PT115719B - Dispositivo e método de brasagem por ultrassons sob carga controlada - Google Patents

Abstract

A INVENÇÃO REFERE-SE A UM DISPOSITIVO DE BRASAGEM ULTRASSÓNICO E AO RESPETIVO MÉTODO DE BRASAGEM. MAIS ESPECIFICAMENTE, O DISPOSITIVO COMPREENDE UMA UNIDADE DE VIBRAÇÃO ULTRASSÓNICA (USV); UMA UNIDADE DE CARGA (PRESSÃO), UMA UNIDADE DE AQUECIMENTO E UMA UNIDADE DE GÁS DE PROTEÇÃO. ADICIONALMENTE, O MÉTODO DE BRASAGEM COMPREENDE: MODIFICAÇÃO DA RUGOSIDADE DAS SUPERFÍCIES DAS JUNTAS COM UM MEIO ABRASIVO; CARREGAMENTO DO DISPOSITIVO COM MATERIAL(S) DE ENCHIMENTO E CONJUNTO DE MATERIAIS DE BASE; APLICAÇÃO DE UMA CARGA/PRESSÃO VERTICAL INICIAL; AQUECIMENTO DO CONJUNTO DE BRASAGEM, AJUSTE DA CARGA/PRESSÃO DURANTE O PROCESSO DE AQUECIMENTO E/OU ANTES DA ATIVAÇÃO DO USV E/OU DURANTE OS TEMPOS DE RETENÇÃO E AJUSTE DA CARGA APÓS A APLICAÇÃO DO USV, FINALIZANDO COM O ARREFECIMENTO DO CONJUNTO DE BRASAGEM.

Description

DESCRIÇÃO

Dispositivo e método de brasagem por ultrassons sob carga controlada

Campo Técnico

A presente divulgação consiste num dispositivo de brasagem ultrassónico e ao respetivo método de brasagem sob carga controlada continuamente ou intermitente, de modo a ser útil em aplicações de selagem de produtos com formas complexas, com grandes superfícies, materiais em que o processo de soldagem é difícil, e que possuem espessura relativamente maior em comparação com a soldadura por ultrassons. Adicionalmente, é possível utilizar a brasagem ultrassónica para unir superfícies de junta em micro escala ou para fabricar conjuntos cerâmica-metal brasado que proporcionam elevada resistência mecânica, bom isolamento elétrico e propriedades herméticas que permitam à junta manter um elevado nível de vácuo à temperatura de trabalho.

Antecedentes da invenção

A cavitação acústica gerada no metal líquido é considerada como o fenómeno físico mais importante da propagação das oscilações ultrassónicas [l]-[4]. Os resultados incluem: requisitos atmosféricos menos específicos devido à rápida quebra da camada de óxido [5], [6], maior disseminação da carga fundida [7], [8], melhor qualidade micoestrutural da junta de brazagem [6].

A vibração ultrassónica (ultrasonic vibration-USV) como ferramenta auxiliar na brasagem de titânio está a receber cada vez mais atenção. A USV ajuda a reduzir o tempo de brasagem e permite melhor flexibilidade relativamente a ambientes de brasagem, subsequentemente, reduzindo os custos de processo

2/30 através da redução do tempo e procedimentos que possam ser necessários para a preparação da junta. A maioria dos estudos concentra-se na tecnologia ultrassónica e no seu papel essencial na quebra da camada de óxido [5] , sendo útil para conseguir uma boa molhabilidade mesmo para da cerâmica na atmosfera do ar [7], [9], [10].

A tabela 1 resume os parâmetros tecnológicos e os resultados da resistência ao corte das juntas de Ti/Ti e Ti/ΆΙ por brasagem assistida por ultrassons, utilizando enchimentos à base de AI.

Tabela 1 Estudos recentes de brasagem assistida por ultrassons

de juntas Ti/Ti e Ti/Al por enchimento à base de AI [11].
Ref.	Materiais	Método de aquecimento & melhores condições (Tudo na atmosfera do ar)	Resistência ao corte(MPa)
[12]	Metal parental: Grade5 Metal de enchimento:	Ti Brasagem por indução 660°C, 5sec USV, 84 W	50-60
	TiBraze Al-665 (Al-2.5Mg0.3Cr)/100 pm	sem tempo de detenção

[6]	Metal parental: Ti Grade5/A11060 Metal de enchimento A1-12SÍ	A=6pm, 20KHz, 620°C, 4sec USV + Retenção para 15 ou 5min+4 ou Osec USV	~68
	Metal parental: Ti	Brasagem por indução.
	Grade2	25KHz, 120W,670 °C
[13]	Metal de enchimento:	Retenção em 560 °C para 5min, em seguida, o aquecimento para	~64
	TiBraze A1-665A	670°C e de retenção para 3min,

(Al-2.5Mgaplicando USV para 6s.

3/30

0.3Cr) /50 pm

Metal parental: Ti Grade5/A16061

Metal de

[8] enchimento: Al9.4Si-10Zn-10CuA=6pm, 20KHz, 560°C, 4sec USV + retenção para 60 min+4sec USV ~43

2Ni

Metal parental: Ti

Grade5/A16061

Metal de

[8] enchimento: Al15Sn-8.2Si-8.5ZnA=6pm, 20KHz, 560°C, 4sec USV + retenção para 15 min+4sec USV

8.5Cu-l.7N1

Antes de se atingir a temperatura de brasagem, a aplicação de carga é muito importante para reduzir a oxidação das superfícies das juntas. Ao aplicar ou induzir uma carga não controlada, uma quantidade incerta de metal de ligação pode ser expelida para fora da junta ao atingir a temperatura de brasagem e/ou após ter atingido a temperatura de brasagem. Ά eficiência do USV, neste caso, será variada na área da junta, e a qualidade da junta das mesmas condições não será consistente.

A utilização de uma carga constante para todas as fases de brasagem apresenta um impacto negativo na qualidade final da junta de brasagem. A aplicação de carga após término da vibração ultrassónica ajuda na distribuição eficiente dos materiais de enchimento em certos parâmetros USV e modos de vibração da junta.

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Além disso, para garantir a transferência eficiente de USV para a junta, o dispositivo de fixação e o mecanismo pelo qual o USV está a ser transferido para o material de base deve ser cuidadosamente concebido. Isto inclui ter em conta as propriedades acústicas dos componentes do aparelho de fixação, e a localização da ponta do radiador acústico [14], para além das forças aplicadas na área de junção.

O estado da técnica mostra que o radiador acústico está localizado diretamente na área da junta ou na lateral do metal de base. A pressão/carga aplicada resulta do peso do radiador acústico e/ou da fixação utilizada para o conjunto de brasagem e/ou do peso da parte superior para secções relativamente espessas e de maior volume [6]-[8], [12], [13], [15].

