERICE
2.1. Materiale polimerice
Materialele plastice reprezintă un domeniu dezvoltat re lativ recent în raport cu materialele
metalice sau ceramice. Materialele plastice, denumite deseori și polimeri sau macromolecule,
implementate industrial în anii 1930 -1950, au cuprins tot mai multe domenii de activitate
umană fiind în multe cazuri predomi nante în realizarea diferitelor produse [6].
Materialul plastic reprezintă un amestec de unul sau mai mulți polimeri cu aditivi, care
conferă proprietăți particulare fabricării și utilizării [6].
După comportarea la temperatură, materialele plastice se împart în:
 Materiale termoplastice, care se înmoaie sub acțiunea căldurii și devin plastice
(putându -se modela în forme diferite), iar prin răcire se întăresc. Acest proces este
reversibil, adică materialele pot fi încălzite și remodelate de nenumărate ori, fără a se
degrada. Aceste materiale sunt reciclabile. Exemple de materiale termoplastice:
polietilena, polistirenul, policlorura de vinil (PVC) [7];
 Materiale termorigide, care se înmoaie prin încălzire, se deformează dar nu se topesc.
Acest proces este ireversibil, adică la o reîncălzire materialele nu se mai înmoaie, deci
nu se mai deformează. Prin încălzire excevivă aceste materiale se degradează.
Exemple de materiale termorigide: bachelita, poliamida, teflonul. Din aceste materiale
se confecțione ază carcasele unor mașini și aparate, materiale sportive, industria auto
etc. [7].
2.2. Comportarea la sudare cu ultrasunete a materialelor p olimerice
Capacitatea de sudare cu ultrasunete a diferitelor materiale plastice este determinată de
proprietatea lo r, ca la o grosime dată să degaje spre suprafața de separare a reperelor, o
cantitate de energie mecanică, care transformată în căldură să permită obținerea de îmbinări
sudate corespunzătoare din punct de vedere calitativ. Criteriul principal în caracteriz area
comportării la sudare a materialelor plastice este considerată factorul de amortizare, β, a
amplitudinii oscilațiilor in materialul plastic considerat. Acest parametru a fost ales drept
criteriu de clasificare, în special din următoarele considerații [8]:
 coeficientul de amortizare a amplitudinilor caracterizează intensitatea absorbției
energiei oscilațiilor mecanice, de frecvență ultrasonică ;

11
 coeficientul de amortizare determină procentul de energie mecanică transformată în
căldură în zonele în zonele limitei de separare a reperelor de sudat ;
 cu cât coeficientul de amortizare este mai mare, cu atât mai dificil va fi formarea
îmbinării prin sudură.
Materialele plastice, în funcție de valoarea factorului de amortizare, β, s e împart în trei
mari grupe:
Grupa A – Materiale plastice aparținând acestei grupe sunt considerate materiale plastice
dure. Ele se caracterizează printr -un modul de elasicitate ridicat E > 3.104 kgf/cm2 și printr -un
coeficicient de amortizare β < 0,35 cm-1. Aceste materiale plastice se pretează foarte bine la
sudare cu ultrasunete, sudura obținându -se în condiții foarte bune. Din această grupă fac parte:
PMMA, PS, CA etc. [9]
Grupa B – Materiale plastice din aceasă categorie se caracterizează prin:
0,35 < β <0.55 cm-1 și 2·104 < E < 3·104 kgf/cm2
Materiale plastice aparținând acestei grupe se pretează bine la sudarea cu ultrasunete, dar
pe suprafața piesei, în locul în care vine îm contact cu sonotroda, rămâne o urmă vizibilă. Din
această grupă fac par te: PP, PVC, PETP, PC etc. [9].
Grupa C – Materiale plastice aparținând acestei grupe sunt caracterizate de [9]:
β > 0,55cm-1 și E < 1,5·104 kgf/cm2
Aceste materiale sunt considerate ca fiind materiale plastice moi, sudarea cu ultrasunte a
acestor materiale este foarte dificilă, rezistența îmbinărilor sudate obținute fiind foarte mică.
În tabelul 1.1, prin încercări experimentale s -au stabilit materiale plastice, c are pot fi
sudate cu ultrasunete .
Tabelul 1.1. Compatibilitatea la sudare a materialelor plastice [10]

12
2.3. Clasificarea procedeelor de sudare cu ultrasunete a materialelor p olimerice
2.3.1. După caracterul introducerii de energie ultrasonică în reperele de sudat
După caracterul introducerii de energie ultrasonică în reperele de sudat, sudarea cu
ultrasunete poate fi împărțită în două categorii , prezentate în figura 1.4 :
 sudarea cu ultrasunete în câmp apropiat
 sudarea cu ultrasunete în câmp depărtat

Figura 1.4 . Sudarea în câmp apropiat și sudare în câmp depărtat [11]
Sudarea în câmp apropiat are loc atunci când distanța între locul de aplicare al sonotrodei
și a zonei de îmbinare este mai mică de 0,6 mm iar sudarea în câmp depărtat distanța între
locul de contact al sonotrodei și zona de contact este mai mare de 0,6 mm [8].
În tabelul următor este prezentată comportarea la sudare cu ultrasunete a celor mai
importante materiale plastice.
Tabelul 1.2. Comportarea la sudare cu ultrasunete a materialelor plastice [8]

13
2.3.2. După caracterul repartizării energiei ultrasonice aplicate suprafețelor de contact
După caracterul repartizării energiei mecanice aplicate suprafețelor de sudat, sudarea cu
ultrasunete poate fi împărțită în două categorii:
 Sudarea cu ultrasunete de contact ;
 Sudarea cu ultrasunete de transmisie .
La sudarea de contact, energia mecanică este repartizată uniform pe toată suprafața de
contact a pieselor, ce se sudează iar la sudarea de transmisie, oscilațiile mecanice se aplică
într-un anumit punct sau pe o mică p orțiune a suprafeței piesei su perioare [12].
Sudarea de contact se asigură prin faptul că partea frontală a sonotrodei, care vine în
contact cu piesa superioară, are suprafața și forma identică cu aceea a piesei de sudat. Sudarea
de contact se folosește pentru îmbi narea materialelor plastice moi [12].
Transmiterea și repartizarea uniformă a energiei mecanice la sudarea de transmisie
depinde în acest caz de proprietățile elastice ale materialului de sudat. Procedeul este
recomandat pentru materiale plastic e dure cum ar fi polistirenul sau polimetacrilatul. Cele mai
frecvente îmbinări ale pieselor sunt cap la cap si suprapuse. Sonotroda este de preferat să fie
plasată pe ax a de simetrie a reperului sudat [12].
2.3.3. După gradul continuității procesul ui de sudare
După gradul continuității procesului de sudare, sudarea cu ultrasunete se poate împărții
astfel:
 sudare cu ultrasunete prin presare – se execută dintr -o mișcare de lucru a sonotrodei și
se pot obține îmbinări în puncte rectilinii și închise, de diferite forme (circulare,
pătrate, dreptunghiulare, eliptice);
 sudare cu ultrasunete continuă – permite obținerea de îmbinări prin sudare con tinuă și
prin mișcarea neîntreruptă a sonotrodei și a pieselor de sudat. Această metodă de
sudare este utilizată de obicei pentru sudarea foliilor sau a țesăturilor din fibre
sintetice.
Funcție de gradul de mecanizare, sudarea continuă se împarte în:
 Sudar ea manuală ;
 Sudarea continuă mecanizată .
Sudarea continuă manuală permite realizarea de îmbinări de orice fel de configurație care
se obțin prin conducerea manuală a pistoletului de sudură în timp ce reperele de sudat rămân
fixe. Această metodă este utilizată cu precădere la realizarea de suduri în locuri greu

