Técnicas de soldadura de plásticos: 8 métodos probados y sus beneficios

Para personas nuevas en la fabricación de piezas plásticas, el término "soldadura" puede resultar algo desconocido. Generalmente, la soldadura denota el proceso de unir dos metales fundiéndolos y fusionándolos. Sin embargo, la soldadura implica fusionar dos o más piezas mediante calor, ya sea metal o plástico.

La soldadura de plásticos tiene amplias aplicaciones industriales, y existen diferentes técnicas para soldar plásticos. Este artículo discute la soldadura de piezas plásticas, sus pasos generales y ocho técnicas de soldadura de plásticos utilizadas en la fabricación de piezas en la industria del plástico.

¿Qué es la soldadura de plásticos?

La soldadura de plástico es un proceso aplicable en la fabricación de piezas plásticas para unir dos piezas de termoplásticos compatibles. Implica preparar las dos piezas de termoplásticos, presionarlas juntas en las uniones propuestas y calentarlas usando varias técnicas de calentamiento. Además, la técnica de calentamiento utilizada depende principalmente del material plástico. Por ejemplo, la soldadura ultrasónica de plásticos se usa comúnmente para PVC porque no implica calentamiento directo, lo que lleva a la emisión de humos peligrosos por el material.

La aplicación continua de presión durante el calentamiento y enfriamiento forma un enlace molecular entre las dos piezas. Consecuentemente, las uniones soldadas de plástico son fuertes, a diferencia de otros procesos de unión de plásticos como adhesivos y remachado. La soldadura de plásticos ha sido una técnica ampliamente utilizada en medicina, electrónica, construcción, etc.

Más: Conozca las diferencias entre Remachado vs Soldadura.

3 Pasos de la soldadura de plásticos

Soldar dos resinas plásticas semi-terminadas hechas de moldeo por inyección u otros procesos podría ser un desafío. Por lo tanto, esta sección le muestra los pasos sobre cómo soldar plástico independientemente de la técnica de soldadura.

Paso 1: Prepare el espacio de trabajo y limpie el plástico

Lo primero es configurar un espacio de trabajo. El lugar de trabajo necesita ventilación adecuada ya que la mayoría de las técnicas de calentamiento emiten humos peligrosos. Además, los operadores deben usar equipo de protección.

Limpie los termoplásticos para asegurar una unión soldada de alta calidad. La limpieza es achievable lavando con jabón y agua tibia y luego secando los plásticos con un paño limpio y sin pelusa. También se sugiere que elimine manchas usando disolventes líquidos como Metil Etil Cetona (MEK), papel de lija de grano 80 o una espátula para pintura.

Paso 2: Una el plástico

Sujete y cinta las dos piezas de plástico para formar y mantener la unión deseada. Además, coloque las piezas de plástico en un banco de trabajo y fíjelas usando tornillos de banco en C. El estilo de unión del plástico depende de la técnica de soldadura. Por ejemplo, la soldadura ultrasónica solo es adecuada para uniones traslapadas.

Paso 3: Complete la soldadura

Corrija la soldadura antes del enfriamiento para tratar problemas como la suavidad. Permita que el plástico soldado se enfríe durante unos 5 minutos o alcance la temperatura ambiente. Además, lije la unión soldada después del enfriamiento o use otros procesos de acabado superficial para hacerla suave.

8 Métodos de soldadura de plásticos

En la industria del plástico, hay varias técnicas de soldadura de plásticos basadas en diferentes procesos de calentamiento. Aquí hay ocho técnicas comúnmente usadas en la fabricación de piezas.

Soldadura ultrasónica

La soldadura ultrasónica de plásticos usa vibraciones mecánicas de alta frecuencia (15 kHz a 40 kHz) y baja amplitud para unir dos polímeros plásticos. La vibración mecánica genera calor por fricción, que a su vez funde los polímeros plásticos. Debido a las vibraciones mecánicas, se forma un enlace molecular entre los polímeros plásticos. Por lo tanto, las uniones soldadas ultrasónicas son fuertes y de la más alta calidad.