Devido à reatividade do alumínio com o titânio, que resulta na rápida formação das camadas intermetálicas quebradiças afetando a resistência das juntas produzidas [11], [16], a escolha e controlo dos parâmetros de brasagem ultrassónica deve ser cuidadosamente realizada para se obter juntas brasadas de boa qualidade. Por exemplo, aumentar a temperatura 660 a 670 °C ou reduzir a espessura do enchimento (100 a 60pm) ou ainda aumentar a potência/intensidade do ultrassom em 10% resulta num aumento de porosidade da área de brasagem [12].

A aplicação de brasagem em vácuo é útil para proporcionar proteção das amostras antes ou depois de se atingir a temperatura de brasagem. O radiador acústico introduzido na câmara de vácuo poderá também fornecer a pressão necessária para uma difusão de fase líquida, tal como discutido em CN103394783A. Contudo, as limitações do método descrito são o tempo relativamente elevado de preparação, o custo do equipamento e a limitação do ciclo de brasagem (tempo

5/30 temperatura) , uma vez que o radiador acústico está localizado dentro da câmara de aquecimento. Além disso, a brasagem em vácuo é normalmente restrita às peças de pequena dimensão/comprimento, o que torna o custo da produção relativamente mais elevado do que a brasagem em temperatura normal ou numa atmosfera controlada, além da menor flexibilidade.

O documento CN 109014582A refere-se a um dispositivo de soldadura assistido por ultrassons que utiliza como componentes de soldadura compósitos laser-MIG. Entretanto, um técnico no assunto percebe que os componentes metálicos de base mencionados no referido documento são diferentes na forma e para diferentes campos de trabalho, bem como a metodologia de junção é diferente em comparação com a atual. A fixação do conjunto é feita através da pressão externa.

O documento CN107649800A revela uma tecnologia de controlo de fendas de brasagem para juntas sobrepostas, que inclui a utilização de um dispositivo de nivelamento e uma prensa hidráulica equipada com um sensor de pressão. A carga é aplicada apenas após a fusão da liga de enchimento. Os valores correspondentes da fenda de brasagem são otimizados com recursão à aplicação de diferentes cargas. Quando uma superfície com uma determinada rugosidade é apertada, os pontos salientes serão deformados, e dentro de uma certa gama de pressão, quanto maior for a força aplicada, menor será a folga.

Resta claro que a técnica não revela, nem tão pouco sugere um método de brasagem, no qual a carga é controlada através de todas as fases de brasagem, enquanto a espessura da junta brasada é o resultado de muitos fatores e não a rugosidade das

6/30 superfícies das juntas por si só, uma vez que a carga aplicada na invenção corrente não é alta em comparação com a produzida pela prensa hidráulica. Não é mencionado na técnica, nem tão pouco sugerido, uma prensa operada mecânica ou pneumaticamente, de modo a garantir um melhor controlo para uma gama de cargas baixas em comparação com a hidráulica. A carga aplicada após a USV aqui, embora afete a espessura, serve também para homogeneizar a junta e melhorar a qualidade da junta durante a solidificação. Ά monitorização e variação da carga durante todas as fases de brasagem aumenta a qualidade da junta, proporciona um controlo preciso das fases de brasagem, e aumenta a eficiência do USV. Os especialistas na técnica reconhecerão que aspetos particulares da rugosidade ajudam a aumentar a eficiência/qualidade de brasagem.

O documento CN108500411A refere-se a um dispositivo e um método de brasagem de junta topo a topo ou angular. As vibrações ultrassónicas são transmitidas para o material de enchimento diretamente através de uma agulha de vibração.

Entretanto, o especialista na técnica reconhece que este método necessita de um controlo muito preciso especialmente para as pequenas articulações. Além disso, a agulha necessita provavelmente de ser substituída regularmente.

Adicionalmente, o pedido ΕΡ0947277Ά2 fornece um método de união de uma cabeça de cilindro e uma válvula, onde referido método baseia-se no princípio da resistência elétrica dos mesmos componentes articulares e na pressão aplicada para obter a junta de soldadura sem vibração ultrassónica.

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Descrição da invenção

A presente invenção consiste num dispositivo de brasagem ultrassónico e ao respetivo método. O dispositivo é utilizado para brasagem de componentes metálicos e/ou não metálicos a componentes metálicos e/ou não metálicos, utilizando uma vasta gama de materiais de brasagem apropriados e condições ambientais múltiplas sem vácuo, aplicando-se uma carga controlável (pressão) e uma vibração ultrassónica durante o ciclo de brasagem tradicional (tempo-temperatura) em que a pressão é a carga vertical aplicada na área da superfície da junta a ser brasada.

A carga controlada é variável durante as fases de brasagem por ultrassons: variável em grande escala quando se comparam os valores da carga desde o início do processo até ao fim, mas está a ser aplicada lentamente, e é considerada relativamente constante ou a mudar lentamente/gradualmente em cada fase após a sua definição para o valor desejado. Os materiais de enchimento podem ser de qualquer tipo de enchimento, de preferência, de baixa temperatura de fusão 450-800 °C para possibilitar a brasagem de uma vasta gama de materiais base. Os materiais base podem ser metais ferrosos ou não ferrosos, tais como ligas à base de Titânio, ligas à base de Alumínio, ligas à base de Magnésio, ligas à base de Níquel, para além dos materiais cerâmicos, semelhantes ou dissimilares por exemplo, brasagem de uma liga de titânio a alumínio, ou brasagem de titânio puro a titânio puro ou liga de alumínio a um material cerâmico utilizando diferentes materiais de enchimento com temperaturas de fusão mais baixas em comparação com os materiais de base.

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Isto significa que é possível brasar metal com uma base de metal ou metal com uma base não metálica ou um não metal com uma base de metal ou um não metal com uma base de não metal.

A brasagem por ultrassons pode ser útil em aplicações de selagem de produtos com formas complexas, com grandes superfícies, materiais em que o processo de soldagem é difícil, e que possuem espessura relativamente maior em comparação com a soldadura por ultrassons. Além disso, com esta tecnologia é possível utilizar a brasagem ultrassónica para unir superfícies de junta em micro escala ou para fabricar conjuntos cerâmica-metal brasado que proporcionam elevada resistência mecânica, bom isolamento elétrico e propriedades herméticas que permitam à junta manter um elevado nível de vácuo à temperatura de trabalho.

Nesta tecnologia, o(s) material(is) de enchimento pode(m) ser metal(is) puro(s) ou liga(s) ou composto (s) e pode(m) ser selecionado(s) entre - mas não limitado(s) a - materiais de enchimento à base de Alumínio, materiais de enchimento à base de Magnésio ou materiais compostos.

Uma certa quantidade do material de preenchimento pode ser mantida, controlada e forçada a preencher toda a geometria da superfície da junta (em macro ou microescala) dentro de um espaço de junta complexo ou simples através do controlo da rugosidade ou da textura da superfície, do valor da carga, e de outros parâmetros de brasagem ultrassónica. Como uma consequência, isso impõe um controlo cuidadoso da carga antes/depois da ativação dos USV. As possíveis porosidades resultantes após a aplicação USV para algumas condições de brasagem podem ser eliminadas ou reduzidas por aplicação

9/30 sequencial de um valor de carga adequado e superior em comparação com o valor preliminar/inicial.

