Maggiore controllo per la saldatura a ultrasuoni

Molte cose possono succedere in 0,5 secondi, soprattutto nel mondo dell'assemblaggio. È possibile inserire contemporaneamente uno o più rivetti. Possono essere presenti più cordoni di adesivo

dispensato. E due pezzi termoplastici possono essere saldati ad ultrasuoni in una parte utilizzabile.

Per più di 30 anni, la saldatura ad ultrasuoni è stata un metodo popolare per assemblare parti realizzate in materiali termoplastici o compositi termoplastici amorfi o semicristallini. La saldatura ad ultrasuoni è una forma di saldatura ad attrito che unisce le parti facendole vibrare l'una contro l'altra.

Tutte le saldatrici ad ultrasuoni sono dotate di alimentatore (generatore), controller computerizzato, attuatore (azionato da un cilindro pneumatico o da una vite a ricircolo di sfere servoazionata), trasduttore, booster e corno sonotrodo. Il trasduttore, il booster e il segnalatore acustico costituiscono lo stack ultrasonico.

L'energia viene inviata al trasduttore, che contiene cristalli piezoelettrici che si espandono e si contraggono. Questa azione provoca vibrazioni meccaniche che il booster aumenta e trasferisce al corno, che a sua volta trasferisce l'energia ultrasonica all'interfaccia articolare.

Il calore viene generato nel giunto attraverso una combinazione di attrito e isteresi. Il calore scioglie una piccola quantità di plastica su ciascuna parte. Quando le vibrazioni ultrasoniche cessano, il materiale fuso si solidifica e si ottiene la saldatura. Il tempo di saldatura effettivo è solitamente compreso tra 200 e 400 millisecondi.

Oltre alla velocità, i produttori apprezzano che la saldatura a ultrasuoni sia pulita ed economica, soprattutto per le parti di piccole dimensioni. A loro piace anche che i fornitori stiano sviluppando macchine che diano loro un maggiore controllo del processo e la capacità di saldare parti in plastica complesse.

Ad esempio, Herrmann Ultrasonics Inc. ha sviluppato un materiale sonoro composito che consente a un fornitore automobilistico europeo di saldare ad ultrasuoni luci di marcia diurna con una forma 3D. Il sonotrodo composito è costituito da un supporto del sonotrodo e diverse punte del sonotrodo, ciascuna delle quali è progettata e messa a punto come unità autonoma.

Le punte sono di diverse altezze progettate per adattarsi al contorno della parte durante la saldatura. Per garantire la corretta vibrazione di ciascuna punta, questa è montata nel supporto, regolata manualmente e calibrata in frequenza. Per garantire la corretta vibrazione del sonotrodo composito, è sintonizzato sulla frequenza, sulla potenza minima al minimo e sulla distribuzione uniforme dell'ampiezza. Il corno composito viene quindi misurato al laser durante la simulazione del carico. Le correzioni necessarie vengono eseguite da una macchina.

"Il vero periodo di crescita per la saldatura a ultrasuoni si è verificato negli anni '80 e '90", afferma Bill Reed, direttore vendite e marketing di Extol Inc., che integra macchine per saldatura a ultrasuoni e produce anche sistemi di saldatura a rotazione, a infrarossi e a piastra calda. “Oggi siamo in un’era di raffinatezza.”

I produttori possono controllare ogni parametro chiave del processo di saldatura a ultrasuoni: ampiezza, tempo di saldatura, tempo di tenuta, energia, potenza e distanza. La tecnologia attuale consente agli operatori di programmare con precisione questi parametri nel controller di sistemi portatili, da banco, automatizzati e robotici.

L'ampiezza è il movimento picco-picco del corno sulla sua faccia. Branson Ultrasonics Corp. dispone di un sistema di profilazione dell'ampiezza che consente agli utenti di aumentare o diminuire istantaneamente l'ampiezza del corno durante la saldatura.

"Supponiamo che il tempo di saldatura sia di 250 millisecondi e che siano necessari 150 millisecondi per raggiungere la temperatura di fusione", afferma Jeff Frantz, direttore marketing e sviluppo prodotto di Branson Ultrasonics Corp. "La profilazione dell'ampiezza ci consente di abbassare l'ampiezza a quel punto e mantenere la temperatura di fusione per altri 100 millisecondi, ottenendo una saldatura più forte a livello molecolare con meno bave e segni sulle parti. Questa funzionalità viene utilizzata maggiormente in tutti i settori, ma soprattutto dai produttori di elettronica medica e di consumo per i loro prodotti di fascia alta”.

Branson X-Port è un'applicazione Windows che consente agli operatori di monitorare il processo di saldatura in tempo reale. Fornisce dati dettagliati in modo che le fluttuazioni della saldatura possano essere immediatamente riconosciute e corrette. I parametri visualizzati includono tempo di saldatura, energia e forza; distanza assoluta; velocità; collasso totale e delle saldature; e potenza di picco.