14
accesibile, precum și pentru fixarea unor detal ii înaintea sudării mecanizate iar la s udarea
continuă mecanizată execută imbinări sudate prin mișcarea mecanizată a pieselor de sudat,
sonotroda fiind m entinută fixă [13].
2.4. Tehnologia de sudare cu ultrasunete
2.4.1 Pregătirea reperelor pentru sudare
Cu ajutorul ultrasunetelor se pot suda, atât repere din același material plastic cât și din
materiale plastice diferite. La sudarea cu ultrasunete nu este imperios necesară îndepărtarea
impuri tăților din zona îmbinării, ca la alte procedee de sudare a materialelor plastice, ceea ce
constituie un avantaj net pentru o serie de aplicații [12].
La sudarea cu ultrasunete a materialelor plastice, rezistența unei îmbinări sudate este
determinată de forma și geometria zonelor de contact a reperelor de sudat. Deciziile
constructive privind configurația pieselor, ce se vor suda, se iau în general din prima fază de
proiectare a reperelor, ținându -se cont de următoarele [8], [12]:
 Suprafețele reperelor în contact trebuie să fie cât mai mici , în scopul obținerii unei
concentrări de energie cât mai mari, suficiente pentru a se obține topirea reperelor în
zona sudării ;
 Este indicat să se prevadă un joc relativ mare, prin care unul dintre repere, de preferat
cel în contact cu sonotroda, să aibă posibilitatea de a vibra liber pe celălalt, pentru a fi
posibilă de gajarea de căldură prin frecare ;
 În zona îmbinării trebuie prevăzută o zona liberă, care sî permită pătrunderea
materialului plastic topit în procesul d e sudare. Dacă nu este prevăzută această zonă,
materialul topit poate migra în interiorul sau exteriorul piesei, formând o bavură
inestetică si de multe ori nefuncțională pentru destinația ansamblului sudat. În zona
bavurii mai poate exista tensiuni remane nte, care afectează în sens ned orit calitatea
îmbinării sudate ;
 Zona de contact a sonotrodei cu piesa trebuie să fie suficient de mare, pentru a
introduce în piesă o cantitate corespunzătoare de energie acustică. Trebuie avut în
vedere, că o suprafață de c ontact prea mare impune o energie acustică ridicată, care
poate duce la degradarea piesei de sudat în centrul ei , în timpul procesului de sudat.
Din practică a rezultat necesitatea prevederii reperelor de sudat, cu concentratori de
energie. Amplasarea conc entratorilor se face după cum urmează [9]:

15
 La materialele plastice greu sudabile este necesar să fie amplasat concentratorul pe
reperul care este în contact cu sonotroda ;
 Concentratorul să fie amplasat pe piesa din materialul plastic, mai dur, în cazul cazul
sudării de materiale disimilare .
2.4.2. Parametrii tehnologici
Parametrii tehnologici sunt considerați acei parametri care influențează în mod direct
mărimea energiei acustice introdu se în reperele de sudat, respectiv rezistența îmbinării sudate.
Parametrii tehnologici, puterea electrică introdusă în blocul ultrasonic, puterea acustică
introdusă în spațiul de lucru, forța statică de apăsare (forța de sudare), timpul de sudare,
timpul d e menținere , frecvența oscilațiilor ultrasonice, amplitudinea oscilațiilor în spațiul de
lucru sunt prezentate în continuare [12]:
 Puterea electrică și acustică. Puterea echipamentelor de sudat este strict dependentă de
duritatea și grosimea materialului plastic sudat. S -a constatat că odată cu creșterea
grosimii pieselor de sudat sau a conturului de sudat, este necesară o putere mai mare a
echipamentului de sudat [8] ;
 Forța de presare. Depinde de natura materialelor de sudat și grosimea componentelor.
Valoarea ei crește cu limita la curgere și duritatea materialelor de sudat, respectiv cu
grosimea componentelor. O forță ideală de presare este suficient de mare pentru a
împiedica alunecarea între sonotrodă și componentele de sudat, dar în același timp
suficient de mică pentru a nu slăbi sudura [14] ;
 Timpul de sudare (t s). Timpul de sudare reprezintă durata de transmitere energiei
ultrasonice, până la atingerea rezistenței maxime a îmbinării sudate. Timpul de sudare
crește odată cu creșterea grosimii repere lor de sudat și cu scăderea puterii acustice. La
sudarea materialelor plastice, timpul de sudare se situează în mod obițnuit în domeniul
ts=0,05…6s. Mărimea timpului de sudare, peste o anumită valoare duce la o pronunțată
subțiere a zonei îmbinării, ceea ce are drept urmare o scădere sensibilă a rezistenței
sudurii prin apariția de fisuri [8] ;
 Timpul de menținere (t m). Timpul de menținere reprezintă timpul în care reperele
sudate, după oprirea introducerii de energie acustică în aceasta, sunt menținute sub
presiune, în scopul răcirii zonei sudate. O alegere a timpului de menținere la o valoare
prea scăzută , are drept consecință o răcire necorespunzătoare a sudurii cu posibilitatea
apariției d e microfisuri în zona îmbinării [8] ;

16
 Frecvența oscilațiilor ult rasonice. Pentru sudare materialelor plastice valoare optimă a
frecvenței oscilațiilor se găsește în domeniul 18…40kHz. Dacă se lucrează la frecvențe
mai ridicate, s -a constatat o creștere a pie rderilor de energie ultrasonică [8].
2.4.3. Ciclurile de sudare

Figura 1.5 Cicluri de sudare utilizate la îmbinarea cu ultrasunete a materialelor plastice
Rezistența îmbinării sudate la sudare cu ultrasunete a materialor plastice este determinată
în mare măsură de ciclul de sudare utilizat pentru realizare îmbinării. Cicluri de sudare
folosite la sudare cu ultrasunete sunt prezentate în figura 1.5.
Ciclurile de sudare prezentate în figura 1.5 sunt utilizate pentru sudura intermitentă a
materialelor plastice. Alegerea ciclului de sudare corespunzător se face ținând seama de
materialul reperelor care se sudează, de configurația sudurii și de echipamentul de sud are care
poate fi folosit.
2.4.4. Coeficientul de calitate
La sudarea materialelor plastice se definește un „coeficient de calitate – Q” ca raport între
rezistența îmbinării sudate și rezistența materialului de bază. Acest coeficient de calitate este
funcție de procedeul de sudare și de material, dar totodată în cadrul unui procedeu de sudare
este funcție de pa rametrii tehnologici utilizați [13 ].

17
În tabelul 1.3. este prezentat modul cum variază coeficientul de calitate la sudarea cu
ultrasunete, pentru o serie de mate riale polimerice termoplaste.
Tabelul 1.3 Coeficienții de calit ate la sudarea cu ultrasunete [12]
Tipul materialului
polimeric Coeficientul de calitate (Q)
Sudare în câmp apropiat Sudare în câmp depărtat
ABS 0,9…1 0,8…0,9
PMMA 0,85…1 0,7…0,9
SAN 0,9…1 0,8…0,9
PA-6 0,7…0,8 0,4…0,6
PC 0,9…1 0,8…0,9
PS 0,95…1 0,95…1
2.5. Echipamente de sudare cu ultrasunete
Sudarea cu ultrasunete este cea mai folosită metodă de sudare a materialelor plastice,
folosește energia ultrasonică la frecvențe foarte mari (20 – 40 kHz), care sunt peste
frecvențele auzite de om, pentru a produce amplitudini joase de vibrații (0,001 – 0,025 mm).
Vibrațiile generează căldură între piesele care urmează a fi sudate, rezultând topirea
materia lelor plastice și sudura după răcire. În figura 1.6 se prezintă schematizat un echipament
de sudare cu ultrasunete a materialelor polimerice. Principalele componente care intră în
alcătuirea echipamentului sunt: generatorul de ultrasunete , transductorul piezoceramic ,
amplificatorul intermediar de undă (booster) și son otroda [16].

Figura 1.6 Schema de pri ncipiu a sudării cu ultrasunete [16]
2.5.1 Generatorul ultrasonic
Generatorul ultrasonic (figura 1.7) se execută în doua variante: cu gamă îngustă de
frecvente (18…25 kHZ) și cu gamă largă de frecvențe (16…80 kHz). Generatoarele cu gamă

18
îngustă de frecvență sunt destinate echipamentelor specializate de sudare cu ultrasunete; ele
nu dispun de sisteme de reglare a puterii și frecvenței. Generaloarele cu gamă largă de
frecvențe sunt destinate masinilor de sudat cu ultrasunete universale; ele au posibilitatea de
variație atât a puterii cât și a frecvenței [14].