Em linhas gerais, o método compreende os seguintes passos: Controlo da rugosidade ou da textura superficial das superfícies das juntas dos materiais de base utilizando papéis abrasivos (lixa) (P60-P2500) ou qualquer outra ferramenta abrasiva que produza valores de rugosidade semelhantes à referida designação de grão das lixas;

- carregamento do dispositivo com material(s) de enchimento (7) e materiais de base (5,6);

- Aplicação de uma pressão preliminar/inicial de 0.1-25MPa na área da junta (a pressão aplicada sobre a montagem da junta de brasagem antes do arranque do forno) pelo fuso roscado (23) (conhecido também como parafuso de potência/ parafuso de avanço) e pelas hastes cerâmicas (10, 11) do mecanismo de prensagem, onde a pressão é a carga vertical aplicada na área da superfície da junta a ser brasada; as mudanças de carga podem ser detetadas pela célula de carga (31) e monitorizadas em tempo real, controladas em tempo real ou intermitente no modo de operação automática pelo controlador (16) ligado na caixa de controlo (15) ou pelo modo de operação manual (neste modo manual o controlador (16) é utilizado com o conversor/amplificador ligado para calibrar e monitorizar apenas o valor da carga medida). O controlador pode ser ligado a um computador utilizando um conversor. O software é fornecido pelo próprio fabricante do controlador utilizado ou pode ser desenvolvido;

- Aumentando da temperatura de brasagem entre 450-800 °C no local da junta que está rodeada pela câmara de aquecimento/forno (27). A temperatura é controlada por um controlador (17) utilizando um sinal de termopar(s) (19). 0(s) termopar(es) (19) está em contacto na sua extremidade, no / 30 interior do forno (27), direta ou indiretamente com a junta de brasagem (indiretamente significa que está ligado a qualquer componente em contacto com a junta de brasagem), sendo que o seu sinal é recebido por um controlador de temperatura (17), na caixa de controlo (15). O controlador de temperatura aciona um relé ou um tiristor que liga uma linha de alta potência às bobinas (13) do forno (27);

- O(s) gás(s) de proteção, por exemplo Argón, Hélio, CO₂, SF₆, SO₂ ou qualquer mistura deles com ou sem outro gás transportador, pode(m) ser utilizado(s) durante o processo, utilizando um fluxo de 5-45 L/min até à(s) entrada(s)/tubo(s) (29), depois de passar o gás por um aquecedor a gás;

- A carga/pressão pode ser ajustada e/ou reajustada a qualquer valor, incluindo o zero durante o processo de aquecimento e/ou antes da ativação USV e/ou durante os tempos de retenção, em tempo real ou com intervalos pré-estabelecidos. A capacidade deste dispositivo de continuar a monitorizar as alterações de pressão e modificá-la quando necessário é uma vantagem importante durante as fases de brasagem;

- A pressão/carga em todas as fases é aplicada e/ou pode ser ajustada/reajustada ou pode ser removida automática ou manualmente, continuamente (em tempo real) ou com intervalos pré-estabelecidos para aplicar um novo(s) valor(es) ou para manter os valores requeridos durante as fases do processo;

- Após atingir a temperatura de brasagem, o processo USV é ativado, utilizando um software para computador (fornecido pelo fabricante do gerador de ultrassons ou um software desenvolvido), ou diretamente por um parâmetro pré-programado no gerador de ultrassons/ fonte de alimentação ultrassónica (14), a ativação do USV é iniciada manual ou automaticamente por um sinal de controlo. A vibração ultrassónica é transferida para a placa/ chapa do material de base (5) ou/e / 30 para o outro material de base (6) da junta de brasagem pelo(s) radiador(es) acústico (s) (4) (sonotrode/ultrasonic horn);

Depois de terminar o processo USV, a pressão deve ser aumentada até 50MPa;

- O passo final é o arrefecimento da junta até uma certa temperatura dentro do forno (27) e pode ser feito através da assistência de determinado fluxo de gás 5-45 L/min sem utilizar a unidade de aquecimento e através da entrada (29) ou por qualquer fluxo de gás/ar das laterais (20) do forno (27), após o que o conjunto brasado pode ser retirado da posição de brasagem e deixado arrefecer até à temperatura ambiente;

- Tempo de retenção ou tempos de retenção múltiplos de 0-90 min podem ser aplicados a qualquer temperatura de aquecimento ou/e antes do processo USV ou/e depois dele.

Em uma concretização preferencial da presente invenção, o papel abrasivo é selecionado de P60 - P2500, preferencialmente de P120-P1000.

Em uma concretização preferencial da presente invenção, a pressão preliminar/inicial é preferencialmente entre 0,5 - 10 MPa e ainda mais preferencialmente entre 0,5- 2,5 MPa. A pressão após o fim do processo USV (directamente ou não directamente) é aumentada para 3-50 MPa, preferencialmente para 25-50 MPa.

A espessura da maior secção transversal de cada material de base (5,6) varia entre 0.1-100mm, preferencialmente, a espessura variar de l-30mm. Em que os materiais de base são de placa e/ou chapas e/ou qualquer outra forma complexa. Preferencialmente, a espessura variar de l-30mm.

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O metal de enchimento (7) é pré-colocado na área da junta, por exemplo como uma película ou tira ou fita ou folha: com uma espessura de 10-3000pm, ou depositado ou laminado ou revestido: com uma espessura de 0.5-1000pm, ou pasta ou pó: com uma espessura total ou tamanho de partícula de l-1000pm, ou qualquer forma personalizada, ou uma forma combinada das formas mencionadas.

O USV é ativado quando/após atingir a temperatura de brasagem do material de enchimento. Nesta invenção, a temperatura de brasagem é considerada a temperatura no momento ou depois de se atingir o seguinte:

- A temperatura de solidus da liga de enchimento.

- Um grau de temperatura entre a temperatura do solidus e a temperatura do liquidus da liga de enchimento.

- A temperatura do liquidus da liga de enchimento.

Ou a temperatura de fusão única da liga de enchimento pura ou da liga eutéctica.

Para material de enchimento composto de dois ou mais elementos: as temperaturas solidus e liquidus ou a temperatura de fusão única (para um metal puro ou uma liga eutéctica) da matriz são consideradas a fim de determinar a temperatura de brasagem.

O USV é aplicado verticalmente no lado da junta (considerando as propriedades acústicas do metal de base). A temperatura do processo é controlada por um ou mais termopares (19) que estão em contacto direto ou indireto com a junta no interior do forno (27). Assim, o(s) termopar(es) (19) pode(m) ser ligado(s) diretamente à junta, ou pode(m) ser ligado(s), dentro do forno (27), a um componente que esteja em contacto / 30 com a junta, por exemplo ligado(s) a qualquer peça de fixação ou à tampa final (8 ou 9).