Ventajas de la soldadura ultrasónica

• Tiene altos rendimientos y tiempos de respuesta cortos
• Es altamente segura porque no calienta las piezas de plástico usando calor directo
• Su uso de calor directo también la hace adecuada para materiales como cloruro de polivinilo, conocidos por producir humos peligrosos en exposición directa al calor
• Produce uniones soldadas de alta calidad, lo que mejora su valor estético

Desventajas de la soldadura ultrasónica

• El método no es adecuado para termoplásticos con alto contenido de humedad y termoplásticos duros/fuertes como polipropileno
• El proceso no es ideal para materiales gruesos como polipropileno porque la mayoría de los transductores de máquinas ultrasónicas tienen un rango de salida entre 100-150 mm
• Solo adecuado para uniones que se traslapen entre sí. Otras uniones como esquina, tope, T y borde son incompatibles
• Alto tiempo de espera debido al número de herramientas y procesos requeridos

Soldadura láser

La soldadura láser es un proceso de soldadura de plásticos que implica usar un haz láser para derretir el plástico. Sin embargo, el calor se mantiene por debajo de la temperatura de evaporación de los plásticos. Luego se aplica presión durante el derretimiento y ocurre el enfriamiento para fortalecer las uniones soldadas.

La soldadura láser es rápida y ocurre de diferentes maneras. Por eso los diferentes tipos de procesos de soldadura láser de plásticos: híbrida, simultánea, contorno y pasada única. Sin embargo, la velocidad depende del proceso, plásticos y máquina de soldadura láser.

Ventajas de la soldadura láser

• Puede calentar toda la superficie de soldadura o un solo punto
• Es altamente precisa, por eso su uso en la industria aeroespacial
• La soldadura puede ocurrir a temperatura ambiente o bajo condiciones especiales
• Adecuada para soldar plásticos con diseños complejos
• Las uniones soldadas tienen un alto valor estético, es decir, apariencia limpia
• Es un proceso rápido, lo que la hace muy popular en prototipado rápido

Desventajas de la soldadura láser

• No adecuada para plásticos gruesos (más de 0.5 pulgadas) para no llevar a uniones soldadas malas
• Puede llevar a porosidad y fragilidad en la soldadura
• El costo inicial de inversión es alto

Soldadura por fricción

La soldadura por fricción no requiere una aplicación directa de calor para que la soldadura tenga lugar. Por lo tanto, es un proceso común para unir plásticos que no requieren aplicación directa de calor. El proceso usa el principio de fricción para unir el material plástico.

Implica aplicar presión externa en ambos materiales plásticos moviéndolos o girándolos uno contra el otro. El movimiento produce fricción, generando calor que funde los plásticos. Después de fundir, hay una aplicación de fuerza de presión que aumenta uniformemente en ambos materiales plásticos hasta que se forma una unión permanente. Hay dos tipos de soldadura por fricción:

Soldadura por fricción de inducción continua

El procedimiento sigue el procedimiento anterior. Sin embargo, el movimiento responsable de generar el calor proviene de un rotor conectado a un freno de banda. Cuando el calor generado es mayor que el límite de temperatura del plástico, el freno de banda detiene el rotor mientras la presión aumenta hasta que ocurre la soldadura.

Soldadura por fricción de inercia

Es similar a la soldadura por fricción de inducción continua. Sin embargo, el volante del motor y el volante del eje reemplazan el freno de banda. Aunque conectados al principio de la soldadura, los volantes se separan cuando la fricción/velocidad alcanza el límite. El bajo momento de inercia del volante del eje hace que se detenga. La aplicación continua de fuerza de presión continúa hasta que se forma la unión soldada.

Ventajas de la soldadura por fricción

• Fácil remoción de óxidos y contaminantes presentes durante el rozamiento inicial
• Adecuada para plásticos disímiles
• Sin distorsión ni deformación del material debido al calor bajo
• Alta calidad de unión soldada
• Alta velocidad de soldadura
• Es respetuosa con el medio ambiente
• No requiere consumibles ni fuente de alimentación especial

Desventajas de la soldadura por fricción

• Solo adecuada para barras redondas con la misma sección transversal y uniones a tope angulares y planas
• Tiene un alto costo inicial de inversión

Soldadura de alta frecuencia

La soldadura de alta frecuencia implica soldar polímeros plásticos usando un campo electromagnético (13–100 MHz). Esto genera calor dentro del material (no requiere aplicación directa de calor). El operador aplica presión continuamente para fusionar los plásticos hasta que se forma la soldadura, y ocurre la remoción de calor para enfriar la unión soldada.

Esto produce una unión soldada fuerte con propiedades similares o incluso mejores que los materiales originales. La soldadura HF es el proceso de soldadura de plásticos más adecuado para materiales plásticos disímiles. Si bien es útil en la industria del plástico, solo es compatible con unos pocos materiales. Los comunes son cloruro de polivinilo, EVA, PET-G y otros miembros de la familia PET.

