La saldatura a ultrasuoni torsionale lavora in modo delicato, ma anche con grande forza

SONIQTWIST®, la procedura di saldatura torsionale sviluppata da Telsonic AG nel 2006 si è affermata nell'arco di poco tempo e con ottimi risultati come processo di giunzione per le plastiche e i metalli più disparati. L'apporto energetico torsionale nella zona dei giunti avviene in modo delicato ed è idonea anche per pezzi particolarmente delicati. D'altro canto è anche possibile applicare una notevole forza in breve tempo, cosa che risulta per esempio molto importante per l'unione di cavi di alluminio o rame. È persino possibile collegare in modo sicuro e fisso pezzi plastici verniciati, senza tracce visibili. Come funziona la rivoluzionaria procedura, alla quale produttori e fornitori del settore automotive, così come del settore dell'ingegneria biomedica, non voglio più rinunciare? Il collegamento sicuro e fisso di due pezzi plastici o metallici è un processo noto da tempo, che può essere eseguito in modo affidabile con procedure tradizionali, come per esempio la saldatura a ultrasuoni longitudinale o l'incollaggio. La procedura di saldatura torsionale sviluppata nel 2006 dalla svizzera Telsonic AG, SONIQTWIST®, si è dimostrata in grado di ovviare ai limiti di queste procedure di unione.
 
Procedura idonea a molti incarichi

La procedura torsionale è adatta all'unione di plastiche e metalli come rame e alluminio. Ma anche la bordatura, la rivettatura, la tranciatura o la trasformazione di precisione e il dimensionamento e la formatura di superfici funzionali hanno dato i migliori risultati. Il carico molto ridotto sui pezzi da saldare protegge i delicati componenti elettronici. Il carico oscillatorio nel pezzo inferiore sugli elementi di giunzione è solo un decimo rispetto alla convenzionale tecnica di saldatura a ultrasuoni.
Inoltre, non si presenta alcun effetto membrana, per cui è possibile saldare anche membrane di filtri e altri pezzi sottili come pellicole. Con le pellicole non si nota l'effetto intaglio o l'assottigliamento del materiale. Questo rende la procedura molto interessante soprattutto per l'ingegneria biomedica. Inoltre, la procedura è insensibile nei confronti di contaminanti nel cordone di saldatura. Acqua, grasso, silicone, olio o altre sostanze non sarebbero in grado di influire negativamente sul risultato. Questa procedura ottiene risultati sicuri nella saldatura a tenuta di smorzatori a olio per parti mobili, senza far fuoriuscire il liquido.

Apporto di elevata energia in pochissimo tempo
In termini tecnici, SONIQTWIST® è una procedura di saldatura ad attrito, collocabile tra la saldatura a vibrazioni e la saldatura a ultrasuoni, e con la quale i sonotrodi eseguono movimenti torsionali alternati intorno al loro asse longitudinale, in una direzione e nell'altra. Per questo viene applicata un'elevata energia nelle superfici limite dei due pezzi, con una frequenza di 20 kHz e un'ampiezza fino a 80 µm in pochissimo tempo (0,1-0,4 secondi). Grazie a questo attrito sulle superfici limite, i due pezzi si possono collegare i modo fisso e sicuro.
La presse torsionali sono strutturate in modo simile a quelle tradizionali per la saldatura a ultrasuoni, con generatore, convertitore e sonotrodo. Il sonotrodo, tuttavia, rispetto ai sistemi tradizionali, non oscilla più con movimento longitudinale, bensì torsionale, cosa che spiega anche il carico contenuto sui pezzi. È tuttavia possibile trasmettere attraverso il sonotrodo ultrasuoni con potenza fino a 10 kW. In questo modo si riescono ad ottenere resistenze anche con materiali pesanti che non erano quasi possibili con il tradizionale metodo di saldatura a ultrasuoni tradizionale. A seconda del pezzo e dei requisiti è possibile ottenere in modo sicuro una resistenza alla trazione di 500 Newton. È quindi possibile, per esempio, ottenere collegamenti saldati sicuri anche nell'ordine delle distanze in centimetri. Il principio di funzionamento rimane praticamente inalterato. Con la procedura torsionale le oscillazioni elettriche create da un generatore vengono quindi trasformate in oscillazioni meccaniche all'interno di un convertitore di oscillazioni PZT, grazie all'effetto piezoelettrico. La trasformazione delle oscillazioni generate in modo lineare in una forma torsionale avviene attraverso una speciale disposizione dei componenti acustici nella testa oscillante SONIQTWIST®.