No presente método, o comprimento das peças não é limitado, uma vez que é um forno aberto de lados ajustáveis. E pode ser fornecido com uma nuvem direta de gás(es) protetor(es) para proteger as peças durante o processo de brasagem. Além disso, no presente método, é utilizada uma carga variável controlada como parte do processo de brasagem com valores de carga mais elevados após aplicada a USV por tempos relativamente curtos. A carga é aplicada por um mecanismo dedicado, diretamente sobre a junta.

Breve descrição dos desenhos

As figuras la e lb são diagramas simplificados para o método reivindicado com método de acoplamento USV utilizando uma ligação roscada (12).

A figura 2 representa um desenho esquemático de um dispositivo ultrassónico sob carga em modo de operação manual. A base (26) do transdutor (1) nesta figura é ajustável em altura e/ou móvel.

A figura 3 representa a adição de um motor passo-a-passo ou atuador (32), como exemplo do modo de funcionamento automático, a figura apresenta um exemplo de uma base fixa (33) para o transdutor (1).

A figura 4 representa um método alternativo de acoplamento USV utilizando uma força de aperto por vácuo.

A figura 5 representa outro método de acoplamento USV usando uma força de aperto por eletroiman.

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A figura 6 representa uma configuração para melhorar o efeito USV na junta usando dois radiadores acústicos e força de aperto por eletroiman como método de acoplamento USV; qualquer outro método de acoplamento pode ser usado.

A figura 7 apresenta um exemplo da alteração da carga compressiva com temperatura, sem uma montagem de juntas de brasagem. Este aumento de carga resulta da expansão das hastes cerâmicas (10,11) e duas tampas terminais de titânio (8,9) devido ao aquecimento.

Descrição detalhada da invenção

O dispositivo é composto por quatro unidades ou elementos:

- A unidade de vibração ultrassónica;

A unidade de carga variável/controlada (ou unidade de pressão);

- A unidade de aquecimento;

- A unidade de gás de proteção local;

onde a vibração ultrassónica é transferida para o(s) material(ais) de base através de mecanismo ou métodos de acoplamento.

Para se conseguir um melhor controlo da qualidade da junta através do método dessa invenção utilizando as unidades do dispositivo mencionadas, deve ser adicionado o passo seguinte e deve estar de acordo com o valor da carga compressiva e/ou o tipo de material de enchimento e/ou o tipo de materiais de base:

- A rugosidade controlada das superfícies da junta antes da brasagem.

A unidade de vibração ultrassónica compreende um gerador de ultrassons (14), um transdutor de alta potência / 30 (piezoelétrico) (1), um amplificador (2) booster -opcional-, um guia de ondas (3) e um radiador acústico (4) . Esta unidade fornece a vibração ultrassónica necessária capaz de destruir as camadas de óxidos e melhorar as interações entre o material de enchimento e o(s) metal(is) de base. Para a presente invenção, o transdutor utlizado foi um transdutor piezoelétrico.

O gerador de ultrassons (14) aciona o transdutor piezoelétrico (1) utilizando a linha de alta-frequência (25). As partes mecânicas da unidade de vibração ultrassónica são suportadas por uma base (26) ajustável em altura e/ou móvel, que pode ser separada ou fixada à estrutura principal da prensa, a qual também pode ser uma base fixa (33) . A altura da câmara de aquecimento/forno (27) pode ser alterada movendo-se a base (30) verticalmente ao longo das colunas laterais (21), modificando o comprimento das hastes (10, 11) ou as espessuras das extremidades da tampa (8, 9) para proporcionar maior flexibilidade ao processo de brasagem por este dispositivo.

A unidade de carga variável/controlada unidade de pressão compreende um mecanismo de prensagem, que consiste no fuso roscado (23), na armação (18, 21, 22), na célula de carga (31), num controlador (16) na caixa de controlo (15), e hastes de empurrar/apertar/pressão (10, 11) construídas em materiais cerâmicos e equipadas com tampas terminais metálicas ou cerâmicas (8, 9) . A armação (18, 21, 22) é constituída por colunas laterais (21) (que funcionam também como eixos-guia para a base do forno (30)), placa superior/ membro transversal superior (22), e placa inferior/placa base/ membro transversal inferior (18). A unidade de carga/pressão controlada controla a pressão ou a força de compressão/carga durante todas as / 30 fases de brasagem em que a pressão aplicada é a carga vertical dividida na área da superfície da junta a ser brasada.

As laterais das juntas (materiais de base) são suportadas pelos suportes/fixações (28) que mantêm a posição do conjunto de brasagem e evitam os movimentos de rotação que podem ocorrer durante a transmissão de vibração e/ou aplicação de pressão.

Controlar e monitorar carga / força de compressão é útil para aumentar a eficiência de todas as fases do processo de brasagem, incluindo a fase de USV, controlando a quantidade de enchimento dentro da área de brasagem, impedindo uma maior oxidação das superfícies de incineração e aumentando a solidez da junta, forçando o enchimento da geometria da junta a eliminar qualquer irregularidade formada após a utilização de uma vibração ultrassónica relativamente forte.

A carga nesta invenção é fornecida por uma unidade de pressão dedicada e não pelo próprio radiador acústico, permitindo os seguintes benefícios:

- Melhor controlo da pressão/carga e melhor e mais barata adaptação da extremidade das hastes de empurrar/apertar às complexas superfícies das juntas, redesenhando as tampas terminais (8, 9) das hastes de empurrar/apertar (10, 11) . A conceção das tampas terminais pode ter em consideração a redução da perda de calor da junta, reduzindo a área total de contacto das tampas terminais com as superfícies externas da j unta.

O radiador acústico não está sujeito a temperaturas elevadas, pelo que se poderia conseguir um maior controlo da temperatura de brasagem da junta, do tempo de aquecimento, e redução da mudança de frequência dos USV. Como resultado, / 30 desta forma é possível brasar uma gama mais ampla dos materiais, independentemente da temperatura de brasagem. Para melhor controlo, as hastes (10, 11) de materiais cerâmicos são utilizadas para minimizar a perda de temperatura.

A carga que é fornecida por um mecanismo de prensagem (uma prensa), pode ser realizada manualmente (Figura 2) ou automaticamente por métodos mecânico (Figura 3) ou pneumático. Em funcionamento automático, os valores de carga armazenados (como sinal de controlo) são ativados e enviados para um atuador (32) (por exemplo, um motor passo-a-passo na Figura 3) através de um condutor/conversor/condicionador de sinal. Nos modos de operação manual ou automática, durante todas as fases de brasagem, a célula de carga continua a monitorizar quaisquer alterações de carga devidas a quaisquer alterações dimensionais em resultado da temperatura e/ou pressão, que possam ter origem/promoção a partir de qualquer componentes dentro do eixo de carga e em contacto direto e/ou indireto com o conjunto de juntas, tais como as hastes de cerâmica (10, 11) e as tampas terminais (8, 9); além das alterações dimensionais do próprio conjunto de brasagem por temperatura/pressão, tais como a deformação e/ou expansão e/ou expulsão do(s) material(is) de enchimento da junta; e/ou a deformação e/ou expansão do(s) material(is) de base; e/ou as alterações dimensionais devidas às reações entre o(s) enchimento(s) e o(s) material (is) de base. O controlo da carga pode ser feito continuamente ou com intervalos pre-estabelecidos. Em funcionamento automático, após terminar o USV, a carga deve ser definida automaticamente para o valor armazenado através dos sinais de controlo do controlador (16). Além disso, ao atingir a temperatura de brasagem necessária e antes da ativação do sistema de USV, a carga pode ser reajustada automaticamente; neste modo automático, a unidade de controlo / 30 (16) mantém/modifica os valores de carga/força de compressão/pressão conforme necessário durante as fases de brasagem de acordo com o ciclo do processo, utilizando o atuador (32) que aciona o fuso roscado (23) no controlo automático, mantém a pressão/carga no valor desejado recebendo um sinal de controlo do controlador (16) na caixa de controlo (15) após passar um condutor/conversor/condicionador de sinal. Contudo, estas sequências de controlo e modificações de carga também podem ser feitas através da operação manual.