Ventajas de la soldadura de alta frecuencia

• Menos división efectiva
• Pequeño rango de influencia térmica
• Altas velocidades de soldadura (alrededor de 100 a 120 m/min)

Desventajas de la soldadura de alta frecuencia

• Irradia mucho calor
• Dependiendo de la máquina, tiene un rango de calentamiento pequeño, es decir, el área de calentamiento
• Consumo de la cabeza de contacto

Soldadura por vibración

La soldadura por vibración implica frotar la pieza de plástico a una cierta frecuencia y amplitud. Esto conduce a la generación de calor por fricción que funde la sección de la unión y crea la unión soldada. Hay dos tipos de soldadura por vibración:

Soldadura por vibración lineal

Usa calor por fricción generado al mover una pieza de plástico relativa a la otra a un desplazamiento dado para fundir la unión de las piezas de plástico. El proceso continúa a presión constante después de que la vibración se detiene hasta que la unión soldada se enfría.

Soldadura por vibración orbital

Implica vibrar la sección superior de la pieza de plástico en un movimiento circular continuo en todas las direcciones. Esto genera calor que funde la pieza de plástico. La vibración se detiene al alcanzar el punto de fusión para que la unión soldada pueda solidificarse.

Ventajas de la soldadura por vibración

• No requiere consumibles
• No hay necesidad de preparación de superficie
• Es altamente eficiente energéticamente
• Adecuada para soldar materiales plásticos delgados
• Adecuada para soldar plásticos con formas irregulares

Desventajas de la soldadura por vibración

• La superficie de soldadura debe ser plana y horizontal
• Materiales compatibles limitados
• Equipo costoso

Soldadura por placa caliente

Implica calentar una placa y usarla para fundir la superficie de unión de dos termoplásticos. Después de fundir las dos mitades, se juntan y se dejan por un período predeterminado para que se pueda formar un enlace molecular, permanente y hermético.

La soldadura por placa caliente requiere extrema precisión y control. Es adecuada para cualquier material termoplástico pero más aplicable para termoplásticos blandos y semi-cristalinos, ej., PP y PE.

Ventajas de la soldadura por placa caliente

• Adecuada para unir plásticos grandes
• Produce uniones soldadas fuertes
• Tiene un tiempo de ciclo corto dependiendo del tiempo tomado para alcanzar el punto de fusión del plástico

Desventajas de la soldadura por placa caliente

• No es adecuada para soldar plásticos delgados por debajo de 0.1 pulgada
• El equipo requiere un alto nivel de mantenimiento

Soldadura por gas caliente

La soldadura por gas caliente se usa en la fabricación de termoplásticos e implica usar una pistola de soldadura manual que sopla vapor de gas o aire para calentar varillas de soldadura de plástico y polímeros. Los materiales plásticos se ablandan cuando se calientan por encima del punto de fusión, formando la unión soldada. Esto luego se enfría para formar una unión soldada sólida.

El proceso de soldadura por gas caliente es aplicable en la fabricación de vasos de contención, tuberías, intercambiadores de calor, tanques de agua, etc., hechos de polímeros plásticos similares.

Ventajas de la soldadura por gas caliente

• El equipo es muy portátil
• No requiere electricidad para operar
• No requiere maquinaria pesada
• No requiere mucha experiencia técnica

Desventajas de la soldadura por gas caliente

• La tasa de calentamiento es muy lenta, haciendo el proceso lento
• No es adecuada para plásticos más gruesos

Soldadura por giro (Spin Welding)

La soldadura por giro o soldadura por fricción rotacional es un proceso usado para soldar piezas termoplásticas con superficies de unión simétricas rotacionalmente. Implica frotar las piezas juntas (una estacionaria) bajo presión en un movimiento circular unidireccional. Esto genera calor por fricción que funde y une los plásticos. La unión soldada luego se solidifica después del enfriamiento.

Ventajas de la soldadura por giro

• Es un proceso simple y requiere menos experiencia técnica
• No requiere consumibles
• Es altamente eficiente energéticamente
• Compatible con muchos termoplásticos

Desventajas de la soldadura por giro

• Una de las piezas de plástico a soldar debe tener una superficie simétrica
• Es costoso de configurar

Beneficios de la soldadura de plásticos

El soldador de plásticos para fabricación tiene muchos beneficios, por lo que su aplicación en varias industrias y prototipado rápido. A continuación se muestran algunos beneficios:

Consumibles adicionales

No hay necesidad de consumibles adicionales como sujetadores, disolventes o pegamentos. Por lo tanto, hay una reducción en complicaciones, riesgos y costos acumulados debido a consumibles adicionales.

Compatible con cualquier forma de unión

El proceso es adecuado para piezas de cualquier forma. El desarrollo en las diferentes técnicas de soldadura ha hecho posible trabajar con formas complejas. Por lo tanto, puede soldar piezas con formas curvas o irregulares con facilidad.

