[E-Book - Fai Da Te] Manuale Di Saldatura Di Alluminio, Rame

L’alluminio è uno dei materiali non ferrosi maggiormente utilizzato e le sue applicazioni sono dovute a tre importanti caratteristiche o qualità: 1. Basso peso specifico, 2. Alta resistenza alla corrosione 3. Elevata conducibilità elettrica e termica, La resistenza dell’alluminio agli attacchi di svariati agenti chimici è dovuta alla sua proprietà di formare in superficie, una leggera ma strettamente unita coltre di ossido che può preservare la superficie da ogni altra azione chimica. In effetti, l'alluminio si ossida a contatto con l'aria e si ricopre di una sottile pellicola di allumina, dura e resistente fino a 2000°.

La maggiore resistenza agli agenti chimici la si riscontra nell’alluminio puro, mentre le svariate leghe ottenute con ingredienti tipo manganese, magnesio, cromo o manganese e silicio, riducono leggermente questa resistenza, ma nel contempo ne aumentano la resistenza meccanica.

Occorre dire subito che la saldatura a resistenza dell'alluminio e delle sue leghe, presenta delle notevoli difficoltà e questo è dovuto al fatto che questo materiale possiede: • Una conducibilità elettrica eccellente. Infatti se diamo un valore alla conducibilità elettrica del rame elettrolitico puro uguale a 100, l'alluminio puro al 99,97% presenta un valore del 65% mentre il ferro non ha che una conducibilità elettrica appena superiore al 17,5% • Una ridotta resistenza elettrica di contatto fra le superfici dei pezzi, se “decapati”. •• Una grande conducibilità termica che rende difficile il riscaldamento localizzato necessario alla saldatura, anche se il suo punto di fusione( 500 / 750°) e di rammollimento (200° –400°)è nettamente inferiore quello del ferro ( 1450°). Le calorie hanno una tendenza a diffondersi nella massa a mano a mano che si producono. Per ovviare a quest’inconveniente sarà quindi necessario saldare con dei tempi molto brevi e quindi con delle potenze elevate ed, a questo punto, ricordiamo

che la densità approssimativa vista al pag.1/55 è : Per l’alluminio puro: K = 4000/4500 A per mm2 per

1 periodo Per le sue leghe: K = 3000/4000 A per mm2

per 1 periodo

Altre importanti considerazioni sono da farsi: • Una superficie d’alluminio lasciataall'aria si ricopre di una pellicola di

allumina (Al2O

2) Questa coltre d’ossido si

forma molto rapidamente all’inizio, poi in seguito la pellicola già formata protegge lasuperficie contro l’ossidazione e quindi questa pellicola aumenta di spessore.

Questa patina isolante fonde a 2000

e si oppone al passaggio di corrente ed, essendo la sua. formazione estremamente rapida , obbliga una veloce esecuzione della saldatura immediatamente dopo l'operazione di decapaggio.

La produzione della pellicola d’Allumina, come detto in precedenza, è un processo che inizia molto velocemente, per questo motivo, è quasi impossibile saldare su dei particolari perfettamente puliti, in quanto, dopo poche ore dal decapaggio, si sta già formando la coltre d’allumina, che è infinitamente sottile e sovente discontinua e che provoca delle variazioni della resistenza di contatto, che in certi casi sull’alluminio puro - possono variare con un rapporto da 1 a 20

Occorre quindi scegliere con accuratezza il sistema di decapaggio ma, soprattutto, organizzarsi al fine di poter eseguire la saldatura sui particolari immediatamente dopo l’operazione di pulizia o, almeno entro le 48 ore successive. Qualora queste tempistiche non siano possibili, occorre avere cura di proteggere le superfici decapate con pellicole grasse, e poi “lavarle” prima dell’operazione di saldatura.

La presenza di tracce d'ossido sulla superficie di contatto degli elettrodi presenta inoltre, l’inconveniente di permettere alle particelle d’allumina di incollarsi ed accumularsi sulle punte deteriorandole e quindi rendendo necessario un rifacimento delle superfici dopo poche saldature (20 -30 massimo). In presenza di elettrodi fortemente ricoperti dal predetto deposito di metallo, durante il passaggio della corrente, si potranno notare delle vere e proprie esplosioni con proiezioni di materialefuso con il grosso rischio di ritrovarsi con le lamiere perforate da parte a parte e con gli elettrodi completamente rovinati

La saldatura dell’alluminio e delle sue leghe può avvenire solo utilizzando dei materiali puliti. In questo caso però la resistenza di contatto è molto bassa, il che contribuisce ad aumentare notevolmente la potenza elettrica richiesta.