Durante o aquecimento do forno (27), os componentes como as hastes (10, 11), as tampas terminais (8, 9) e qualquer outro dispositivo auxiliar ou peças metálicas irão expandir-se. A expansão exerce uma força considerável e deve ser tida em conta. A célula de carga (31) deteta além da carga aplicada, quaisquer mudanças de carga/força de compressão/pressão durante o processo, incluindo a carga devida à expansão do material, principalmente os materiais das hastes (10, 11) e/ou a própria montagem da junta de brasagem e/ou qualquer suportes/fixações para a junta e/ou quaisquer tampas terminais (8,9) de qualquer forma entre a amostra e as hastes (10, 11), devidas a quaisquer alterações dimensionais em resultado de temperatura e/ou pressão. Através do circuito de controlo fechado, o atuador (32) (por exemplo, um motor passo-a-passo, conforme mostrado na Figura 3) e o fuso roscado (23) em modo de controlo automático mantêm a carga no valor desejado programado no controlador (16). A pressão/carga desejada também pode ser aplicada ou ajustada/reajustada manualmente usando o braço de carga (24) do fuso roscado (23) no modo de operação manual.

A figura 7 apresenta uma alteração de carga como resultado do aquecimento sem montagem de junta de brasagem. O aumento de / 30 carga (força de compressão) apresentado na Figura 7 é resultado da expansão das hastes de cerâmica (10, 11) e das duas tampas terminais de titânio (8, 9). Esta expansão é principalmente causada pelas hastes de cerâmica (10, 11), uma vez que a espessura total das duas tampas terminais (8, 9) de titânio é muito menor em comparação com as hastes de cerâmica (10, 11) . Por conseguinte, conhecer e controlar a carga é uma questão muito importante com influência direta na qualidade da junta.

Neste dispositivo, a carga controlada é variável durante as fases de brasagem ultrassónica: variável em larga escala ao comparar os valores da carga desde o início até ao fim do processo, porém deve esta ser aplicada lentamente, e pode ser considerada relativamente constante ou mudando lentamente/ gradualmente em cada fase após de configurar o valor desejado.

A unidade de aquecimento consiste numa câmara de aquecimento/forno (27), um elemento de aquecimento por resistência (13), tal como uma bobina ou tipos de aquecimento por indução ou infravermelhos, termopar(es) (19) e controlador de temperatura (17) dentro da caixa de controlo (15). A câmara de aquecimento/forno (27) é rodeada por paredes isolantes de materiais cerâmicos e uma cobertura metálica externa ou apenas uma cobertura de vidro pode ser utilizada para aquecimento por indução. A frente e a traseira da câmara de aquecimento estão equipadas com portas ou laterais (20) móveis/deslizantes que são suportadas por, ou principalmente feitas de, um material isolante de cerâmica para minimizar a perda de calor.

O forno (27) também pode ser provido com uma unidade de gás de proteção local que consiste na fonte de gás que fornece o fluxo de gás necessário através do(s) tubo(s)/entrada(s) (29) / 30 a partir de um ou dois lados do forno (27) . Os tubos de gás (quando usado como gás de proteção) podem ser passados através de uma unidade de gás de aquecimento e terminados pela(s) ponta(s) ou bocal (es) do fornecedor de gás no interior do forno (27) . A unidade de gás de proteção fornece uma certa quantidade de proteção contra a oxidação quando necessário. O(s) gás(s) de proteção pode ser, por exemplo, argon, hélio, CO₂, SF₆, SO₂ ou qualquer mistura dos mesmos com ou sem outros transportadores de gás.

Na operação automática, todos os sinais são recebidos e o ciclo do processo é realizado por um circuito de controlo fechado, de acordo com um conjunto de instruções précarregadas num microprocessador/controlador único ou utilizando um conjunto de controladores industriais (16, 17) instalados na caixa de controlo (15) que recebem as leituras (valores/estados do processo) da célula de carga (31), do(s) termopar(es) (19), e dos estados de ligar/desligar do gerador ultrassónico/fonte de energia (14). Estes sinais de feedback (ao atingir determinados valores ou estados), juntamente com determinados tempos ou períodos definidos, ativam uma sequência de operação de acordo com o ciclo de processo desejado/programado. Os valores de controlo da carga, temperatura e sinal de ativação da vibração USV (on/off) são transferidos através dos conversores/condicionadores de sinal adequados para o respetivo componente: o actuador (32), as bobinas (13) do forno (27), e o gerador/fonte de energia (14), e de acordo com o ciclo de processo desejado. O controlo do ciclo do processo (a carga, a temperatura e o USV) x tempo, neste caso, será feito utilizando um circuito de controlo fechado com os sinais de feedback mencionados (valores/estados do processo) . A válvula automática de gás é operada por um sinal vindo do controlador de temperatura (17).

/ 30

Portanto, o ciclo de processo aqui significa a sequência e os valores/estados dos subprocessos (carga, temperatura, USV) x tempo durante um processo de brasagem por ultrassom.

Mecanismos ou métodos de acoplamento USV: O USV deve ser transmitido de forma eficiente à peça de trabalho (num ou nos dois lados dos materiais de base) . Os mecanismos de acoplamento USV são introduzidos para um lado da junta (os materiais de base (5) ou (6)), contudo, o mesmo tipo de mecanismos de acoplamento pode ser aplicado ao outro lado da junta ou a ambos os lados ao mesmo tempo.

O radiador acústico pode simplesmente ser colocado na superfície da amostra pelo peso da parte mecânica do sistema ultrassónico ou por uma força de fixação auxiliar (carga extra) aplicada ao radiador acústico, e uma boa transmissão de vibração USV poderá ser alcançada em alguns casos (por exemplo, este método simples não é eficaz para o metal de base de espessuras finas). No entanto, é possível utilizar outros métodos de acoplamento, como exemplo, conexão de parafuso, força de aperto por vácuo ou força de aperto por eletroíman para um funcionamento mais eficiente. A ligação roscada (12) na ponta do radiador acústico (4) (Figura 1) proporciona uma transmissão de vibração eficiente à junta, o que é um método fácil e rápido.