Possibilità di un grande apporto energetico in poco tempo.

Un generatore fornisce una frequenza di 20 kHz e su un sonotrodo possono essere utilizzati fino a quattro convertitori. È quindi disponibile una potenza massima di 10 kW che viene spesso richiesta soprattutto nei collegamenti per la saldatura metallica. Grazie all'elevata frequenza è possibile applicare una grande energia in pochissimo tempo, solitamente 0,3 -0,4 s. Dopo la disattivazione degli ultrasuoni, il sonotrodo è nuovamente nella sua posizione di partenza, non vi è alcun disallineamento dei pezzi.
Per la procedura non serve alcuna alimentazione termica esterna. Il sonotrodo tocca la parte superiore dei pezzi da saldare. Questo movimento, insieme alla pressione di saldatura tra gli elementi di giunzione, crea un attrito sulle superfici limite e molecolare, in grado di raggiungere temperature nella zona del cordone di saldatura superiori a quelle di fusione, plastificando i materiali plastici o unendo a livello molecolare i metalli. Il processo può essere gestito, controllato ed eseguito con precisione continua. Il noto monitoraggio del processo può essere impiegato completamente. Tutti i parametri come frequenza, durata di saldatura o apporto di energia possono essere impostati e monitorati in qualsiasi momento. Inoltre, il software di controllo offre innumerevoli possibilità di controllo del processo in base ai parametri più disparati, come per esempio apporto di energia, profondità di saldatura o tempo di processo. La velocità di processo, a seconda dell'ampiezza e della pressione di stampaggio, è molto superiore rispetto alla saldatura ad attrito.

Esempi dal settore automotive e dell'ingegneria biomedica

Nell'applicazione di supporti in plastica per sensori di distanza nella parte interna di paraurti verniciati, i tradizionali metodi di giunzione danno risultati soddisfacenti solo con notevoli spese supplementari. È sempre stata criticata soprattutto la stabilità. Oltre alla stabilità è particolarmente importante che su parti esterne già verniciate non vi siano segni visibili. Qui i criteri sono particolarmente rigidi e sono verificati senza compromessi con un test tramite luci. Poiché SONIQTWIST® lavora senza direzionatore di energia e quindi senza inserire i sonotrodi nel paraurti, il pericolo di segni è escluso già nel processo in sé.
Il metodo di saldatura a ultrasuoni torsionale richiede inoltre una superficie di supporto. Con SONIQTWIST® gli utenti possono rinunciare alle superfici funzionali iniettate ("orecchie" o "ali") con i supporti. Rispetto alla procedura con incollaggio, in cui le superfici devono essere assolutamente prive di grasso e tratta con un primer, la spesa è chiaramente inferiore.

Membrana per vaschette senza effetto membrana

Nella produzione di vaschette per infusioni in medicina, viene saldato un filtro finissimo in membrana idrofila nella vaschetta.
Il processo di saldatura in questo caso serve per collegamenti molto stabili, in grado di sopportare senza problemi i carichi termici della sterilizzazione. Con SONIQTWIST® è possibile collegare in modo sicuro anche materiali plastici diversi non dello stesso tipo. Con piccoli pezzi in polipropilene con soli otto millimetri di diametro, il nuovo metodo ha dimostrato un'elevata sicurezza di processo, con tempi di ciclo molto brevi.

Compatibilità inline e processo sicuro

Le presse torsionali SONIQTWIST® sono flessibili e in grado di lavorare inline e possono essere installate praticamente in qualsiasi posizione. Grazie alla particolare struttura delle diverse unità, i processi di riattrezzaggio sono possibili in modo semplice e rapido. Con il monitoraggio del processo tramite software è stato possibile anche risolvere il problema della verifica senza distruzione. Se prima erano possibili solo controlli a campione, oggi sono al 100%. Un'automazione con dispositivi di manipolazione comunemente in commercio è possibile senza grandi investimenti.