Per rimediare a quest’inconveniente, si ha sovente l’abitudine di ridurre lo sforzo di compressione degli elettrodi. Questa riduzione aumenta la resistenza di contatto e permette di saldare con delle intensità più deboli Il metodo, assai generalizzato, presenta tuttavia due gravi inconvenienti: a)L’incrostazione degli elettrodi aumenta rapidamente quando la pressione diminuisce. Diventa quindi necessario pulirli molto più frequentemente. b)Le reazioni elastiche dei pezzi da saldare, rischiano di provocare delle differenze importanti sulla pressione effettiva e di conseguenza si possono riscontrare delle grosse irregolarità sulla saldatura. Le forcelle di tolleranza della temperatura necessaria alla saldatura essendo, quindi, molto strette necessiteranno di un controllo molto preciso della corrente utilizzata, mentre, in certe condizioni, si può anche notare, una grossa recristallizzazione che denoterà una certa fragilità del giunto.

La resistenza meccanica di certe leghe leggere è ottenuta per incrudimento. La fusione del nocciolo di saldatura altera le qualità del materiale e le caratteristiche di base dello stesso possono andare perdute.

Si possono notare inoltre delle corrosioni intergranulari nella zona di passaggio corrente che avviluppa il nocciolo di saldatura.

Le leghe leggere hanno tendenza a subire uno scorrimento plastico quando raggiungono la temperatura di saldatura. Quando gli elettrodi non riescono a seguire velocemente la riduzione dello spessore che ne risulta, avverr

un cattivo contatto degli elettrodi sul particolare, perci

si noter

usura proibitiva delle estremit

degli elettrodi. E

quindi necessario per ridurre quest

inconveniente utilizzare solo organi di pressione a debole inerzia.

SALDATURA A PUNTI

Quando si vuole ottenere ottime saldature e, in special modo, saldature costanti ed affidabili è indispensabile che le operazioni di saldatura a resistenza dell’alluminio e delle sue leghe siano effettuate dopo un primo trattamento delle superfici. Ogni tipo di impurità, sia meccanica che chimica, presente sulla superficie dei materiali da saldare, verrà incorporato nel nocciolo creando inclusioni o porosità di fusione e, di conseguenza, minando la resistenza del giunto, mentre sulle superfici esterne le impurità s’incolleranno agli elettrodi, riducendone la durata e, nel contempo rovinando gli aspetti esteriori delle superfici con tracce eccessive, profondi segni ed infossamenti, edaltre imperfezioni. I trattamenti superficiali che, in generale vengono consigliati sono:

Sgrassatura E’ indispensabile affinché la successiva operazione di decapaggio avvenga regolarmente.

Decapaggio Quest’operazione può essere eseguita seguendo due procedure: 1 Decapaggio meccanico Effettuato con tela smeriglio. Obbligherà una conseguente asportazione dei residui di polvere abrasiva poiché, costituendo essi un isolante, possono impedire ilregolare passaggio di corrente. 2 Decapaggio chimico E’ il metodo adottato su tutti i procedimenti di alta produzione. Esistono differenti formule per il decapaggio chimico, applicabili secondo i risultati che si vogliono ottenere.

Essiccazione od Asciugatura Dopo il decapaggio chimico, è indispensabile lavare il materiale con molta acqua ed, in seguito, essiccarlo rapidamente.

Marcatura Dato che la saldatura deve essere effettuata entro un tempo che non deve essere superiore ai 3 giorni , è preferibile marcare la data dell’avvenuto decapaggio.

Ingrassaggio Se i materiali non possono essere saldati entro i tre giorni, diventa indispensabile proteggere le superfici decapate con una pellicola di grasso. In seguito, sarà necessario eliminare detta pellicola immediatamente prima della saldatura.