Contudo, este método requer um furo de um diâmetro específico no material de base. Outra variação deste método de acoplamento por parafuso consiste no facto da ponta do radiador acústico poder ser fornecida com superfícies simples e relativamente grandes para funcionar como um grampo com a ajuda de um parafuso, proporcionando uma maior flexibilidade.

/ 30

A força de aperto por vácuo (Figura 4) mantém o contacto entre a ponta do radiador acústico e o componente de base a ser brasada especialmente para a brasagem de chapas grandes e planas quando não há acesso possível ao outro lado do metal de base ou quando não há possibilidade de se fazer um furo. O vácuo necessário é aplicado através dos tubos (37) e os espaços (40) simetricamente à volta da ponta do radiador acústico (4) na placa (38) . Os espaços (40) são rodeados por perfis de selagem (39). A placa (38) é fixada a uma geometria específica do radiador acústico (4) com a ajuda de placas de fixação (34, 35) e colunas laterais (36). As placas de fixação (34, 35) devem ser fixadas ao ponto de vibração mínimo no radiador acústico (4) utilizando a configuração/geometria mostrada na Figura 4 ou qualquer outro desenho possível. O feedback de vibração proveniente da placa (38) é minimizado pela ajuda dos perfis de perfis de selagem (39) e outras anilhas de amortecimento/anti-vibração entre todas as conexões roscadas.

A força de aperto por eletroíman (Figura 5), que é o método mais simples, necessita de acesso ao outro lado da junta. O radiador acústico (4), que, neste caso, é feito de aço magnético (ou apenas uma ponta de aço magnético poderia ser usada) é fixado ao metal de base (5) usando uma unidade eletroíman (41) do outro lado que é energizada electricamente pela linha (42).

A aplicação de vibração ultrassónica nos dois lados da articulação (5, 6) dos materiais de base para alguns materiais/condições/dimensões de brasagem é mais eficaz para fornecer USV às superfícies da articulação (Figura 6), o que pode ser conseguido utilizando um transdutor com um radiador acústico de múltiplas pontas ou dois transdutores. Utilizando / 30 dois transdutores piezoelétricos, podem ser utilizadas diferentes configurações e/ou parâmetros de USV para cada lado da junta, dependendo dos materiais e/ou das dimensões. Qualquer mecanismo de acoplamento USV pode ser usado, a Figura 6 mostra um exemplo.

Antes da operação de brasagem, a rugosidade das superfícies dos materiais de base é controlada/ajustada por métodos de lixagem regulares. Durante o USV, a rugosidade aumenta a área de contacto do material de base com o enchimento, juntamente com a geometria da rugosidade e o valor de carga adequado, o que resultará numa transmissão mais eficiente do USV e numa quebra mais fácil dos óxidos. Portanto, a taxa de quebra das camadas de óxidos aumenta.

O controlo da carga (no início da brasagem e antes da activação do USV e/ou durante o processo de aquecimento e/ou durante os tempos de espera), afecta consequentemente a espessura material de enchimento, o grau de oxidação durante o aquecimento, a eficiência do USV, e controla a qualidade e a espessura da junta final.

A contribuição de cada unidade do dispositivo, incluindo a rugosidade e os métodos de acoplamento USV, é essencial no processo de ultrassons sob carga. No entanto, a unidade de gás de proteção é opcional em algumas aplicações, por exemplo, quando a oxidação das superfícies dos materiais de base não é crítica. A unidade de gás de proteção pode ser utilizada para arrefecimento através de uma válvula de controlo ou válvula manual após a brasagem para obter um maior controlo sobre o ciclo temperatura-tempo de brasagem, neste caso, a unidade de gás também pode ser substituída por ar pressurizado para arrefecimento de materiais que não são susceptíveis à oxidação / 30 severa, caso contrário, deve ser utilizado o mesmo gás de proteção sem aquecimento. O arrefecimento da amostra também pode ser conseguido utilizando qualquer fluxo de gás/ar nas laterais (20) do forno (27) (um ou dois lados).

Relativamente ao método, seguindo a Figura 1, uma carga controlável é aplicada à montagem da junta de brasagem: as peças metálicas de base (5, 6) e o(s) material(is) de enchimento (7), pela unidade de carga variável/controlada (unidade de pressão) nos modos de operação manual (Figura 2) ou automática (Figura 3). O termo pressão no texto refere-se à carga vertical dividida na área da superfície da junta a ser brasada. A haste cerâmica de pressão (11) é colocada sobre uma célula de carga (31) (Figura 2), que, em tempo real, detecta o valor da carga. O valor da carga é mostrado no ecrã do controlador e pode ser mostrado e gravado no computador utilizando o próprio software do controlador ou qualquer software desenvolvido.

O material de enchimento (7) pode(m) ser metal(is) puro(s) ou liga(s) ou composto (s) de dois ou mais elementos, em qualquer forma pré-colocado, por exemplo, como uma película ou fita ou tira ou folha: com uma espessura de 10-3000pm, depositado ou laminado ou revestido: com uma espessura de 0.5-1000pm, pasta ou pó: com uma espessura total ou tamanho de partícula de 1lOOOpm, ou qualquer forma personalizada de pré-formas, ou uma forma combinada das formas mencionadas. A espessura do enchimento depende do(s) seu(s) tipo(s) de material(ais), do(s) tipo(s) de material (ais) de base e dos parâmetros de brasagem ultrassónico sob carga.

No início da brasagem, é aplicada uma pressão preliminar/inicial (a pressão aplicada ao conjunto de brasagem / 30 antes de iniciar o processo) na área da junta. Depois disso e dependendo do ciclo de brasagem necessário, é aplicado um aquecimento de 450-800 °C ao local da junta ou à montagem da junta de brasagem através das bobinas (13) de aquecimento do forno (27), que utiliza um tipo de resistência ou indução ou aquecimento infravermelho. A(s) temperatura(s) de operação é(são) controlada (s) por um termopar(s) (19) (que está em contacto directo ou indirecto dentro do forno com a junta) e um controlador de temperatura (17) dentro da caixa de controlo (15) que controla a temperatura do forno (27).

O controlador de temperatura (17) direcciona uma fonte eléctrica de alta potência para as bobinas (13) utilizando um relé ou um tiristor por um circuito de controlo fechado (Controlador proporcional integral derivativo - controlador PID) . O controlador de temperatura (17) pode ser ligado a um computador usando uma ligação/conversor adequada para registar a temperatura em tempo real, ou um termopar adicional pode ser usado com um módulo de aquisição de temperatura.

Após atingir a temperatura de brasagem, o USV é aplicado no lado da junta (os materiais de base (5) ou/e (6)). O USV de 17-100kHz de frequência, de preferência 18-25kHz é activado por um período de tempo entre l-200s, de preferência l-20s e de l-50pm amplitude, de preferência 5-25pm.