Figura 1.7 . Generator ultrasonic [12]
Generatoarele electronice (figura 1.7.) sunt echipamente care furnizeaz ă la ie șire un
semnal electric sinusoidal sau dreptunghiular a c ărui frecven ță este cuprins ă în banda de
frecven țe ultrasonore, la parametrii corespunz ători pentru a realiza excitarea t ransductoarelor
electroacustice, la rezonan ță (cu amplitudini de pân ă la ordinul miilor de vol ți și puteri pân ă
la ordinul miilor de wa ți) [17].
Generatoarele construite din elemente tranzistorizate furnizează puteri de ordinul a 1 kW;
redresoarele cu siliciu se f olosesc în cazul mașinilor de putere mare (̴ 30kW). În cazul
includerii mașinilor de sudat cu ultrasunete în linii de fabricație automatizate, generatoarele de
înaltă frecvență pot fi montate la anumite distanțe de blocurile ultr asonice [13].
Generatoarele de înaltă frecvență sunt caracterizate de: caracteristici electrice și
caracteristici neelectrice.
Caracteristicile electrice sunt frecvența de lucru, puterea de ieșire, randamentul,
stabilitatea și precizia de reglare a frecvenței și asigurare a stabilității amplitudinii oscilațiilor
mecanice. Caracteristici neelectrice se referă la particularitățile constructive ale generatorului.
În echipamentele de sudare se utilizează de obicei generatoare cu reglare automată a
frecvenței, care permit acoper irea automată a frecvenșei generatorului de rezonanță a
transductorului. Aceste timpuri de generatoare permit obținerea de valori maxime ale
oscilațiilor transductorului [8 ].
Generatoarele de înaltă frecvență utilizate în construcția echipamentelor de sudare cu
ultrasunete prezintă în mod normal o stabilitate a frecventei de 5…10·10-4 Hz [9].

19
2.5.2. Ansamblul ultrasonic
Ansamblul ultrasonic (figura 1.8 .) se compune din tr-un transductor (piezoceramic) ,
amplificator intermediar de undă (booster) și sono troda (scula activă) .

Figura 1.8 . Ansamblul ultrasonic [19 ]
Transductorul , magnetostrictiv sau electrostrictiv, are rolul de a transforma energia
electrică de înaltă frecvență în energie mecanică vibratoare de înaltă frecvență .
Materiale magnetostrictive au proprietate de a -și modifica dimensiunile sub acțiunea unui
câmp magnetic variabil. Pentru asemenea traductoare se folosesc bare de nichel sau aliaje de
nichel care își modifică lungimea în ritmul de variației al inducției mag netice. Ele sunt
destinate funcționării continue.
Traductoarele electrostrictive (figura 1.9 .) sunt formate din materiale ceramic și se
bazează pe proprietatea acestora de a-și schimba proprietățile sub acțiunea unui câmp electric
paralel cu planul de polarizare. Dacă se sudează cu cadență mare, pentru păstrarea
caracteristicilor de traductor ambele tipur i de traductoare trebuie răcite [15].
Pentru producerea ultrasunetelor este necesar ca sursa acu stică să vibreze și să transfere
mediului înconjur ător energie sub forma undelor respective. Dup ă principiul care st ă la baza
gener ării undelor acustice exist ă două grupe de transductoare de baz ă: mecanice și
electromecanice [20 ].

Figura 1.9. Tran sductoarele sub formă de pachet cu tole din nichel de grosime
0,1 … 0,3 mm, cu una (b) sau două ferestre (c) [20]

20
Transductoare piezoelectrice (figura 1.10 .) – În aplica țiile tehnologice se folose ște ca
transductor pl ăcile ceramice, întrucât sunt mai u șor de confec ționat și chiar de modelat.
Adeseori acestea se întrebuin țează sub forma unui pachet de pl ăci, sistemul numindu -se tip
sandwich. Amplificarea vibra țiilor transductorului poate fi ob ținută prin executarea celor
două piese marginale din materiale cu densit ăți și constante elastice diferite și prin utilizarea
mai multor elemente piezoceramice [20].

Figura 1.10 . Transductor de tip „pachet de pl ăci ceramice”, sistemul numit sandwich [20]
Controlul calității la transductoare este făcut la caracteristici de frecvență și impedanță.
Pentru a fi aprobate, acești parametri trebuie să fie in limite acceptabile, de exemplu la un
transductor de 20 kHz pentru sudarea cu ultrasunete, trebuie să aibă o frecvență de 20. 450 Hz
ar cu o toleranță de ± 50 Hz pentru a asigura o frecvență de 20.450 și 20. 550 Hz [21] și o
impedanță de cel mult 30 Ω.
Amplificatorul intermediar de undă (booster) – are rolul de tran sformator al amplitudinii
vibraț iei și de conducere a ei d e la traductor la zona sudurii. Materialul amplificatorului
intermediar trebuie să se aleagă astfel încât să se piardă prin el o cantitate cât mai mică de
energie și să aibă o rezistență la oboseală cât mai mare. Trebuie acordată o atenție la
realizarea diferitelor îmbinări între traductor și amplificator , îmbinări supuse și ele la solicitări
de oboseală în cursul t ransmiterii energiei vibratoare [20].
Amplificatorul intermediar de undă transform ă oscila ția de mic ă amplitudine care apare
la cap ătul concentratorului, cu sec țiune mai mare, în oscila ții cu amplitudine mult mai ma re,
la cap ătul cu sec țiune mai mic ă [20].
Caracteristica func țional ă a concentratorului de vibra ții este dat ă de m ărimea factorului
de amplificare, g, care arat ă de câte ori amplitudinea vibra țiilor în zona de lucru este mai
mare decât amplitudinea vibra țiilor produsă de generatorul de vibra ții [20].
Amplificatoarele intermediare de undă (booster) funcționează cu următoarele raporturi
de amplificare: 1:2,5; 1:2; 1:1,5; 1:1; 1:0,6; 1:0,5; 1:0,4, acest lucru mărind în mod evident

21
domeniul de utilizare al echipamentelor. Câteva exemple de amplificatoare intermediare
boostere sunt prezentate în figura 1.11.

Figura 1.11 . Tipuri de amplificatoare intermediare [22 ]
Factorul de amplificare, g, este dat de culoarea amplificatorului intermediar după cum
este prezentat în tabelul 1.4.
Tabelul 1.4. Variația factorului de amplificare în funcție de culoare
Cod c uloare Negru Argintiu Auriu Verde Violet
Valoarea factorului de
amplificare a vibrațiilor (g) în
funcție de material Titan 1:2,5 1:2,0 1:1,5 1:1 1:0,6
Aluminiu – 1:2,0 1:1,5 1:1 1:0,6
Sonotroda (scula activă) reprezintă acel element al echipamentului de sudare care se află
în contact direct cu una din componentele de sudat. Prin sonotrodă se transmite
componentelor de îmbinat energia necesară sud ării lor. Forma vârfului sonotrodei trebuie
corelată cu geometra sudurii. În cazul sudări i în puncte vârful are formă sferică cu raza de
îmbinare de 50…100 ori grosimea componentei în contact cu sonotroda. La sudare în linie
întreruptă vârful sonotrodei are o formă paralelipipedică, la sudare în linie vârful este o rola
cu marginile rotunjit e, iar la sudarea inelară (contur închis) forma vârfurilor sonotrodei se
alege egala cu cea dorită pentru sudură (circ ulară, eliptică, pătrată, etc.) [15].
Pentru a atinge performanțele optime a sistemului ultrasonic este necesar să se ia în calcul
toate efectele și toți parametrii care pot afecta dinamica sistemului. Unul dintre cele mai
importante elemente ale sonotrodei este că trebuie să aibe proprietățile dinamice cerute care
trebuie determinate încă din faza de proiectare. Funcția principală a sonotr odei, care
reprezintă în fapt scula activă în procesul de sudare, este de a asigura transferul de energie
prin vibrații de la transductorul piezoceramic la reperele de îmbinat. Valoarea amplitunii
microvibrațiilor ultrasonice în zona activă a sonotrodei es te dictată de caracteristicile
materialelor de îmbinat.

22
Sonotroda este singura parte a sistemului care este unică pentru fiecare proces
ultrasonic. Sonotrodele se realizează în toate formele și mărimile (figura 1.13) , funcție de
aplicație, dar ca și celăla lte componente trebuie să fie rezonante la frecvența de operare, figura
1.12.