No necesita entorno de ventilación

Algunas técnicas de soldadura usadas para plásticos no producen humos, ej., soldadura basada en vibración. Por lo tanto, hay una necesidad mínima de equipos de protección e infraestructura que ayude a la ventilación.

Opción rentable

La técnica requiere una baja necesidad de consumibles y un bajo tiempo de ciclo. Por lo tanto, es más efectiva que otros métodos de unión como el remachado.

Opción de soldadura altamente versátil

Es adecuada para piezas de cualquier tamaño o dimensión. Esto es a diferencia de otros métodos de unión. Por ejemplo, el remachado requiere que las piezas tengan un tamaño mínimo dependiendo del remache. Así, lo único requerido es encontrar la más adecuada entre todas las técnicas para soldar piezas plásticas.

Más ligera que usar sujetadores mecánicos

La soldadura de plásticos no requiere muchos consumibles. Consecuentemente, esto reduce el peso de los productos soldados finales, a diferencia de otros métodos que usan sujetadores mecánicos y remaches que contribuyen al peso total.

La soldadura es permanente

La unión soldada es permanente, en contraste con adhesivos u otros mecanismos de unión de plásticos. Por lo tanto, es una opción razonable cuando no quiere que el componente interno se vea comprometido.

Aplicaciones de piezas plásticas soldadas

La soldadura de plásticos es aplicable en varias industrias. A continuación se muestran algunas piezas plásticas soldadas y las industrias donde son aplicables.

Aeronáutica

Los plásticos aeroespaciales requieren soldadura permanente que sea precisa sin comprometer sus propiedades. Por lo tanto, el proceso es adecuado para fabricar piezas plásticas soldadas como paneles interiores, tanques de retención y bandejas.

Agricultura

Piezas plásticas soldadas como juntas, cercas de PVC, tanques y líneas de agua y nebulización tienen amplias aplicaciones en agricultura.

Automotriz

La automoción usa soldadura de plásticos en la unión de plásticos para fabricar parrillas, radiadores, cajas de baterías, revestedores de guardabarros, parachoques, etc.

Marina

El proceso también es aplicable en la fabricación de barcos, tanques de lastre, pozos para peces, tanques de retención de agua y otras piezas plásticas soldadas usadas en un entorno marino. El entorno marino usa plástico debido a su resistencia a la corrosión y otras propiedades. Sin embargo, las piezas plásticas soldadas podrían ensamblarse y soldarse juntas.

Fontanería

La soldadura de plásticos es muy común en fontanería, donde es aplicable en la fabricación de tuberías DWV, desagües, grifos, etc. Tales piezas se producen individualmente y necesitan ensamblaje. A diferencia de otros procesos de unión de plásticos, la soldadura es permanente, lo que es un factor fuerte en su elección.

Cree sus piezas plásticas

RapidDirect es una empresa de prototipado rápido que ofrece poderosos servicios de fabricación que pueden ayudarle a fabricar sus plásticos. Ofrecemos servicios de moldeo por inyección, servicios de mecanizado CNC, técnicas de soldadura y más, y creamos piezas de la más alta calidad en un corto período.

Somos una empresa ISO 9001:2015 con fábricas propias con instalaciones avanzadas y un equipo experto que puede ayudarle con su proyecto. Además, nuestra plataforma de cotización instantánea asegura cotizaciones precisas y análisis de diseño eficiente. Suba su archivo de diseño hoy y obtenga una cotización en tiempo real y análisis DFM gratuito dentro de 12 horas. Ofrecemos servicios de calidad a precios competitivos y plazos de entrega rápidos.

Preguntas frecuentes

¿Por qué el plástico se usa tan ampliamente?

Los plásticos tienen amplias aplicaciones industriales porque están fácilmente disponibles y son de bajo costo comparados con los metales. Además, son fáciles de moldear y mecanizar. También son reciclables y reparables. Por lo tanto, no hay mucho problema cuando el plástico se agrieta, a diferencia de materiales como el vidrio.

¿Es posible soldar plásticos disímiles juntos?

Sí, es posible soldar plásticos disímiles juntos. Sin embargo, el enlace no será fuerte comparado con materiales plásticos similares.
Los materiales similares tienen el enlace más fuerte, seguidos por plásticos disímiles con propiedades similares, luego materiales disímiles con propiedades diferentes.

¿Son fuertes las soldaduras?

Por un lado, las uniones soldadas de termoplásticos son muy fuertes, especialmente al unir con materiales similares. Esto es porque la unión soldada tiene las mismas propiedades que los plásticos padres. Por otro lado, las uniones soldadas de piezas plásticas disímiles no son fuertes.