Lo "stack" di ultrasuoni è costituito da tre componenti: il trasduttore, il booster e la tromba a ultrasuoni. La qualità delle superfici di accoppiamento tra queste tre unità avrà un impatto notevole sull'efficienza operativa dell'apparecchiatura di saldatura a ultrasuoni. Se non sono piatte, se si corrodono o se fanno contatto male, diventano un anello debole nella trasmissione delle vibrazioni ultrasoniche e la potenza erogata viene sprecata, la messa a punto è difficile, i livelli di rumore aumentano ed è possibile che il trasduttore venga danneggiato dal calore.
Per prima cosa analizziamo ciascun componente e le ragioni di un possibile guasto:
Le trombe a ultrasuoni si rompono a causa di:
- Contatto metallo-metallo del corno.
- Fatica nel tempo.
- Cattiva progettazione originale (angoli acuti, design e finitura delle fessure, cambiamento drastico della sezione trasversale e sintonizzazione su una frequenza impropria, ad esempio radiale rispetto a quella assiale).
- Scelta impropria del materiale della tromba (il titanio è migliore fino a circa 4 pollici di diametro o 2-1/2 pollici di spessore, mentre l'acciaio D-2 dovrebbe essere usato solo per applicazioni a bassa ampiezza).
- L'eccessiva sollecitazione del booster comporta il superamento dei limiti elastici del materiale del corno, causando un affaticamento più rapido.
- Serraggio eccessivo del corno sui booster.
- Serraggio eccessivo del perno.
- Difetti nel materiale del corno.
- Applicazione di una pressione di saldatura non uniforme sulla superficie del corno.
I booster si rompono o si guastano a causa di:
Gli stessi motivi sopra descritti per il guasto del clacson, nonché:
- Funzionamento di trombe a ultrasuoni mal progettate e/o sintonizzate su una frequenza non corretta.
- Corni sbilanciati o applicazione di una pressione di saldatura non uniforme sul corno.
I trasduttori si guastano a causa di:
- Caduta del trasduttore e rottura della ceramica.
- Progettazione inadeguata delle trombe e/o trombe fuori frequenza.
- Serraggio eccessivo del booster.
- Infiltrazione di umidità dai condotti dell'aria nell'alloggiamento.
- Urti causati dall'applicazione (inserimento). Questo fenomeno è più probabile nelle unità più vecchie senza protezione del trasduttore.
- Serraggio dell'amplificatore o dell'avvisatore acustico senza una chiave inglese sul foro anteriore del trasduttore.
- Calore sviluppato dai problemi già elencati.
Ricondizionamento della pila a ultrasuoni
È importante controllare regolarmente la pila per verificare che i componenti siano in buone condizioni di funzionamento. Inoltre, è possibile eseguire diverse operazioni per ricondizionare la pila:
- Smontare la pila trasduttore/booster/corno e pulire le superfici di accoppiamento con un panno pulito o un tovagliolo di carta.
- Esaminare le superfici. Se sembrano in buone condizioni, passare al punto 9. Se una qualsiasi superficie è corrosa o presenta un deposito scuro e duro, deve essere ricondizionata (Fasi 3-8). Se la superficie di accoppiamento di un qualsiasi componente mostra segni di coronamento, increspatura o qualsiasi altra condizione di non planarità, contattare un professionista del settore degli ultrasuoni per una consulenza. Piccoli fori isolati nelle superfici di accoppiamento non costituiscono in genere un problema serio.
- Se necessario, rimuovere i perni di montaggio.
- Applicare un foglio pulito di tela smeriglio #400 (o più fine) su una superficie pulita, liscia e piana. Un pezzo di vetro è solitamente adatto.
- Tenere il componente all'estremità inferiore e passarlo con cautela in una direzione sul panno smerigliato. Non esercitare pressione, poiché il solo peso del componente è sufficiente. NOTA: Prestare la massima attenzione per evitare di inclinare il componente.
- La perdita di planarità sulle superfici di interfaccia può rendere il sistema di saldatura non funzionante.
- Eseguire una seconda corsa, quindi ruotare il componente di un terzo di giro e ripetere.