O radiador ultrassónico (4) é acoplado ao material de base (5) da junta de brasagem por uma ligação roscada (12) ou qualquer outro método de acoplamento. Após USV, a carga/pressão - que é aplicada por um mecanismo de prensagem dedicado - deve ser aumentada até 50MPa; e depois a junta é arrefecida no forno a uma certa temperatura antes de ser removida ou aplicando um / 30 fluxo de gases/ar inertes para controlar a velocidade de arrefecimento da junta de brasagem.

Um curto tempo de espera, 0-90min pode ser utilizado a qualquer temperatura de aquecimento ou/e antes do processo USV ou/e depois dele (um tempo de espera ou múltiplos).

O fluxo de gás(es) protector(es) , 5-45L/min pode ser fornecido por um(s) bocal (es) em redor da área das juntas após ser fornecido à(s) entrada (s) (29), de um ou dois lados do forno, para proporcionar uma certa proteção a algum conjunto de brasagem sob aquecimento, se necessário.

A pressão mais elevada após USV pode ser mantida relativamente constante ou lentamente/ gradualmente alterada durante o tempo de espera e/ou durante o arrefecimento, ou pode ser alterada ou removida a uma determinada temperatura (s) (de arrefecimento ou aquecimento) ou após um determinado tempo de espera.

A temperatura de brasagem deste método e do dispositivo é 450800 °C para brasagem a baixa temperatura. Embora o valor de 450°C seja conhecido/classifiçado como sendo a temperatura limite entre os processos de brasagem e de solda, existem algumas cargas de brasagem que podem ser utilizadas a uma temperatura inferior a 450 °C (e que podem ser classificadas como cargas de soldagem (soldering). Noutro lado, este método pode ser utilizado para a brasagem de juntas a uma temperatura superior a 800°C, pelo que o intervalo de temperatura selecionado é de 350-1200°C.

Alguns conjuntos de brasagem ou partes deles poderiam ser préaquecidos antes do processo/antes da aplicação da pressão preliminar/inicial, tal como quando se utilizam alguns / 30 materiais de base pré- revestidos ou alguns materiais de base cerâmicos ou materiais de base de espessura relativamente grande.

Algumas peças do dispositivo em certas operações de brasagem podem ser pré-aquecidas a determinadas temperaturas antes de iniciar o processo de brasagem ultrassónica, tais como as hastes de cerâmica (10, 11) e as tampas terminais (8, 9) para reduzir as alterações da carga durante a operação.

Exemplo 1 - USV brasagem de chapa plana de titânio para outra chapa de titânio utilizando uma liga de alumínio de uma gama de fusão de (550-560)±5°C.

Uma folha de 200-300pm de liga de alumínio é pré-colocada entre duas chapas de liga de titânio, e o processo de brasagem é de acordo com os passos seguintes:

- Aplicação der uma pressão preliminar/inicial de 2.5MPa na área da junta. A rugosidade das superfícies das juntas (as superfícies de contacto do material de base) é controlada utilizando um papel abrasivo (lixa) (P60P320).

- Reajustar a pressão para estar entre 0-1 MPa.

Aumento da temperatura de montagem para 555°C na localização da junta.

- A ativação do USV começa por atingir a temperatura de brasagem 555°C.

- Aplicação de USV durante 6-20s.

Terminar o processo aplicando uma pressão relativamente alta (3-10MPa) em comparação com o valor inicial e depois arrefecer após um tempo de retenção de 0-90min. Um curto tempo de retenção ou múltiplos tempos de retenção de 0 a 90 minutos / 30 podem ser introduzido a qualquer temperatura de aquecimento ou/e antes do processo USV ou/e depois dele.

Exemplo 2 - USV brasagem de titânio/titânio usando uma gama mais alta de pressão preliminar/inicial e o enchimento é uma liga de alumínio de uma gama de fusão de (550-635) ±5°C .

- Aplicação de uma carga vertical preliminar/inicial de 10 a 25MPa na área da junta, a rugosidade Ra das superfícies das juntas dos materiais de base é controlada utilizando um papel de lixa (lixa) (P60-P120).

- Aumento da temperatura de montagem no local da junta.

- A pressão é reajustada durante o aquecimento e antes da ativação do USV.

- A ativação do USV começa após atingir a temperatura de brasagem, a qual é selecionada entre a temperatura solidus e a temperatura liquidus do material de enchimento ou a uma temperatura superior à temperatura liquidus do material de enchimento.

- A aplicação de USV por aproximadamente 4-10s para aumentar a destruição da camada de óxido.

- Terminar o processo através do aumento da pressão de 2050MPa na área da junta até ao arrefecimento.

Um curto tempo de retenção (0-90 min) pode ser utilizado após o processo USV ou/e antes do mesmo.

Referências

Documentos de Patentes

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CN108500411A/	2018-09-07	2018-03-27	Ultrasonic
CN201810258578A			brazing device

/ 30

and method based on needle-type
	welding head
			Ultrasonic
CN103394783A/	2013-11-20	2013-07-30	vacuum brazing
CN201310325394A
			apparatus
			Ultrasonic-
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CN201710563306A			for dissimilar
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			part
			Lap-joint
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			control device
CN107649800A/	2017-09-27	2018-02-02	and method for
CN201710885788A			obtaining
			optimal loading
			force for
			brazing
			Joined metal
			member and
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Claims (31)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Dispositivo de brasagem ultrassónico para juntas sobrepostas caracterizado por compreender:

   uma unidade de vibração ultrassónica composta por um gerador de ultrassons (14), transdutor piezoelétrico(1) , propulsor ultrassónico (2), um guia de ondas (3) e um radiador acústico (4);

   uma unidade de pressão/carga controlada/unidade de pressão ser composta por um mecanismo de prensagem composto por um fuso roscado (23), uma armação (18, 21, 22), uma célula de carga (31), um controlador (16) dentro da caixa de controlo (15), hastes de empurrar/prensar (10,11) e tampas terminais (8,9) ;

   - uma unidade de aquecimento;

   em que a vibração ultrassónica (USV) é transferida para o(s) material (ais) de base através de mecanismos de acoplamento.
2. 2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por uma unidade de gás de proteção poder ser adicionada à unidade de aquecimento, através de um(s) tubo(s)/ entrada(s) (29), a partir de um ou dois lados do forno.
3. 3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a unidade de gás de proteção ou qualquer fluxo de gás/ar das laterais móveis do forno (20), poderem funcionar como uma unidade de refrigeração.
4. 4. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizado por o gás poder ser seleccionado entre Argónio, Hélio, CO2, SFg, SO2 ou suas misturas, com ou sem outro gás carreador.