Figura1.1 2. Timpuri de sonotrode [23 ] Figura 1.1 3. Forme de varia ție a sec țiunii
concentratorului acustic [20]: a. în trepte,
b. exponen țial, c. conic, d. catenoidal
Modelarea si fabricația sonotrodei necesită atenție deosebită, o sonotrodă fabricată
incorect va influența negativ performanțele echipamentului de sudat și poate duce la
distrugerea ansamblului ultrasonic și importante defecte generatorului [17].

23
CAPITOL UL III. ELEMENTE DE MODELARE A SISTEMELOR
ULTRAACUSTICE
3.1. Modelare clasică, pe baza formulelor matematice și a nomogramelor
Pentru calcularea transformatoarelor acusticese poate aplica teoria propagării undelor
elastice prin secțiuni variabile, fiind lu at în considerare cazul vibrațiilor neadaptate, în care
ecuația undei are urmatoarea expresie [1].
∂ɸ
∂t2−e2 ∂ɸ∂
∂x∂x (lnSx)−c2∂2ɸ
∂x2=0 (3.1)
în care: ɸ – potențialul vitezei;
Sx – aria suprafeței barei la distanța x de origine;
c – viteza de propagare a undelor acustice prin materialul din care se
confecționează bara.
Ecuația undelor va lua forme diferite în raport cu modul de variație a secțiunii bare i în
lungul acesteia: liniară, în trepte, exponențială, catenoidală, parabolă și combinații ale
formelor menționate anterior.
În cazul unei bare cu secțiune longitudinală a variției exponențială, cazul cel mai întâlnit
în practică, aria secțiunii la distan ța x, va fi S x, de forma:
Sx = S 0e-αx (3.2)
în care: α – coeficient ce caracterizează modul de variație a secțiunii.
Ecuația (3.1) devine:
∂2ɸ
∂x2−α∂ɸ
∂x=1
c2·∂2
∂t2 (3.3)
Se consideră soluția generală a ecuației (3.3) ca fiind de forma:
ɸ(t, x) = Cej(ωt + γx) (3.4)
în care: C – este o substanță.
Înlocuind pe ɸ și derivatele acesteia se va obține soluția generală a ecuației (3.3):
ɸ(t,x)=eα
2x(Ae−jx√k2−a2/4+Be−jx√k2−α2/4)∙ejωt (3.5)
în care: k = ω / c;
A și B sunt două constante ce pot fi determinate punând condițiile la limită.

24
Din relația (3.5) se constată că în bară există două unde: o undă care se propagă de la
bază spre vârf num ită undă progresivă și o undă care se propagă de la vârf spre bază numită
undă regresivă.
Dacă se cunoaste potențialul de viteză ɸ, atunci se poate determina expresia presiunii
acustice p x într-un punct aflat la distanța x, de origine, cu expresia de form a:
px =−ρ∂ɸ
∂t=−jpωeα
2x(Ae−jω
c′x+Be−jω
c′x)∙ejωt (3.6)
Expresia vitezei particulei v x, poate fi determinată în acelaș i fel cu aceeași formulă:
vx=∂ɸ
∂x=eα
2x[A(α
2−jω
c′)e−jω
c′x+B(α
2−jω
c′)e−jω
c′x] n
(3.7)
în care: c′=c
√1−α2c2/4ω2 ;
ρ – densitatea materialului din care este confecționată bara.
Pentru utilizarea transformatoarelor acustice este necesară cunoașterea vitezei particulei la
secțiunea inițială S 0 și finală S f. Se pun condițiile:
x=0→ v0=[A(α
2−jω
c′)+B(α
2+jω
c′)]ejωt (3.8)
x=0→vL=eα
2L[A(α
2−jω
c′)+B(α
2+jω
c′)∙ejω
c′L]ejωt (3.9)
În majoritatea cazurilor este de preferat ca lungimea L a transformatorului să fie egală cu
un număr întreg de jumătăți de lungime de undă, însemnând:
L=nλ′
2=nc′
2f (3.10)
O mărime importantă care caracteri zează transformatorul acustic este factorul de
amplificare N, definit de raportul dintre viteza particulei l a intrare ( V 0 ) și la ieșire ( V L ):
N=VL
V0=(−1)n∙eα
2L=√S0
Sf (3.11)
Dacă se cunoaște factorul de amplificare se poate determina coeficientul de variație a
secțiunii α cu relația:
a=2lnN
L (3.12)
Elementul cel mai important al transformatorului rămâne totuși lungimea L asupra căreia
trebuie aplicate anumite corecții funcție de modul de variație al secțiunii și de modul în care

25
elementele sunt conect ate între ele. În concluzie, combinând relațiile (3.9), (3. 11) și (3.12) se
poate determina lungimea transformatorului acustic cu următoarea expresie:
L=nc
2fc∙√1+(lnN/nπ)2 (3.13)
în care:
fc – frecvența de calcul, în Hz;
c – viteza de propagare a undelor longitudinale în materialul din care este confecționată
bara, în cm/s;
n – număr întreg.
Un alt parametru important pentru clculul mișcării sistemului, dar și pentru
concentrator îl reperezintă cunoașterea planelor nodale, necesare pentru fixarea întregului
sistem pe instalația din care face parte. Pentru a determina poziția planelor nodale se impune
anularea vitezei v x=0 și vom obține pentru relația (3.7) următoarele:
(A+B)[α
2cos(ω
c′x)−ω
c′sin(ω
c′x)]=0 (3.14)
Aceste rezultate se traduc în:
𝑥𝑛𝑜𝑑𝑎𝑙 =𝑐′
𝜔𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 (𝛼
2∙𝑐′
𝜔+𝑛′𝜋) (3.15)
Luând ăn considerare că L este un număr întreg de jumătăți de lungime de undă, expresia
(3.15) devine:
𝑥𝑛𝑜𝑑𝑎𝑙 =𝐿
𝑛𝜋𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 (1
𝑛𝜋𝑙𝑛𝑁 +𝑛′𝜋) (3.16)
în care: n’ – număr întreg; n’=0 pentru primul nod și n’=1 pentru nodul 2 și așa mai
departe.
În tabelul 3.1. sunt date valorile pentru factorul de amplificare N pentru câteva tipuri de
secțiuni.

26
Tabelul 3.1 . Valoarea factorului de amplificare N pentru diferite secțiuni [1 ]
Nr. crt. Forma secțiunii și tipul
concentratorului Factorul de
amplificare N Observații
1.

fDDN0 Suprafață
cilindrică,
exponențială
2.

ffbabaN00 Suprafață
rectangulară,
exponențială
3.

2 2d DDN
 Suprafață
circulară,
exponențială
4.

21
coscos
KlKlN N Suprafață
circulară,
exponențială
cK

03l

3.2. Programe software specializate pentru modelarea elementelor ansamblului
ultrasonic

Figura 3.1. Simulator online pentru calculul sonotrode lor [24]

27
Calculul vitezei sunetului, a frecvenței de rezonanță și a dimensiunilor de acordare ale
unui sistem acustic este o problemă complexă bazată pe rezolv area ecuațiilor diferențiale de
transmitere în medii activate. Un calcula tor specializat al parametrilor componentelor
ultrasonice este cel dezvolta t de cei de la PowerUltrasonics [1 ] (figura 3.1.) . Modul de lucru a
soft-ului constă în alegerea modului de analiză (calcularea lungim ii sau a frecvenț ei
sonot rodei), alegerea tipului de material ( oțel, aluminiu, titan , etc. ), forma geometrică a
sonotrodei ( cilindrică sau cilindrică în trepte) (Figura 3.1.) .
În cadrul soft -ului s -au folosit 4 materiale (Aluminiu 7001 -O, Titan Ti -7Al-4Mo, Titan
Ti-13V-11Cr -3Al și Oțel de scule AISI UNS T20811), proprietățiile materialelor fiind
prezentate în tabelul 3.2., pentru a se determina variația unor parametrii ( la o sonotrodă în
trepte cu amplitudinea de intrare de 20 µm, și frecvența de 20 kHz la diferite valori ale
diametrului de intrare și ieșire ale sonotrodei. Parametrii calculaț i de soft sunt: viteza
sunetulu, lungimea de undă, lungimea sonotrodei, rezistența maximă pe axă și amplitudinea
de iesire. Tabelul cu r ezulate le stiudilui de caz asupra variației parametrilor unei sonotrode la
modificarea dimetrului de intrare și di amnetrului de ieșire sunt prezentate în anexa 2.
Tabel 3.2. Proprietăți materiale folosite la fabricarea sonotrode lor [24]
Densitatea
materialului [Kg/m3] Modulul de
elasticitate [GPa] Coeficientul
lui Poisson
Aluminiu 7001 -O 2840 71 0,33
Titan Ti -7Al-4Mo 4480 111 0,32
Titan Ti -13V-11Cr -3Al 4820 110 0,3
Oțel de scule AISI UNS T20811 7800 210 0,3
Un alt soft , C.A.R.D. (figura 3.2.) , este dezvoltat de cei de la Krell Engineering care
este mult mai elaborat și pe lângă datele furnizate de calculatorul online prezentate anterior,
oferă date complete cu privire la elaborarea de caracterizare a ansamblului ultrasonic (factor
de amplificare , zona de amplasare a nodului de oscilație, factorul de calitate, dimensiunile
teoretice ale componentelor calibrate), generează grafice de variație a solicitărilor din material
și a pierderilor pe unitate de lungime, pe unitate de volum, pierderile cumula te [1 ]. În figura
3.2. este prezentată interfața de luc ru a softului numit C.A.R.D. – Krell Engineering.

