Gli ultrasuoni per il settore industriale in breve

L'applicazione più nota degli ultrasuoni è nella diagnostica, quando si devono rilevare immagini di bambini ancora nel ventre della madre. Nell'industria gli ultrasuoni sono utilizzati in innumerevoli procedure, per esempio per la pulizia, la saldatura di plastica e metalli, il taglio, la deformazione, la verifica di materiali, la separazione, la miscelazione, la disareazione, la nebulizzazione, la localizzazione, la misurazione e molto altro ancora.

Con ultrasuono si intende un suono non percepibile dall'orecchio umano. Il suono rappresenta la diffusione di piccolissime oscillazioni di pressione e densità in un mezzo elastico (gas, liquidi, corpi solidi). Il numero delle oscillazioni in un secondo viene indicato come frequenza e ha come unità di misura l'Hertz (Hz). L'intervallo di frequenza percepibile dall'uomo è compreso tra 16 Hz e 20.000 Hz. L'intervallo al di sopra dei 20.000 Hz è definito come ultrasuono.




Vantaggio della tecnologia a ultrasuoni per l'industria

+ compatibilità ambientale – L'energia elettrica, attraverso l'effetto piezoelettrico, viene trasformata direttamente in oscillazioni meccaniche ad alta frequenza. Queste oscillazioni agiscono direttamente nell'area di destinazione (cordone di saldatura, vaglio, mezzo di pulizia, ecc.).

+ poco ingombro – Gli ultrasuoni non presuppongono materiale supplementare o materiale di consumo. Tramite l'apporto di energia focalizzato sull'area di destinazione (cordone di saldatura, mezzo di pulizia, ecc.) le dispersioni di energia sono minime.

+ rapidità – Attraverso l'apporto di energia focalizzato contemporaneamente sull'intera area di destinazione, il processo ad ultrasuoni si svolge rapidamente. Nella tecnica di collegamento si raggiungono tipici tempi di processo di qualche decimo di secondo (plastica) fino a ca. 3 secondi (metallo).




 

+ razionalità L'usura degli attrezzi a ultrasuoni è relativamente bassa. Per questo anche i lavori di manutenzione e riparazione sono minimi. In molti settori gli impianti a ultrasuoni sono tenuti in funzione 24 ore su 24 (a turni).

+ economico Grazie al processo rapido e razionale e al basso consumo energetico è possibile realizzare risparmi fin da subito. 




La tecnologia a ultrasuoni i fondamenti

Per creare gli ultrasuoni viene utilizzato l'effetto piezoelettrico della cosiddetta ceramica PZT. Applicando tensione alla ceramica PZT si modifica la lunghezza. Se viene ora applicata una tensione alternata (ad alta frequenza) la ceramica PZT si allunga o accorcia in base alla tensione attuale - quindi la ceramica PZT oscilla.

Le oscillazioni della ceramica PZT sono trasmesse all'area di destinazione attraverso componenti acusticamente compatibili, per esempio nella superficie di saldatura, in un telaio di vagliatura o nel mezzo di pulizia. Affinché la trasmissione delle oscillazioni avvenga in modo efficiente, l'intero sistema oscillante deve essere impostato in modo che i suoi componenti oscillino nella risonanza.

Il sistema oscillante è costituito dai seguenti componenti:

  • Il convertitore contiene la ceramica PZT che trasforma l'energia elettrica in oscillazioni meccaniche 
  • Il booster aumenta o riduce l'ampiezza delle oscillazioni in modo che si adattino perfettamente al sonotrodo. Il booster non è richiesto per tutte le applicazioni.
  • Il sonotrodo è l'attrezzo che trasmette le oscillazioni nell'area di destinazione



Tipi di sistemi oscillanti

Sistemi oscillanti longitudinali

I sistemi oscillanti longitudinali sono utilizzati in molti settori, per esempio per la saldatura plastica e di metalli colorati o per la pulizia.

Sistemi oscillanti torsionali

Il processo torsionale offre il vantaggio che le oscillazioni vengono introdotte solo in misura minima nell'area intorno al nodo di saldatura. In questo modo da un lato vengono protetti componenti e superfici sensibili, dall'altro si ottengono densità di energia maggiori nell'area di saldatura.

Sistemi oscillanti trasversali

Per sollecitare i vagli sono utilizzati sistemi oscillanti trasversali.






Figura 1: Sonotrodo per saldatura metalli lineare
Figura 2: Sonotrodo per saldatura plastica lineare
Figura 3: Sonotrodo PowerWheel
Figura 4: Risonatore di vagliatura