Ruotare la parte per l'ultimo terzo ed eseguire le stesse due corse. Assicurarsi di eseguire lo stesso numero di colpi (due) in ogni punto.
- Esaminare nuovamente le superfici di accoppiamento e ripetere i passaggi da 5 a 7 fino a quando la maggior parte della contaminazione è stata rimossa. Non dovrebbero essere necessarie più di due o tre rotazioni complete.
- Prima di reinserire un perno, esaminarlo per verificare che la filettatura non sia stata danneggiata. Pulire tutti i materiali estranei, il grasso e l'olio dalla filettatura del prigioniero e dal foro filettato con un panno o un asciugamano pulito.
- Sostituire le viti prigioniere usurate o danneggiate con quelle specificate dal produttore. Le normali viti di fermo in acciaio non sono trattate termicamente per l'uso come prigionieri di pila.
- Rivestire leggermente le superfici piane di accoppiamento con grasso siliconico ad alta pressione o inserire una rondella in pellicola polimerica ad alta temperatura (non entrambe) per favorire una buona trasmissione degli ultrasuoni ed evitare che i componenti dello stack si "coagulino" tra loro.
- Serrare correttamente le viti prigioniere e le superfici di accoppiamento, come indicato nella tabella allegata che mostra i valori di coppia corretti per l'assemblaggio dei componenti dello stack. Perni o giunti allentati causano sovraccarichi o funzionamento intermittente, mentre un serraggio eccessivo provoca una distorsione del materiale che riduce la durata dei componenti.
- Installare la pila nella saldatrice e testare il funzionamento a ultrasuoni.
Nota sulla planarità
È essenziale che le facce di accoppiamento tra un trasduttore/booster a ultrasuoni e un booster/corno siano piatte e parallele. Se rimane un vuoto d'aria, si verifica una perdita di potenza e di efficienza. L'accoppiamento può essere così scarso da impedire l'avvio di una pila di ultrasuoni.
La condizione di eccessivo coronamento, o di superfici di contatto non uniformi, è normalmente evidenziata da un aspetto brunito solo intorno all'area dei bulloni delle superfici di contatto. Ciò indica che il contatto tra gli elementi avviene solo nell'area brunita e non intorno alla periferia delle superfici.
In genere vengono specificate le seguenti tolleranze di planarità:
- per i trasduttori: 0,0005 in. per 20 kHz e 0,0005 per 40 kHz
per i booster: 0,0010 in. per 20 kHz e 0,0005 per 40 kHz
per le trombe: 0,0010 in. per 20 kHz e 0,0010 in. per 40 kHz.
Valori di coppia corretti per l'assemblaggio dei componenti della pila
Perni nelle trombe e nei booster:
| 12-18 in.-lb |
1-1.5 ft.- lb |
1.4 - 2 Nm |
Perni da 1/2 in. x 20 tpi |
| 12-18 in.-lb |
1-1.5 ft.- lb |
1.4 - 2 Nm |
Perni da 3/8" x 24 tpi |
| 12-18 in.-lb |
1-1.5 ft.- lb |
1.4 - 2 Nm |
Borchie da 8 mm |
Gruppo trasduttore/booster/corno:
| 540 in.- lb |
45 ft.- lb |
61 Nm |
15 kHz Pila |
| 420 in.- lb |
35 ft.- lb |
47.5 Nm |
20 kHz Pila |
| 216 in.- lb |
18 ft.- lb |
24.4 Nm |
30 kHz Pila |
| 216 in.- lb |
18 ft.- lb |
24.4 Nm |
40 kHz Pila |
Punte sostituibili sulle trombe:
| 360 in.- lb |
30 ft.- lb |
40.7 Nm |
Filettatura della punta da 1/2 pollice x 20 tpi |
| 336 in.- lb |
28 ft.- lb |
38 Nm |
Filettature della punta da 3/8" x 24 tpi |
| 300 in.- lb |
25 ft.- lb |
33.9 Nm |
Filettature della punta da 5/16" x 24 tpi |
| 240 in.- lb |
20 ft.- lb |
27.1 Nm |
Filettatura della punta da 1/4" x 28 tpi |
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