28

Figura 3.2. Interfața de lucru a soft -ului C.A.R.D. – Krell Engineering

29
CAPITOLUL IV. ECHIPAMENT DE ÎMBINARE PRIN NITUIRE
ULTRASONICĂ A MATERIALELOR POLIMERICE
4.1. Generalități
În vederea realizării îmbinărilor nedemontabile a celor două repere (carcasă portperii ,
realizat ă din poliamida 6 -6 cu 30% fibră de sticlă și scut metalic , realizat din OL37 , care intră
in componența structurii și configurație i constructive a micromotoarelor din industria de
automobile, s -a folosit un echipament specializat de îmbinare prin nituire cu ultrasunete.
Echipamentul specializat ( figura 4.1 ) folosit în cadrul cercetărilor experimentale de îmbinare
prin nituire cu ult rasunete a fost dezvoltat de ISIM T imișoara. Principalele componente ale
unui echipament de îmbinare prin nituire cu ultrasunete sunt:
 modulul energetic, comandă și control – generatorul de ultrasunete (1);
 ansamblul ultrasonic, alcătuit dintr -un transductor piezoceramic, booster și sonotrodă,
interconectate cu ajutorul unor nipluri filetate (2);
 elemente de dispozitivare și acționare (3);
 batiu (4).

Figura 4.1. Echipamentul de sudare cu ultrasunete
Generatorul de ultrasunete , de putere 150W, alimentat la o linie de tensiune de 230 V și
frecvență de 50Hz, are rolul de a transforma energia electrică de joasă frecvență, 1 2 3 4

30
convențională (50-60Hz), în energie electrică de înaltă frecvență, 20kHz . Energia ele ctrică de
de înaltă frecvență, 20kHz , este aplicată la bornele elementu lui transductor piezoceramic ,
acesta având rolul de a transform a oscilațiile electrice de înaltă frecvență în micro vibrații
mecanice de înaltă frecvență. Amplitudinea microvibrațiilor ultrasonice la ieșirea din
transductorul piezoceramic este de 20µm.
Frecvența ultrasonică este transmisă de la elementul trasductor la reperele de sudat cu
ajutorul sonotrodei care mai înd eplinește și rolul de zonă activ ă și în acelaș timp aplică ș i forța
de apăsare necesară sudării. Pentru obținerea unor suduri de calitate este necesr ca materialul
din care este confecționată sonotroda să fie de calitate, să aibă proprietăți acustice foarte bune
și o rezistență ridicată la uzură și oboseală. Între transduc torul piezoceramic și sonotrodă se
interpune amplificatorul intermediar de undă de tip booster. Acesta îndeplinește două roluri
principale:
 permite fixarea ansamblului ultrasonic pe batiul echipamentului; fixare se face în zona
nodală a booster -ului;
 asigură amplificare a valorii microvibrațiilor ultrasonice cu un anumit factor ( 1:2,5;
1:2; 1:1,5; 1:1; 1:0,6; 1:0,5; 1:0,4 ) impus de aplicație.
Batiul echipamentului este realizat din aliaj de aluminiu pentru a asigura o rigiditate mare,
necesară pentru ca elementele pasive, fixa tre pe ele să nu consume prin vibrații o parte din
energia ultrasonică produsă de generatorul ultrasonic.
Pentru a aduce în contact reperele de sudat, sonotroda acționează asupra acestora prin
intermediul unui sistem de acționare electropneumatic și sistem de autoreglare a parametrilor
tehnologici de sudare. Când s -a atins forța prescrisă de strângere a pieselor este declanșată
producerea ultrasunetelor, urmând ca după executarea operației de sudare sistemul de
acționare să se ret ragă.
Caracteristicile tehnice specifice ale echipamentului de îmbinare prin nituire cu activare
ultrasonică sunt:
Tensiunea de alimentare 220 V / 50 Hz
Frecvența de lucru 20 kHz
Generator de ultrasunete în tehnică PWM
Puterea maximă 1500 W
Transductor cu generator piezoceramic
Reglaj parametrii tehnologici in tehnică digitală
Memorare program tehnologic DA

31
Acționare echipament electropneumatic
Productivitate 360 subans.sudate / ora
Incarcare / decarcare: manual
Pentru a realiza un acord acustic foarte bun între mărimile de ieșire ale transductorului
booster -ului și sculei active ( sonotrodă ) sunt necesare parcurgerea următoarelor etape:
 conceperea și realizarea amplificatorului intermediar de undă (booster);
 conceperea și realizarea sculei active (sonotrod a).
4.2. Conceperea și realizarea elementelor ansamblului ultrasonic
Etapele privind concepția și realizarea elementelor ansamblului ultrasonic (booster și
sonotrodă) folosind programe software sunt prezentate schematizat în figura 4.2

Figura 4.2. Concepția și realizarea
elementelor ansamblului ultrasonic
folosind programe software Introducere date în program
Selectare suprafață de calibrare Definirea geometriei piesei
Simulare proces
Rezultate după simulare
Este soluția
corectă
Prelucrare pe mașini unelte
Măsurare -calibrare
Piesa calibrată
40kHz
STOP Da Nu Da Nu

32
4.2.1 Conceperea și realizarea amplificatorului intermediar de undă folosind programe
software specializate
Pentru concepția sonotrodelor folosite la partea practică s -a folosit programul software
specializat C.A.R.D dezvoltat de Krell Engineering .
Simularea cu acest program a permi s cunoașterea parametrilor de stare de solicitare ai
booster -ului, coeficient de amplificare, amplasarea nodurilor și ventrelor, mărimea
amplitudinii, curbele de variație ale pierderilor și a stărilor de solicitare internă .
Elementele teoretice de caracterizare a ansamblului ultrasonic (booster și sonotrodă), care
lucrează la frecvența de rezonanță de 20kHz, obținute în urma simulării folosind programe
software specializate su nt prezentate în tabelul 4.1 .
Tabelul 4.1 Elemente teoretice de caracterizare a ansamblului ultrasonic
Componență Booster
Material Al 2024 -T3
Frecvență [kHz]; 20
Lungime [mm]; 133,67
Coordonata nod oscilație [mm]; 65,2
Solicitarea maximă [Mpa \mm]; La 20 µm
ieșire 2,17 /69,5
Energia totală de deformație [Joules]; 9,05×10-4
Puterea disipită[W]; 4.4×10-3
Factorul de calitate Q; 26000
Factor de amplificare; 1,08
Viteza sunetului [m \s] 4765
Amplitudinea de ieșire [µm] 10,8

În figura 4 .3 sunt prezentate atât forma și dimensiunile boosterului cât și alte date
furnizate de program. Acestea sunt:
 Variația stării de solicitare în lungul booster -ului;
 Modul de variație a amplitudinii relative de -a lungul elementului booster ;

33

a.

b.

c.
Figura 4.3 Mărimi de caracterizare a booster -ului: a. Variația tensiuni la intrare; b. Modul de
variație a amplitudinii de -a lungul boosteru -lui; c. Forma și dimensiunea

Programul de simulare C.A.R. D. poate furniza informații și cu privire la:
 Curbele de variație a energiei de deformație pe lungime, pe volum și cumulate;
 Curbele de variație a pierderilor pe lungime, pe volum și cumulata.

