Saldatura a ultrasuoni: i protagonisti, ovvero gli elementi coinvolti

Ecco di seguito elencati i componenti che compongono un sistema di saldatura ad ultrasuoni:

IL GENERATORE

Il generatore trasforma la tensione di rete in bassa frequenza (50 Hz) innalzandola a frequenza superiore (da 20 a 50 kHz). Viene alimentato con tensione alternata con determinata tensione e frequenza. La forma della corrente elettrica in uscita dal generatore, è di tipo sinusoidale.

           

(Esempi di generatori di ultrasuoni prodotti da Sirius Electric)

IL CAVO HF

Questa potenza elettrica ad alta frequenza viene trasferita tramite un cavo coassiale apposito (HF) al convertitore.

IL CONVERTITORE O TRASDUTTORE

Il trasduttore, chiamato anche convertitore o emettitore, è un elemento particolare e molto importante. Il ruolo del trasduttore è di trasformare l’energia elettrica fornita dal generatore, in energia meccanica di vibrazione.
Per definizione possiamo dire che il trasduttore è un solido formato da elementi piezoelettrici capace di tradurre tutte le variazioni del campo elettrico, in variazioni di spessore o di lunghezza. Il principio di funzionamento si basa sulla capacità di variazione dimensionale dei materiali piezoelettrici sottoposti a variazioni di tensioni elettriche.
Il generatore fornisce una tensione con una forma d’onda sinusoidale. La tensione passa alternativamente, secondo la frequenza del sistema, dal campo positivo al negativo.
La ceramica piezoelettrica risente di questa variazione, allungandosi nel campo positivo o viceversa accorciandosi nel campo negativo. Questo avviene in modo impercettibile ad occhio umano perché questi movimenti sono dell’ordine dei micron (ovvero millesimi di millimetro).

 

 

 

 

 

 

 

L'AMPLIFICATORE O BOOSTER

L’amplificatore meccanico, chiamato comunemente anche booster, trasmette la vibrazione meccanica prodotta dal trasduttore al sonotrodo trasformando l’ampiezza. Si ha quindi un aumento della vibrazione proporzionale al rapporto di trasformazione del booster stesso.
In genere il booster svolge anche la funzione di sostenere il gruppo vibrante. Attraverso apposita ghiera, viene fissato sulla saldatrice. La trasformazione di ampiezza del booster è dato dal rapporto tra i diametri D1, diametro superiore a contatto con il trasduttore e D2, diametro inferiore a contatto con il sonotrodo.

Come si vede nella figura, l’aumento dell’ampiezza del booster (A2) corrisponde a una diminuzione di D2.

 
D1 = diametro superiore D2 = diametro inferiore
A1 = ampiezza in ingresso A2 = ampiezza di uscita

Trasformazione di ampiezza nel booster

Il diagramma sotto riportato, indica la variazione di ampiezza in relazione al rapporto di trasformazione.


(Rapporti di amplificazione)

L’amplificatore trasferisce a sua volta le vibrazioni all’elemento di contatto con i pezzi da saldare: il sonotrodo

IL SONOTRODO

Il componente che trasmette la vibrazione al pezzo da assemblare viene comunemente chiamato sonotrodo. Un nome che potrebbe essere l’unione di elettrodo sonoro. Il sonotrodo vibrando (similmente a una molla) dal basso verso l’alto (ovvero in senso assiale), trasferisce questa vibrazione al pezzo di plastica da assemblare.

(Sonotrodi di varie forme per applicazioni di saldatura con ultrasuoni)

 

LA FASE DI SALDATURA

Il pezzo sottostante (un qualsiasi termoplastico) inizia a scaldarsi rapidamente e, nelle zone desiderate, arriva al punto di fusione. Il calore viene trasferito in tutta la zona di contatto tra i due particolari e il materiale di uno e dell’altro cominciano a mescolarsi. Sotto l’azione di una forza (o pressione) esercitata per via pneumatica o elettrica i due particolari di uniscono.
La vibrazione ultrasonica viene interrotta e, sotto una forza costante, i due particolari si uniscono; la giunzione si raffredda velocemente rendendo le due parti separate, un unico elemento.

     

(Esempi di campioni saldati)

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