Se si può affermare che l’operazione di decapaggio delle superfici è una operazione da farsi per tutti i differenti tipi di leghe leggere, si deve ricordare che gli altri parametri di saldatura dovranno essere adeguati alla composizione ed allo spessore del materiale che sarà oggetto dell’operazione di saldatura PARAMETRI DI SALDATURA

Elettrodi L’intensità di saldatura, si è detto, è veramente importante nella saldatura a punti delle leghe leggere e, di conseguenza, sono molto importanti gli elettrodi in quanto essi devono sopportare queste intensità che necessariamente sono molto elevate. Gli elettrodi ideali per la saldatura devono avere le seguenti proprietà: Un’elevata conducibilità elettrica e termica

Carpaneto & C. S.p.A Divisione saldatura

Una buona resistenza alla deformazione Una bassa tendenza a legarsi con il materiale che deve essere saldato

a) Lega adatta Prendendo, innanzi tutto, in considerazione il materiale con il quale costruire le punte, i migliori risultati si sono ottenuti con elettrodi costruiti con rame elettrolitico od argento ma, essendo le proprietà elettriche e

termiche, dei due metalli citati, uguali fra di loro, l’argento non è stato considerato, dato il suo elevato prezzo. Il rame, perciò, è considerato il metallo ideale se non si tiene conto che a causa della sua malleabilità e duttilità, obbliga a ricondizionare le punte, troppo frequentemente. Con prove pratiche si è, quindi, determinato che la lega migliore che riunisce in concreto i tre attributi richiesti è la lega Rame-Cadmio.

b) Forma della punta Si utilizzano, normalmente, due forme di punte:

Fig. 50a Fig.50b Punta troncoconica – (fig50a)

Nella saldatura degli acciai, la punta troncoconica, richiedeva un angolo di 120°, mentre nel caso della saldatura di leghe leggere è preferibile utilizzare un angolo più ampio: da 140° a 150° e con un raccordo della faccia attiva al cono di circa 3°. In modo che questo smusso eviti sensibilmente, lo schiacciamento dell’estremità. La faccia attiva deve essere perfettamente lucida e questa pulizia può essere effettuata sia con lime a taglio molto fine, sia con “carta seppia”

Punta semisferica – (Fig. 50b)

Questa forma di elettrodo viene generalmente utilizzata nel processo di saldatura che contempla un tempo di forgiatura. Durante questo tempo la punta arrotondata, che si è ormai raffreddata, penetra nel materiale saldato e procura un incrudimento del nocciolo di saldatura. Inoltre l’aumento della superficie, dovuto alla forma semisferica, limita durante l’applicazione della forza di forgiatura, la penetrazione della stessa nella superficie della lamiera, rendendo l’aspetto della saldatura accettabile sotto al punto di vista estetico. Un raggio di curvatura troppo ampio rende inutile l’effetto di incrudimento del punto durante la forgiatura, un raggio troppo ridotto rende l’azione di penetrazione della punta eccessiva.

La tabella sottostante (fig.51)pu

dare un valore corretto delle dimensioni da tenere

Saldatura di duespessori uguali mm

d Fig.50amm

R Fig.50b mm

0,5 + 0,5 3 80

0,8 + 0,8 4,1 100 1 + 1 4,9 112

1,5 + 1,5 6,9 150 2 + 2 8,1 250

2,5 + 2,5 9,2 250 3 + 3 11 300

Fig.51

La forma ed il diametro della punta si determinano, quindi, in funzione degli spessori e del tipo di legache si dovrà saldare. Abbiamo ritenuto interessante riportare qui di seguito 2 illustrazioni, tratte dal RESISTANCE WELDING MANUAL edito dalla RWMA, che chiariscono in modo molto interessante gli effetti della forma della punta durante la saldatura a resistenza delle leghe leggere.

Sulla Fig.52 è possibile osservare, chiaramente, la formazione del nocciolo a seguito della differenteconformazione dell’elettrodo

A. Due materiali simili d’uguale spessore: il profilo della punta ha la stessa geometria. Il nocciolodi saldatura ha una medesima penetrazione nel materiale. B. Due materiali dissimili d’uguale spessore: il profilo della punta ha la stessa geometria. Ilnocciolo di saldatura ha una penetrazione disuguale nel materiale. C. Spessori differenti di materiali simili, con uguale profilo della punta. La penetrazione delnocciolo è disuguale ed è maggiore nella lamiera più spessa. (Confrontare con 52D) D. Spessori differenti di materiali simili. La punta dell’elettrodo è di forma sferica sulla lamierasottile e piatta su quella più spessa. La penetrazione del nocciolo è proporzionale sui due spessori.

(Confrontare con 52E.) E. Spessori differenti di materiali simili. La punta dell’elettrodo è di forma sferica sulla lamieraspessa e piatta su quella più sottile. La penetrazione del nocciolo è disuguale in quanto si sonoinvertite le geometrie dell’elettrodo basate sullo spessore della lamiera di contatto.