4.2.2 Conceperea și realizarea sculei active (sonotroda) folosind programe software
specializate
Pentru concepția sonotrodelor folosite la partea practică s -a folosit programul software
specializat C.A.R.D dezvoltat de Krell Engineering .
Simularea cu acest program a permi s cunoașterea parametrilor de stare de solicitare ai
sonotrodei , coeficient de amplificare, amplasarea nodurilor și ventrelor, mărimea amplitudinii,
curbele de variație ale pierderilor și a stărilor de solicitare internă .
Modul de lucru al programului consta în parcurgerea următoarelor etape:

34
 Introducerea datelor în program (date pri vind tipul rezonatorului ce dorim sa îl
construim, modul de realizare a calibrării, parametrii de caracterizare a rezonatorului,
definirea găurii de prindere a sonotrodei , etc.), (figura 4.4.) ;

Figura 4 .4. Introducerea datelor
 Stabilirea echipamentului ce va fi folosit în procesul de sudare (frecvența de rezonanță
a generatorului, puterea de lucru);
 Se stabilește materialul folosit pentru construcția rezonatorului (acesta poate fi definit
de operator sau ales din baza de date a programului) ;
 Se introduc formele rezonatorului conform figurii 4.5 .

Figura 4.5. Introducerea formei sonotrodei prin definirea suprafetelor
 Se selectează suprafața la nivelul căreia se face calibrarea.
În urma rulării programului pentru prima sonotrodă folosita în partea practică, sonotrodă
cilindrică din aluminiu cu o singură zonă activă s -a obținut forma teoretică a sonotrodei,
calibrată la frecvența de rezonantă.
Alte date obți nute în urma rulării programului sunt:

35
 Factorul de amplificare al rezonatorului ultrasonic;
 Factorul de calitate;
 Amplasarea nodului de oscilație ;
 Diagramele de variație a amplitudinii pe toată lungimea r ezonatorului conform figurii
4.6.

Figura 4.6 . Variația amplitudinii
 Graficele solicitărilor interne (figura 4.7.) ;

Figura 4.7 . Solicitările interne
Desenul de execuție a sonotrodei este prezentat în anexa A3.
A doua simulare se face pentru o sonotrodă profilată cu patru zone active cu ajutorul
căreia cele patru nituiri se produc în acelaș timp. Pașii urmați pentru simularea sonotrodei sunt
aceeași cu cei de la prima simulare :
 Introducerea datelor în program
 Stabilirea echipamentului ce va fi folosit în procesul de sudare
 Se stabilește materialul folosit pentru construcția rezonatorului

36
 Se introduc formele rezonatorului ;
 Se selectează suprafața la ni velul căreia se face calibrarea;
Variația a mplitu dinii și forma teoretică a sonotrod ei sunt prezentate în figura 4.8 .
a.
b.
c.
Figura 4 .8 Elementele de caracterizare t eoretică a sonotrodei din
aluminiu (20kHz): a. Curba de variație a amplitudinii în lungul
sonotrodei;
b. variația stării de solicitare internă; c. forma și dimensiunile teoretice
Softul realizaează calibrarea teoretică a lungimii sonotrodei, și mai poate calcula zona
nodală a piesei. La introducerea formei rezonatorului în soft, lungimea acestuia a fost de 141
mm, după calibrarea teoretică lungimea rezonatorului a ajuns la 145,9 mm , conform figurii
4.9.

37

a.

b.
Figura 4.9 Calibrarea rezonatorului : a. Calibrarea pe lungime ; b Date oferite după calibrare
Desenul de execuție a piesei este prezentat in anexa A4.
Cu ajutorul programelor specializate de modelare s -au eliminat calculele laborioase
pentru calcularea formelor și datelor despre sonotrode, programul calculand automat dupa
introducerea datelor inițiale toate datele necesare pentru o sonotrodă și afisând graficele ceea
ce reduce semnificativ durata de calcul.
Calibrarea finală (aducerii la frecvența de rezonanță de 20kHz) a elementelor (booster
și sonotrodă) ansamblului ultrasonic s -a realizat cu ajutorul standul ui experimental prezentat
în figura 4.10. Acesta este alcătuit dintr -un generator de semnal cu funcții programabile
HAMEG HM8130 (1) și un o sciloscop Tectronix TDS2012 (2).

Figura 4.10. Stand experimental de testare și calibrarea a ansamblului ultrasonic:
1 – generator de semnal; 2 – osciloscop
2
1

38
CAPITOLUL V. DETERMINARI EXPERIMENTALE
5.1. Caracterizarea materialelor de îmbinat
Încercările experimentale s -au derulat în cadrul Institutului Național de Cercetare –
Dezvoltare în Sudură și Încercări de Materiale – ISIM Timișoara, iar m aterialele de îmbinat
au fost :
1. suport port perii – poliamid ă 6-6 cu 30% fibr ă de sticlă , figura 5.1a ;
2. scut metalic – s235, figura 5.1b.

a. b.
Figura 5.1 Repere de îmbinat : a. suport portperii; b. scut metalic
Cele două repere de îmbinat reprezintă parte a ansamblului micromotoarelor electrice
(figura 5.2), alcătuit din suport portperii (1), perii colectoare (2), subansamblu colector (3) și
un scut metalic (4).

Figura 5.2 Ansamblu micromotor electric : 1. suport portperii; 2. perii colectoare; 3. Subansamblu
colector; 4. Scut metalic
Poliamida 6 -6 aditivată cu 30% fibre de sticlă dă un grad mai mare de rezistență
mecanică, rigiditate, rezistență la fluaj, stabilitate dimens ională și rezistență de uzură mai
2 3
4 1

39
mare decat la poliamida 6 -6 neaditivată. Culoarea poliamidei este neagră, densitatea are
valoarea de 1,29 g/cm3 și temperatura de topire este de 255 grade Celsius.
Suportul portperii (figura 5.1a) este prevăzut cu o zonă cu patru pini. Cei patru pini
îndeplinesc următoarele roluri:
 asigura centrarea și poziționarea corectă a scutului metalic în raport cu suportului
portperii ;
 asigură, prin intermediul celor patru umeri, o așezare corectă între scutul metalic și
suportului portperii ;
 prin deformare termoplastică cu ultrasunete asigură îmbinarea rezistentă a scutul ui
metalic și suportului portperii .
Îmbinarea rezistentă a celor două repere poate fi realizată în două variate:
 îmbinare prin nituire cu element încălzitor;
 îmbina re prin nituire cu ultrasunete.
Îmbinarea prin nituire cu ultrasunete a celor patru pini ai suportului portperii se poate
realiza în două variante tehnologice:
 succesiv – caz în care se folosește o sonotrodă cu o singură zonă activă;
 simultan – caz în care se folosește o sonotrodă profilată, cu patru lobi activi.
5.2. Încercări experimentale
Nituirea cu ultrasunete s -a realizat atât în varianta secvențială folosind o sonotrodă cu un
singur cap activ, cât și simultan folosind o sonotrodă profilată cu patru zone active.

a. b.
Figura 5.3 Sonotrode din aluminiu:
a. cu o singură zonă activă; b. cu patru lobi active
În figura 5.3 se prezintă cele două tipuri de sonotrode de îmbinare cu ultrasunete a
scutului metalic pe suport portperii, iar în figura 5.4 se prezintă echipamentul specializat
folosit la îmbinarea prin nituire cu ultrasunete a celor două repere. Echipame ntul specializat,

40
prezentat în figura 5.4, a fost realizat integral de ISIM Timișoara ca urmare a unei solicitări
din industrie. Principalele elemente care întră în alcătuirea echipamentului ultrasonic
specializat de îmbinare prin nituire sunt:
 generatorul de ultrasunete – 20kHz (1);
 dispozitivul de așezare și fixare a reperelor de îmbinat (2);
 ansamblul rezonator ultrasonic (3), alcătuit dintr -un transductor piezoceramic,
amplificator intermediar de undă (booster) și sonotrodă cu patru lobi activi;
 batiul (4).

