Ultrasuoni, vibrazione e rotazione: saldatura senza utensile riscaldato

Elementi comuni ai metodi

Nella saldatura di tubi, il calore viene fornito dall'esterno tramite una piastra termica o un ugello ad aria calda. Gli ultrasuoni, la vibrazione e la rotazione fanno il contrario: l'energia viene fornita meccanicamente e il calore si sviluppa nell'interfaccia tra i due componenti grazie al movimento reciproco dei materiali sotto pressione. La fusione avviene quindi esclusivamente dove necessario.

Ciò garantisce cicli brevi, un minimo impatto termico sull'ambiente circostante e la possibilità di saldare componenti non raggiungibili con un utensile. In compenso, questi metodi richiedono macchine fisse, componenti accuratamente dimensionati e geometrie progettate specificamente per quel metodo. Vengono pertanto impiegati soprattutto nella produzione in serie e per componenti stampati ad iniezione, non per tubi in cantiere.

Saldatura ad ultrasuoni

Un sonotrodo mette in oscillaizone uno dei componenti a una frequenza tipicamente di 20-40 kHz e con un'ampiezza di pochi centesimi di millimetro. Le oscillazioni generano calore per attrito in un giunto progettato ad hoc, spesso una costola di energia, che fonde per prima e si distribuisce come un cordone tra i componenti.

Il metodo è adatto per componenti di piccole e medie dimensioni con giunti ben definiti: imballaggi, corpi cavi, raccordi e giunzioni che non devono presentare segni di calore sulla superficie esterna. Viene utilizzato anche per saldare film plastici e per l'inserimento di inserti metallici nella plastica.

I requisiti includono un giunto progettato per il metodo, materiale uniforme e un supporto affinché il componente non si muova. I materiali con elevata viscosità di fusione e i materiali morbidi come PP e PE flessibili richiedono più energia, mentre i materiali rinforzati con fibre possono risultare complessi.

Saldatura a vibrazione

Nella saldatura a vibrazione, un componente viene fatto oscillare avanti e indietro rispetto all'altro con una frequenza tipicamente compresa tra 100 e 240 Hz e un'ampiezza inferiore a un paio di millimetri. L'attrito fonde la superficie e il movimento viene arrestato mentre i componenti sono tenuti insieme sotto pressione fino alla solidificazione del cordone.

Il metodo viene impiegato per componenti più grandi con giunzioni piane, ad esempio serbatoi, condotti e componenti per autoveicoli, dove gli ultrasuoni non possono coprire l'intera giunzione. Richiede che i componenti possano essere saldamente bloccati e che la giunzione possa tollerare il movimento relativo.

Saldatura rotazionale

La saldatura rotazionale è la più antica delle tre: un componente ruota contro l'altro sotto pressione finché il calore d'attrito non fonde la superficie; successivamente la rotazione viene frenata e i componenti vengono mantenuti insieme sotto pressione mentre il cordone solidifica.

Il metodo richiede componenti rotondi e simmetrici rispetto all'asse, ad esempio corpi galleggianti, serbatoi e parti cilindriche, ed è rapido e riproducibile per grandi serie. La velocità d'attrito per il PE si colloca tipicamente nell'intervallo 100-300 m/min, ma il valore specifico è determinato dalla geometria del componente e dalla macchina.

Questo metodo non viene utilizzato per tubi e lastre in cantiere. In quel caso la saldatura di testa, la saldatura per elettrofusione / saldatura a bicchiere e la saldatura ad estrusione sono le scelte corrette, si vedano i metodi di saldatura nella panoramica.

Se si lavora con PVC-U, si applicano condizioni differenti: temperatura della piastra termica inferiore, tempo di commutazione ridotto ed estrazione dei fumi. Leggi come fare nella saldatura di testa del PVC.

Quando il metodo è la risposta giusta

Scegli gli ultrasuoni quando il componente è piccolo, il giunto può essere progettato opportunamente e il tempo di ciclo è importante. Scegli la vibrazione quando la giunzione è lunga e piatta e il componente può essere bloccato. Scegli la rotazione quando il componente è rotondo e deve essere prodotto in grandi quantità.

Elemento comune a tutti e tre i metodi è che l'errore si verifica il più delle volte nella progettazione e non nella macchina. Un supporto insufficiente, una geometria del giunto errata o tolleranze eccessive producono giunzioni deboli, indipendentemente dalla precisione di funzionamento della macchina. Esegui pertanto sempre dei test su componenti provenienti dalla produzione effettiva e documentali con prove di trazione o flessione secondo la norma DVS 2203.