   2 / 7
5. 5. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a pressão ser a carga vertical dividida na superfície da junta a ser brasada, e a carga controlada, durante as fases de brasagem ultrassónica, ser variável em grande escala em comparação com os valores da carga desde o início do processo até ao fim, mas está a ser aplicada lentamente, e ser considerada relativamente constante ou a mudar lentamente/ gradualmente em cada fase após a definição para o valor desejado.
6. 6. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o mecanismo de prensagem ser operado manual ou automaticamente de forma mecânica ou pneumática.
7. 7. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a armação (18,21,22) consistir em colunas laterais (21) que funcionam também como eixos-guia para a base do forno (30), a placa superior/ membro transversal superior (22), e a placa base/ membro transversal inferior (18); e dois suportes/fixações (28).
8. 8. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as hastes (10,11) serem feitas de material cerâmico, e as tampas terminais (8,9) serem feitas de material cerâmico ou metálico.
9. 9. Dispositivo, de acordo com gualquer uma das reivindicações de 1 a 7, caracterizado por no controlo automático, o ciclo do processo ser efectuado por um circuito de controlo fechado utilizando um conjunto de controladores industriais (16,17) instalados na caixa de controlo (15) que recebem as leituras (valores/estados do processo) da célula de carga

   3/7 (31) do (s) termopar(es) (19) e dos estados ligado/desligado do gerador/alimentador ultrassónico (14).
10. 10. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 9, caracterizado por a célula de carga (31) detectar além da carga aplicada, quaisquer alterações de carga devidas a quaisquer alterações dimensionais em resultado de temperatura e/ou pressão e o sinal/carga de processo ser enviado para o controlador (16) na caixa de controlo (15) .
11. 11. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 10, caracterizado por através do circuito de controlo fechado, o actuador/motor (32) que acciona o fuso roscado (23) no modo de controlo automático manter a pressão/carga no valor desejado recebendo um sinal de controlo do controlador (16) na caixa de controlo (15) após passar um condutor/conversor/condicionador de sinal.
12. 12. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por a pressão/carga desejada poder ser aplicada ou ajustada/reajustada manualmente usando o braço de carga (24) do fuso (23) em modo de operação manual.
13. 13. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a unidade de aquecimento compreender uma câmara de aquecimento/forno (27) rodeado por paredes isolantes, portas ou laterais (20) móveis/deslizantes, bobinas (13), um termopar(s) (19), e um controlador de temperatura (17) na caixa de controlo (15).

    4 / 7
14. 14. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por o aquecimento ocorrer através de um elemento de aquecimento por resistência ou tipos de indução ou infravermelhos.
15. 15. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 14, caracterizado por o mecanismo de acoplamento poder ser seleccionado entre uniões roscadas ou força de agarramento/engate de vácuo ou força de aperto por eletroiman, ou simplesmente colocando o radiador acústico (4) no lado do metal de base pelo peso da parte mecânica do sistema ultrassónico ou por uma força auxiliar de fixação/força extra aplicada ao radiador acústico (4).
16. 16. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 15, caracterizado por o USV poder ser aplicado aos dois lados da articulação por meio de um transdutor piezoelétrico com um radiador acústico de múltiplas pontas ou dois transdutores.
17. 17. Método de brasagem de um material caracterizado por utilizar o dispositivo conforme definido em qualquer uma das reivindicações de 1 a 16 e compreender os seguintes passos:

    a. controlar a rugosidade das superfícies das juntas com um papel abrasivo ou qualquer outra ferramenta abrasiva;

    b. carregar o dispositivo com material(s) de enchimento (7) e um conjunto de materiais de base (5,6);

    c. aplicar uma pressão vertical preliminar/inicial com o mecanismo de prensagem utilizando o fuso (23) e as hastes (10,11);

    d. aumentar a temperatura até à temperatura de brasagem;

    e. activar o USV ao atingir ou depois de atingir a temperatura de brasagem;

    5 / 7

    f. aumentar a pressão após o processo USV; g. arrefecimento do conjunto brasado.
18. 18. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por um curto tempo de retenção ou múltiplos tempos de retenção de 0 a 90 minutos poder ser introduzido a qualquer temperatura de aquecimento ou/e antes do processo USV ou/e depois dele.
19. 19. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por alguns conjuntos de brasagem ou partes dos mesmos podem ser pré-aquecidos antes do processo/ antes da aplicação da pressão preliminar/inicial.
20. 20. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 19, caracterizado por a carga/pressão preliminar/inicial e/ou as alterações na carga aplicada poderem ser ajustadas e/ou reajustadas para qualquer valor, incluindo o zero em qualquer momento durante o processo de aquecimento e/ou antes da ativação do USV e/ou durante os tempos de retenção; a pressão mais elevada após o USV pode ser mantida relativamente constante ou lentamente/ gradualmente alterada durante o tempo de retenção e/ou o arrefecimento, ou pode ser alterada ou removida a uma determinada temperatura(s) (de arrefecimento ou aquecimento) ou após um determinado tempo de retenção.
21. 21. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 20, caracterizado por a pressão/carga em todas as fases ser aplicada e/ou poder ser ajustada e/ou reajustada para qualquer valor, incluindo o zero, automática ou manualmente, continuamente/tempo real ou intermitente, para um novo(s)

    6 / 7 valor(es) ou para manter os valores requeridos durante as fases do processo.
22. 22. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 17 a 21, caracterizado por a pressão preliminar/inicial ser entre 0.1 - 25 MPa.
23. 23. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 22, caracterizado por a pressão após o fim do processo USV (diretamente ou não diretamente) ser aumentada para 3-50 MPa.
24. 24. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por o papel/lixa abrasivo ser seleccionado de P60 - P2500, ou qualquer ferramenta abrasiva que produza valores de rugosidade semelhantes à referida designação de grão das lixas.
25. 25. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por a temperatura de brasagem normalmente classificada como temperatura de soldagem (soldering) for inferior a 450°C, varia entre 350-1200°C, de preferência 450-800°C para brasagem a baixa temperatura.
26. 26. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por a frequência USV variar entre 17-100kHz, de preferência 18-25kHz durante um período de tempo entre l-200Sec, de preferência l-20Sece de 1-50 pm amplitude de preferência 52 5 pm.
27. 27. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por o material de enchimento ser metal(is) puro(s) ou liga(s) ou composto (s) de dois ou mais elementos e os

    7 / 7 materiais de base (5,6) poderem ser semelhantes ou dissimilares selecionados entre ligas, elementos puros, metais ferrosose não ferrosos, e materiais cerâmicos.
28. 28. Método, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado por o enchimento (7) ser seleccionado a partir das seguintes formas: uma película ou fita ou tira ou folha: com uma espessura de 10-3000 pm ou depositado, revestido, laminado: com uma espessura de 0.5-1000 pm ou pasta ou pó: com uma espessura total ou tamanho de partícula de 1-1000 pm ou qualquer forma personalizado ou suas combinações.
29. 29. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 17 a 28, caracterizado por a temperatura de brasagem ser considerada o grau de temperatura ao ou após atingir o seguinte:

    - a temperatura de solidus da liga de enchimento;

    - um grau de temperatura entre as temperaturas de solidus e liquidus da liga de enchimento;

    - a temperatura do liquidus da liga de enchimento; ou

    - a temperatura de fusão única do enchimento de metal puro ou da liga eutética.
30. 30. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por a espessura da maior secção transversal de cada material de base (5,6) variar entre 0.1-100mm, preferencialmente, a espessura variar de l-30mm.
31. 31. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por os materiais de base são de placa e/ou chapas e/ou qualquer outra forma complexa.