Sulla fig. 53 osserviamo: A. La figura presenta una soddisfacente applicazione degli elettrodi ma, nel contempo, presenta anche un’eccessiva penetrazione delle punte sulle lamiere e questo, può essere dovuto ad una forza applicata troppo forte, ad una esagerata quantità di corrente, ad un tempo troppo lungo oppure a una combinazione dei 3 parametri. Quest’eccessiva penetrazione può, anche, essere causa di espulsioni di materiale incandescente e di conseguenza ad una ridotta resistenza del punto.

B. Un profilo di punta creato con un raggio troppo ridotto accentua ed aggrava i risultati del punto A C. I due elettrodi, mal allineati, creeranno profonde incisioni o segni irregolari sulla superficie delle lamiere. Da quanto sopra esposto, appaiono evidenti le grosse difficoltà che s’incontrano nella saldatura delle leghe leggere. I metodi di saldatura ed i tre parametri fondamentali – Tempo, Intensità di corrente e Forza applicata – variano, di conseguenza, sia in funzione del tipo di materiale trattato, sia in funzione del sistema di saldatura che sarà adottato. Nelle pagine seguenti, cercheremo di dare alcuni esempi di regolazioni al fine di poter fornire una base di partenza per la ricerca dei parametri idonei al lavoro che si dovrà eseguire.

1. Saldatura su macchine alimentate in corrente alternata monofase E’ possibile saldare l’alluminio e le sue leghe con puntatrici alimentate in corrente alternata monofase. I tempi di saldatura dovranno essere molto brevi e, dato le alte correnti che saranno necessarie per l’operazione, è consigliabile utilizzare gli Slope Control, al fine di evitare l’applicazione di queste alte correnti quando la resistenza di contatto è ancora troppo elevata. La tabella sottostante (fig.54) è un chiaro esempio di operabilità su alcuni spessori per ottenere saldature di qualità “commerciale”,

Su determinati particolari, il punto cosiddetto “commerciale” non è considerato idoneo ad una alta Qualità per cuioccorrerà operare con saldatrici di maggior potenza, con sequenze di saldatura più complesse simili a quelleindicate sulla Tabella in fig.55.

Fig.55 La sequenza saràquindi: LEGGENDA

* I tempi di SLOPE-UP (salita progressiva della corrente)

Fig.56

Gli elettrodi Fig. 57 saranno di forma semisferica ed illoro raggio è indicato sulla tabella di regolazione.

dovranno rappresentare circa 1/3 – ½ del tempo di saldatura.

** I tempi di SLOPE-DOWN (discesa progressiva della corrente) dovranno rappresentare circa 1/5 – ¼ del tempo di post-riscaldamento.

*** La corrente di post-riscaldamento corrisponderà a circa la metà della corrente di saldatura. Per la saldatura di leghe che non hanno la tendenza adincrudirsi, il post-riscaldamento non è necessario. La forza da applicare, come si potrà notare, è abbastanza alta, il che richiede l’utilizzo di correnti relativamente alte.

Fig.57

2. Saldatura su macchine alimentate in corrente trifase.

Confrontando le due tabelle di regolazione, è evidente che, gli alti valori di intensità richiesti per l’ottenimento di punti di ottima qualità, hanno, praticamente, reso sempre meno utilizzabili le saldatriciad alimentazione monofase, e questo per l’alta richiesta di corrente sulle linee di alimentazione.

Per ridurre questa alta richiesta di corrente sulla rete di alimentazione, nel passato si sono utilizzate macchina ad accumulazione di energia e macchine con una batteria di condensatori che alimentano iltrasformatore di saldatura. I risultati ottenuti non sono stati particolarmente buoni ed, attualmente, la saldatura delle leghe leggere viene effettuata con macchine ad alimentazione polifase diretta. La corrente di alimentazione viene inviata direttamente su tre trasformatori monofasi oppure su uno speciale trasformatore alimentato sul primario in corrente trifase. La corrente è trasformata sul secondario in monofase, raddrizzata per mezzo di SCR, ed inviata direttamente sul circuito secondario per l’utilizzo in saldatura.