Figura 5.4 Echipament specializat de îmbinare prin nituire cu ultrasunete: 1. Batiu; 2. Ansamblu
ultrasonic (transductor -booster -sonotrodă); 3. Dispozitiv de așezare; 4. Generator de ultrasunete –
20kHz
Generatorul de ultrasunete, figura 5.5, îndeplinește atât rolul de realizare a energiei
electrice de înaltă frecvență ( 20.000Hz ) cât și de comandă și control, ansamblul ultrasonic are
rolul de a transforma energia electrică în microvibrații de frecvență ul trasonică (20kHz), prin
intermediul transductorului piezoceramic, booster -ul are rolul de fixare a ansamblului
ultrasonic pe batiul echipamentului și de amplificare a microvibrațiilor, iar sonotroda, care
este și sculă activă de lucru, are rol de amplifica re a microvibrațiilor ultrasonice la o frecvență
impusă de aplicație.
3
2 1 4

41

Figura 5.5 Generator ul de ultrasunete – 20kHz
Modelul funcțional al echipamentului cu ultrasunete , folosit la îmbinarea prin deformare
termoplastica a celor patru nituri din poliamida 6-6 cu 30% fibră de sticlă , are următoarele
caracteristici tehnice :
Tensiunea de alimentare 230 V / 50 Hz
Frecvența de lucru 20 kHz
Generator de ultrasunete în tehnică PWM
Puterea maximă 1500 W
Transductor cu generator piezoceramic
Reglaj parametrii tehnologici în tehnică digitală
Memorare program tehnologic DA
Acționare echipament electropneumatic
Productivitate 360 subans. sudate / ora
Încărcare / descărcare : manual
Fazele procesului tehnologic se deruleaz ă după cum urmeaz ă:
1. Încărcare manuala subansamblu format “suport portperii poliamida + scut S235 ”
2. Apăsare buton “START”
3. Cobor âre ansamblu rezonator BOOSTER
4. Sudare
5. Sfârșit sudare
6. Ridicare ansamblu rezonator BOOSTER
7. Descărcare subansamblu sudat
În figura 5. 6 este prezentat afișajul LCD unde se pot modifica timpul de coborâre a
echipamentului, timpul de sudare și timpul de ridicare a echipamentului. După modificarea
parametrilor se poate începesudarea. Exista posibiliatea ca programele să fie memorate și
aloca te de la sistemul de inițializare.

42

Figura 5. 67 Afișaj LCD program lucru si mod lucru
Încercările experimentale realizate cu sonotroda cu o singură zonă activă (nituire
succesivă) au fost conforme din punct de vedere al calității îmbinării prin nituir e cu activare
cu ultrasunete, dar productivitatea muncii a fost redusă ca urmare a timpului necesar
repoziționării succesive a fiecăruia dintre cei patru pini ai suportului portperii în zona de atac
a sonotrodei.
De asemenea, primele încercări experimentale derulate au scos în evidență și situația în
care la doi (pinul 1 și 2 din figura 5.6) dintre cei patru pini s -a manifestat un exces de bavură,
datorată unei striviri pronunțat e a nitului, la pinul 3 deformarea t ermoplastică a fost
insuficientă, iar la pinul numărul 4 deformarea termoplastică nu s -a produs (figura 5.6). Acest
lucru s -a datorat poziționării necorespunzătoare dintre sonotrodă și dispozitivul de poziționare
și fixare a reperelor în vederea îmbinării. După realizarea perpendicularității între axa
sonotrodei și suprafața frontală a suportului portperii acest inconvenient a fost eliminat,
piesele obținute fiind conforme cu caietul de sarcini.
Este de menționat faptul că, caietul de sarcini prevede, pentr u o piesă conformă, atât lipsa
oricărui joc între piesele de îmbinat cât și lipsa zonelor cu bavuri la nivelul zonei nituite.

Figura 5.6 Neconformități apărute în procesul de îmbinare prin nituire cu activare cu ultrasunete :
1, 2 – zone cu o strivire pronunțată a nitului; 3 – zonă insuficient deformată; 4 – zonă fără deformare
Din motive de creștere a productivității muncii sonotroda cu o singură zonă activă a fost
înlocuită cu o sonotrodă cu patru lobi activi. Utilizarea unei sonotrode cu patru lobi activi a
3
1 4
2

43
permis deformarea termoplastică simultană a celor patru pini ai suport ului portperii,
obținându -se astfel îmbinarea finală a celor două repere (suport portperii – carcasă metalică).
Pentru sudarea reperelor s -a construit și un dispozitiv de sudare care îndeplinește
următoarele funcții: poziția geometrică a reperelor singular e, fixarea reperelor prin forța de
apăsare scut metalic, izolarea acustică a reperelor la sudare în raport cu dispozitivul de
așezare, senzor optoelectronic ce indică prezența piesei la sudare.
În figura 5.7 se prezintă atât dispozitivarea la sudare cât și forma activă a sonotrodei din
aluminiu folosită la îmbinarea simultană a celor două repere.

Figura 5. 7 Dispozitivarea la sudare a reperelor: 1- element de centrare ; 2 – dispozitiv fixare si izolare
acustica; 3 – izolare acustica; 4 – senzor; 5 – sonotr odă cu patru lobi
Folosind sonotroda din aluminiu cu lobi multipli (figura 5.7) s -a obținut îmbinări
conforme din punct de vedere al fixării (lipsa jocurilor) celor două repere (suport portperii –
carcasă), dar neconforme din punct de vedere al formei finale a niturilor (strivire
necontrolată). Acest lucru relevă faptul că forma paralelipipedică a zonelor active ale
sonotrodei nu permite controlarea formei finale a operației de ni tuire cu ultrasunete și s-a
impus reconfigurarea unei noi sonotrode care să permită controlul formei finale a nitului.
În figura 5.8 sunt prezentate elementele teoretice de caracterizare a sonotrodei
specializate, în tabelul 5.1 mărimile caracteristice, ia r în figura 5.9 este prezentată forma
finală a sonotrodei, după operațiile de calibrare ultraacustică la frecvența de rezonanță de
20kHz și prelucrare mecanică pe mașini cu comandă numerică.

44
a.
b.
c.
Figura 5.8 Elementele de caracterizare teoretică a sonotrodei din titan
(20kHz): a. Curba de variație a amplitudinii în lungul sonotrodei;
b. variația stării de solicitare internă; c. forma și dimensiunile teoretice

Tabelul 5.1 Elementele teoretice de caracterizare a sonotrodei
Componență Sonotrodă
Material Ti-6Al-4V
Frecvență [kHz]; 20
Lungime [mm]; 141
Coordonata nod oscilație [mm]; 74,5
Solicitarea maximă [Mpa/ mm]; La 1 µm
ieșire 2,17 /69,5
Energia totală de deformație [Joules]; 3,36×10-4
Puterea disipită[W]; 1,6×10-3
Factorul de calitate Q; 26000
Factor de amplificare; 2,5
Viteza sunetului [m/ s] 5071
Amplitudinea de ieșire [µm] 50

Forma specifică a zonei active (figura 5.9b) realizată la nivelul celor patru lobi de sudare
permite controlul final al configurației nitului. În figura 5.10 se prezintă forma finală a
îmbinării prin nituire cu activare cu ultrasunete. Se poate observa că utilizarea sonotrodei cu
lobi multipli și zonă activă specifică (figura 5.9b) a permis și controlul formei finale a capului
nitului. Parametrii tehnologici de sudare sunt prezentați în tabelul 5.2

45

a. b.
Figura 5.9 Sonotrodă din titan cu lobi multipli: a. forma generală sonotrodei;
b. forma la nivelul zonei active

Tabelul 5.2 Parametrii tehnologici
Presiune la
sudare P ,
[daN] Amplitudine
vibrații
[µm] Timp sudare t s,
[s] Timp
postsudare t p,
[s] Timp coborâre
tc, [s] Timp
ridicare t r,
[s]
8 50 1,2 1,5 1,8 2

a. b.
Figura 5.10 Nituirea cu ultrasunete: a. vedere de ansamblu a celor două repere în urma
operației de îmbinare prin nituire cu ultrasuente; b. detaliu la nivelul zonei îmbinate

Calitatea îmbinărilor realizate a fost certificata prin control vizual, controlul dimensional
al capătului de nit realizat și lipsa jocului mecanic între cele doua repere carcasă por tperii, cu
scut metalic din S235 .

