Sonotrodi per Saldatura a Ultrasuoni

La società Raima srl, nata nel 1975, propone soluzioni di saldatura delle materie plastiche con la tecnologia degli ultrasuoni. Il segnale elettrico, ad alta frequenza, prodotto dal generatore, viene trasformato in vibrazione meccanica dal convertitore per poi arrivare all’elemento che va a contatto del particolare da saldare, detto Sonotrodo.

Cos’è un sonotrodo?

Il sonotrodo è quindi l’elemento specifico, creato su misura, per ogni specifica saldatura. Per la sua realizzazione è necessario utilizzare materiali e macchinari specifici. In particolare servono centri di lavoro a controllo numerico per poter eseguire forme tridimensionali per poter accoppiare il sonotrodo alla forma dei particolari da saldare. Inoltre bisogna misurare la frequenza di risonanza del sonotrodo che deve essere la stessa di quella emessa dl generatore. Infine bisogna misurare l’ampiezza di vibrazione, che deve essere di valore appropriato in funzione del materiale plastico da saldare. Per fare tutto questo, Raima ha allestito sin dagli anni ‘90 una propria officina interna equipaggiata di tutti gli strumenti necessari per far fronte alle diverse esigenze della clientela, non per ultima la velocità di esecuzione delle attrezzature.

Tipologie di sonotrodi

Per scendere nello specifico, possiamo analizzare i diversi materiali da utilizzare in funzione dall’usura che il il sonotrodo può subire. Questa può essere data da un’elevata produzione o dalla carica presente nel materiale plastico da saldare (ad esempio la fibra vetro). Bisogna utilizzare materiali che non abbiano soffiature o fessurazioni interne per non pregiudicarne il funzionamento.

I materiali che i possono utilizzare per la costruzione dei sonotrodi sono:

• Alluminio: è il più utilizzato per la sua leggerezza, per contro è più soggetto ad usura.
• Titanio: più resistente, ma più caro. Oltre a certe dimensioni non realizzabile. Può essere carburato.
• Acciaio: molto pesante. Utilizzato in dimensioni ridotte. Può essere temprato contro l’usura.

Le forme che si possono realizzare nei sonotrodi sono molteplici: da rettangolari o rotondi perfettamente piani fino a quelli con sagome 3D per seguire esattamente il profilo del pezzo. Un’altra tipologia interessante è quella dei sonotrodi “composti”. Sono costituiti da un sonotrodo “madre”, generalmente di dimensioni importanti, sul quale vengono avvitati altri sonotrodi di dimensioni inferiori che vanno a lavorare su zone specifiche del pezzo. Una tipica applicazione è la rivettatura multipla di pioli dislocati in varie posizioni sul particolare plastico.
I sonotrodi possono essere realizzati in varie frequenze, a seconda del generatore utilizzato. Le frequenze più diffuse sono il 20 KHz, il 30 KHz e il 40 KHz, ma esistono dei costruttori che utilizzano anche frequenze intermedie come il 35 o 36 KHz. In Asia ci sono produttori di ultrasuoni che impiegano anche il 15 KHz, ma rientrando nel campo dell’udibile umano, questa frequenza in Europa è bandita per una questione di rumorosità della macchina.
Raima è in grado di realizzare sonotrodi per qualsiasi frequenza di utilizzo. Il generatore di ultrasuoni è in grado di “agganciare” in automatico un certo range di frequenze, solitamente -400 Hz / + 400 Hz rispetto alla frequenza nominale. I sonotrodi è preferibile costruirli ad una frequenza più bassa del nominale, in modo tale che ci sia la possibilità di riprenderli in caso di usura durante la loro vita.
Il sonotrodo infatti, man mano che viene accorciato in lunghezza, sale di frequenza: per questa ragione è preferibile tarare inizialmente i sonotrodi ad una frequenza più bassa del nominale, in modo che sia possibile rettificarli più volte in caso di usura.

Come funziona il sonotrodo?

La funzione specifica del sonotrodo è quella di produrre una vibrazione meccanica a frequenza elevata sul particolare da saldare, creando un calore elevato nella zona di giunzione fra i due pezzi. Questo calore porterà in fusione il materiale predisposto per la saldatura. Interessante evidenziare che il sonotrodo resta praticamente freddo ed essendo il calore prodotto da uno “sfregamento” meccanico, il materiale fonderà esattamente al raggiungimento della propria specifica temperatura di fusione. Il materiale pertanto, una volta raffreddato, non subirà alterazioni, mantenendo tutte le sue caratteristiche originali. Per raggiungere questo risultato bisogna realizzare il sonotrodo con ampiezza di vibrazione adeguata al tipo di materiale da saldare ed inoltre tale ampiezza dovrà essere uniforme su tutta la sua superficie di lavoro.