Teoricamente, l’assorbimento della corrente su ognuna delle 3 fasi è sempre molto importante, ma viene equilibrato sulle 3 fasi; inoltre , dato che il fattore di potenza di una macchina polifase è molto più alto di una monofase, i kVA richiesti sono inferiori. Altra prerogativa del sistema trifase è di poter ottenere un parziale controllo sulla salita della corrente, cosa che su una macchina monofase può essere effettuata solo con lo SLOPE CONTROL.

3. Saldatura con macchine alimentate in corrente trifase a media frequenza.

Le ultime innovazioni tecnologiche hanno introdotto, nel campo della saldatura a resistenza dell’alluminio, la tecnologia della Media Frequenza (MFDC). L’utilizzazione di generatori ad Inverter e dei relativi trasformatori trifasi con elevazione della frequenza da 50 a 1000 Hz, ha permesso di ottenere ulteriori vantaggi nella saldatura delle leghe leggere. Si è infatti detto che, l’ottima conducibilità elettrica e termica delle leghe leggere richiede l’utilizzazione di correnti alte, erogate per un tempo molto breve e, se si riesamina la curva di calore ottenibile con un sistema ad Inverter( pag.27), si può facilmente comprendere i vantaggi di una tecnologia che può erogare una corrente molto stabile con una rampa di calore ad andamento costante, calibrata in modo molto preciso (millisecondi)

SALDATURA A PROIEZIONE

Saldare a proiezione le leghe leggere è sconsigliato in quanto, vista la relativa resistenza meccanica delle stesse, le bugne ottenute per stampaggio su lamiere in alluminio, sprofonderebbero sotto la spinta della forza applicata prima del passaggio di corrente.

In casi di assoluta necessità si possono utilizzare proiezioni “piene” ottenute per coniatura. Queste applicazioni sono, in effetti, molto rare e poco utilizzate.

SALDATURA A RULLI La saldatura a rulli delle leghe leggere è difficile, ma non impossibile. Valgono, praticamente, tutte le raccomandazioni fatte per la saldatura a punti. In via molto indicativa, riportiamo qui di seguito una tabella (fig.58) sulla quale sono riportati alcuni valori relativi alla saldatura a rulli delle Leghe leggere. Come per tutte le tabelle di regolazione i dati riportati dovranno essere integrati con quelli accertati in concreto in fase di programmazione macchina. La ricerca delle nuove regolazioni dovrà essere, particolarmente indirizzata con la verificadella tenuta stagna del giunto e, di conseguenza, al numero di saldature da effettuarsi sul cordone disaldatura che si desidera ottenere.

SALDATURA A RULLI su MACCHINE MONOFASI

Spessore lamiera mm. 0,25 0,51 1,22 3

N.puntipercm.9 86 54 3

Tempi caldi ms. Velocità saldatura m/min. minimi max 1 15 30 0,9 15 45 0,8 45 80 0,7 45 90 0,6 90 150 0,4 165 300

Forzaapplic

atadaN195245350390500615

Corrente di

saldatura A.

19.50024.0003200036.00041.00045.000

Saldatura a tenta stagna su Leghe Leggere

NOTA Come ultima annotazione, vorremmo ricordare che esistono molti e svariati tipi di leghe leggere. Ancora una volta si rammenta che, i differenti componenti di dette leghe possono far variare di molto le regolazioni da adottare, perciò si conferma la necessità di utilizzare i dati consigliati ed esposti nelle tabelle con accortezza, risettandoli in base ai risultati delle prove che dovranno essere obbligatoriamente eseguite prima di procedere alla lavorazione

Caratteristiche fisico-chimiche del RAME: Elemento metallico di simbolo Cu

Metallo rosso – malleabile e duttile Elevata conducibilità elettrica e termica Temperatura di fusione - inizio 1080° - ricotto 400° Densità a 20° 8.9 Resistenza meccanica ricotto20 Kg/mm2

incrudito 30 Kg/mm2

Il rame puro e le sue leghe sono molto usati nell’industria e quest’ampia utilizzazione è dovuta, principalmente, alla sua alta conducibilità elettrica e termica, nonché alla sua ottima resistenza alla corrosione.