1 1

46
Concluzii
În prima parte a lucrării, pe baza unui studiu bib liografic bogat s -au sintetizat toate
aspectele specifice relevante, privind structura, principiul fizic de funcționare, procedurile sau
metodele de funcționare, procedurile sau metodele de dimensionare și investigare, a
echipamentelor tehnologice, destina te îmbinării cu ultrasunete a metalelor.
Nituirea cu ultrasunete , procedeu de îmbinare prin deformare termoplastică, prezintă o
serie de avantaje fa ță de metoda clasică cu poanson cald, îmbinarea rezultată este lipsită de
tensiuni, are o mare capacitate admisibilă de solicitare, este insensibilă la schimbările de
temperatură și durata de execuție foarte mică.
Și la nituire este folosit principiul transf ormării energiei ultrasonore în căldură, numai ca
spre deosebire de sudare, această transformare în căldură are loc între sonotrodă și suprafața
materialului plastic. Suprafața activă a sonotrodei este adecvată geometriei formei finale a
capului nitului. C ăldura dezvoltată alături de forța de apăsare -sudare determină deformarea
termoplastă în volumul materialului coloanei elementului de asamblare de tip nit.
Calitatea îmbinărilor realizate a fost certificata prin control vizual, controlul dimensional
al cap ătului de nit realizat și lipsa jocului mecanic între cele doua repere carcasă por tperii, cu
scut metalic din S235 .
În partea aplic ativă s -a abordat dimensionarea componentelor principale ale unui
echipament tehnologic de sudare, simularea sonotrodei care permite cunoașterea parametrilor
de stare și de solicitare a sonotrodei, coeficientul de amplificare, mărimea amplitudinii,
curbele de variație și stările de solicitare internă. Tot în ac eastă parte s -a realizat îmbinarea
nituită cu ultrasunete a unor pie se aparținând indust riei de autovehicule, capac portperii, cu
echipamente de la ISIM Timișoara .

47
Bibliografie
[1]. SÎRBU, N.A. , Cercetări teoretice și experimentale privind activarea cu ultrasunete a
proceselor de curgere a materialelor polimerice, Ed. Politehnica seria 8, nr. 8, ISSN:
1842 -8967, ISBN: 978 -973-625-806-0, (2009)
[2]. AMZA, G., Ultrasunetele – Aplicatii Active, Ed. Agir, ISBN: 978 -973-720-069-9,
(2006).
[3]. Handbook of Plastic Joining – A practical Guide, Ed. Plastic Design Library, ISBN: 1 –
884207-17-0, (2011).
[4]. ȘORA, I., BICA, D., NICOARĂ, D., VEKAS, L., MUNTEAN, N., SAVII, C.,
Echipamente electroultraacustice pentru procesarea performantă în medii lichide, Ed.
Orizonturi Universitare, ISBN: 973 -8109 -98-1, (2002).
[5]. NANU, A., Prelucrearea prin ero ziune cu unde ultrasonice, Ed. Bren, Vol. VIII, ISBN:
973-648-385-1, (2004).
[6]. ICLĂNZAN, T., Plasturgie, Ed. Politehnica, ISBN: 973 -625-104-7, (2003).
[7]. http://www.softeduc. ro/LECTII/materiale_plastice_cls7/clasificare.html
[8]. POPESCU, M., Îmbinarea materialelor avansate, Ed. Politehnica, ISBN: 978 -606-554-
243-3, (2010).
[9]. POPESCU, M., MARTA, C., Îmbinarea materialelor avansate – Teme experimentale, Ed.
Politehnica, ISBN: 978 -973-625-762-9, (2008).
[10]. http://www.emabond.com/material -compat.html
[11]. http://www.forwardtech.com/ultrasonic -welders/ultrasonic -weld -types
[12]. POPESCU, M., MARTA, C., PERNEVAN, M.S., Îmbinarea materialelor avansate –
Aplicații, Ed. Politehnica, ISBN: 978 -606-554-415-4, (2011).
[13]. CLEȘIU, S.R., Sudarea materialelor plastice, Ed. Si d 73, (1987).
[14]. ULIANOV, C., Procedee speciale de sudare, Ed. Tehnica – Info, ISBN: 9975 -63-080-
4, (2001).
[15]. BOARNĂ, C., DEHELEAN, D., AEJOCA, I, Procedee neconvenționale de sudare,
Ed. Facla, (1980)
[16]. Handbook of Plastic Joining – A practical Guide, Ed. Plastic Design Library, ISBN:
1-884207 -17-0, (2011).

48
[17]. NANU, A.S., MARINESCU, N.I., GHICULESCU, D., Study on ultrasonic horn
geometry design and FEM simulation, Nonconventional Tehnologies Review – no.
4/2011, (2001).
[18]. www.sonica -us.com/id2.html
[19]. http://www.afmeng.com/UltrasonicWelding/Ultrasonic_Welding_Information/The%
20Ultrasoinc_Stack/Default. aspx
[20]. DANCIU, M., Cercetări privind utilizarea ultrasunetelor în procesele de condiționare
a lichidelor alimentare – Teză de doctorat, (2001).
[21]. http://www.atcp -ndt.com/products/piezo -and-ultrasonics/trz -horn-
analyzer/applications -trz.html
[22]. http://www.emersonindustrial.com/en –
US/documentcenter/BransonUltrasonics/Plastic%20Joining/Ultrasonics/Technical%20Inf
o/PW -02_Boosters.pdf
[23]. http://www .bombayharbor.com/productImage/0125646001280016580/Ultrasonic_So
notrode_Horn.jpg
[24]. http://www.matweb.com/

49
Anexe

A1. Abrevieri ale unor materiale plastice uzuale;
A2. Tabele studiu de caz
A3. Desene de execuție sonotrodă cu o zonă activă
A4. Desen execuție sonotrodă cu patru zone active

50
ABREVIERI ALE UNOR MATERIALE PLASTICE UZUALE
MATERIAL PLASTIC ABREVIERI ÎN LIMBA
ROMÂNĂ GERMANĂ ENGLEZĂ FRANCEZĂ
Acrilonitril -butadien -stiren
copolimer ABS ABS ABS ABS
Acetat de celuloză CA CA CA AC
Acetobutirat de celuloză CAB CAB CAB CAB
Etil celuloză EC EC EC EC
Poliacetal (Polioximetilen) POM POM POM POM
Poliamidă PA PA PA PA –
Poliariletercetonă – PAEK PAEK PAEK
Polietercetonă – PEK PEK PEK
Poliarilsulfonă PALS – – PAS
Polibutilentereftalat PBT PBTP PBTP PBTP
Policarbonat PC PC PC PC
Policlorură de vinil clorurată PVC -C PVCc – PVC -C
Policlorură de vinil plastifiată PVC -M PVCw – PVC -P
Policlorură de vinil rigidă PVC -D PVCh – PVC -U
Policlorură de vinilden PVDC PVDC PVDC PVDC
Policlortrifluoretilenă PCTFE PCTFE PCTFE PCTFE
Polietilenă de joasă densitate PEJD LDPE LDPE PE-LD
Polietilena de înalta densitate PEID HDPE HDPE PE-HD
Polieterestercetonă PEEK PEEK PEEK
Polieterestercetoncetonă PEEKK PEEKK PEEKK
Polietersulfonă PES PES PES PES
Polieter clorurat PEC – – –
Polietilentereftalat PET PETP PET PETP
Polifenilenoxid PPO PPO PPO PPO
Polifluorură de vinil PVF PVF PVF PVF
Polifluorură de vinilden PVDF PVDF PVDF PVDF
Polifenilensulfură PPS PPS PPS PPS
Polimer pe bază de cristale lichide LCP LCP LCP LCP
Polimetacrilat de metil PMMA PMMA PMMA PMMA
Polimetilentereftalat PMT PMTP – PMTP
Polipropilenă PP PP PP PP
Polistiren de uz general PS PS PS PS
Polistiren rezistent la șoc PAS SB SB
Politetrafluoretilenă PTFE PTFE PTFE PTFE
Polisulfonă PSU PSU PSU PSU
Poliuretan termoplastic PU PUR PUR PUR
Polivinil butiral PVB PVB PVB PVB
Polivinil formal PVFM PVF PVF PVF
Stiren acrilonitril copolimer SAN SAN SAN SAN