Ultrasuoni e lavorazioni al plasma

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Categoria:	Tecnologia
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Data:	08.06.2007
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Gli ultrasuoni sono generati da trasduttori magnetostrittori, il fenomeno della magnetostrizione consiste nella variazione di lunghezza, che un materiale subisce quando viene investito da un campo magnetico, questa variazione è sull’ordine di 10-6 mm.
Il magnetostrittore è formato da un pacco di lamierini dello spessore di 0,1-0,3mm (generalmente di nichel) annegati in bachelite, da un avvolgimento di magnetizzazione, da un magnete permanente e dalla superficie che emette gli ultrasuoni. La corrente che alimenta gli avvolgimenti deve avere la frequenza uguale a quella naturale del pacco di lamierini, per cui si ottiene una condizione di risonanza,
Nel trapano ad ultrasuoni le vibrazioni vengono trasmesse dal pacco di lamierini all’amplificatore, che può avere una forma bicilindrica( l’amplificazione è il rapporto tra le superfici dei due cilindri) o cilindrica con generatrice iperbolica( l’amplificazione è il rapporto tra i due diametri), che le trasmette alla testina dell’utensile. L’utensile trasmette le sue vibrazioni alle particelle abrasive, presenti nel liquido in cui avviene la lavorazione, queste particelle agiscono, asportando materiale, sul pezzo, contro il quale sono lanciate e premute.
Il processo permette di lavorare materiali molto duri come acciai temprati, vetro ecc. La velocità di esecuzione non dipende dalla forma della lavorazione ma dal volume di materiale da asportare.
L’apparecchiatura per la saldatura ad ultrasuoni è simile al trapano, solamente al posto dell’utensile c’è il sonotrodo che è l’organo, che materialmente compie il lavoro di saldatura. Con questo procedimento si possono unire materiali diversi fra loro o difficilmente saldabili, come titanio, tantalio, zirconio ecc e di spessori sottili 0,005mm fino a qualche millimetro. Il maggior vantaggio è che non si ha dissipazione di calore su altre parti del pezzo e di conseguenza non si hanno deformazioni. Altre applicazioni degli ultrasuoni sono: la rivettatura di rivetti plastici in lastre di metallo e la pulitura che sfrutta la turbolenza prodotta dagli ultrasuoni, in un liquido, contenuto in una vasca.
Il plasma è ottimo conduttore di energia elettrica e termica per via della grande energia elettrica posseduta dagli elettroni liberi. Viene realizzato artificialmente ai fini produttivi per saldatura, taglio, spruzzatura a caldo.
Possiamo avere due tipi di torce al plasma: con arco trasferito, tra elettrodo in tungsteno e materiale del pezzo e viene usato in saldatura e taglio; con arco non trasferito, tra elettrodo e parte esterna dell’ugello in rame e viene usato per saldare piccoli spessori e per la spruzzatura a caldo.
La saldatura al plasma è particolarmente indicata per gli acciai inossidabili, per il rame, per l’ottone, per il titanio, per il nickel, per l’alluminio, per il magnesio.
Nel plasma ad arco trasferito si distinguono 2 diversi metodi di saldatura: per fusione semplice, con la quale si ottengono saldature di elevata qualità su tutti gli spessori; per fusione passante, il processo mostra le sue migliori caratteristiche su spessori compresi tra i 2 e i 10 mm.
Il plasma richiede l’uso di due gas: un gas primario ed un gas secondario.
La funzioni del gas primario sono quelle di regolare il cono plasma, controllare le caratteristiche dell’arco e proteggere l’elettrodo.
Le funzioni del gas secondario sono quelle di forzare il passaggio del gas primario nell’orifizio dell’anello in rame tramite la riduzione della superficie utile di passaggio di quest’ultimo e di proteggere il bagno di fusione dall’ossidazione dell’aria.
Nel taglio al plasma non si usa un gas protettivo specifico, ma bensì l’aria. Le tensioni di lavoro sono relativamente basse, mentre le correnti sono elevate, con una potenza termica media elevatissima. L’arco al plasma è adatto al taglio di qualunque metallo ed in particolare dei metalli ad alta temperatura di fusione.
Lo spessore massimo tagliabile è di circa 100 mm e si possono realizzare tagli subacquei a patto di isolare la torcia.
Un problema del taglio al plasma è la formazione dell’arco secondario. Ciò accade quando, in concomitanza con l’arco principale, si sviluppa un ulteriore arco che, generato dallo stesso elettrodo, utilizza a mo di sponda lo schermo di protezione, per poi ricongiungersi, sul pezzo, nell’arco principale. Quando questo accade, l’orifizio dell’ugello subisce gravi danni che determinano una modifica della sua geometria. La formazione dell’arco secondario può esser provocata dal taglio praticato troppo vicino al pezzo, dall’ugello trascinato sul pezzo o dalla portata di gas o intensità di corrente non adeguate.
I metodi di taglio usati sono principalmente 2: taglio ad aria compressa; taglio con iniezione di acqua.
Come per la saldatura, il gas utilizzato nel taglio viene scelto in funzione del metallo da tagliare e da considerazioni di carattere economico. Le miscele più usate sono: argon/idrogeno, azoto/ossigeno/argon, idrogeno/azoto, argon/elio.
A parità di materiale e di spessore, rispetto al taglio ossiacetilenico, il taglio al plasma consente: velocità di taglio superiori, taglio di tutte le leghe, livello di finitura del taglio nettamente superiore.
Unico contro è da riscontrarsi nello spessore massimo di taglio che per il taglio ossiacetilenico è maggiore.