Per una chiara e sintetica classificazione del rame e delle sue leghe, è bene attenersi alla suddivisione stilata dalla RWMA. E’ una classificazione che ci permetterà di orientarci, con chiarezza, nella ricerca dei parametri più affidabili da utilizzarsi durante le operazioni di saldatura aresistenza. Con questa classificazione il rame e le sue leghe vengono suddivisi in 5 gruppi o categorie. • Gruppo 1: High Copper ( Rame raffinato) • Gruppo 2 Leghe Rame- Zinco (Ottoni) • Gruppo 3 Leghe Rame –Stagno (Bronzi) • Gruppo 4 Leghe Rame _ Nichel • Gruppo 5 Altre Leghe

Gruppo 1 – RAME

Il rame considerato in questo gruppo è un metallo raffinato e parzialmente disossidato fino ad ottenere una purezza del 99, 2%.

In questa categoria si trova. -Rame disossidato. E’ un rame trattato con agenti disossidanti quali il fosforo. E’ puro al 99,9% La disossidazione rende il rame adatto per essere usato in particolari che operano ad alte temperature e per renderne più agevole la fabbricazione. Quest’intervento rende, anche, più facili le operazioni di saldatura, ma diminuisce la conducibilità del metallo.

-Rame arsenicato Contiene circa uno 0,350% di arsenico che è un altro additivo per alte temperature -Rame/argento – l’aggiunta di argento permette di ottenere del rame disossidato, senzaridurne la conducibilità; ne aumenta contemporaneamente la temperatura di rammollimento. -Rame –piombo E’ una lega binaria che tuttavia non viene inclusa nel gruppo delle leghe, in quanto ilcontenuto di rame è del 99%. Quest’aggiunta di piombo aumenta le proprietà di lavorazione, riducendone, però, la duttilità e la malleabilità.

Come indicato nelle pagine precedenti, l’alta conducibilità elettrica unita alla ridotta resistenza, rendono i particolari in rame, praticamente, non saldabili a resistenza, se non utilizzando dei speciali accorgimenti tecnici.

Possiamo quindi affermare che lamiere in rame di spessore superiore a 1 mm, potranno essere congiunti in modo efficace sono utilizzando la tecnica della

Saldobrasatura

ossia, interponendo fra i pezzi uno strato di pasta o lamina brasante.

In tutti quei casi dove la conformazione dei pezzi permetterà l’utilizzo della saldatura a resistenza, la metodologia da seguire sarà la seguente:

Saldatura a punti

Il principale accorgimento è quello di ricorrere ad un trasferimento di resistenza di contatto, usando elettrodi in materiale refrattario (Tungsteno o Molibdeno). In questo modo la resistenza maggiore, dovuta al contatto di questi materiali refrattari ad alta resistenza, viene trasferita dal contatto delle superfici interne dei pezzi da saldare al contatto fra le punte degli elettrodi e le superfici esterne dei particolari. Il trasferimento del calore avverrà, quindi, dall'esterno verso l’interno con la conseguenzache, il nocciolo fuso, rispetto a quello dei metalli ferrosi, avrà un diametro inferiore ma uno spessore più importante con un infossamento dell'elettrodo più marcato.

I tempi di realizzazione e la quantità di corrente da utilizzarsi, con quest'accorgimento, devono essere tuttavia molto precisi e brevi poiché a saldatura avvenuta si nota che, il limite della zona fusa si confonde quasi con la superficie di contatto degli elettrodi. In effetti, in questo caso, le calorie utilizzate per la fusione del metallo, sono create partendo dalla zona esterna del giunto. Poiché nel rame la temperatura di fusione (1800°C) è molto prossima alla temperatura di ebollizione (1981°C) ci si ritrova di fronte al grosso rischio " di esplosioni" del nocciolo durante la fase finale della saldatura, con la conseguenza di distruggere o rovinare in modo determinante il particolare trattato.

L’utilizzo di elettrodi con punta in tungsteno (W) o Molibdeno (Mo), unitamente a delle precise regolazioni di corrente e di tempo permetteranno quindi, di saldare lamierini fino a 0,8 -1 mm di spessore. Superando questi spessori non si possono garantire risultati validi e costanti.

Risultati ottimi si ottengono, altrimenti, nella saldatura di fili, trecciole o lamine fra di loro, o su dei supporti costituiti da altri metalli (escluso l’alluminio). Sono queste le applicazioni che, negli ultimi anni, hanno portato la saldatura a punti del rame ad un grande sviluppo ed a moltissime applicazioninel campo dell'industria dei componenti elettrici ed elettronici. In questo campo, l’utilizzazione sempre più vasta di macchine automatiche, ha spinto la ricerca nel campo della saldatura a punti di fili e trecciole e questo allo scopo sia di ridurre di molto i tempi d’assemblaggio degli elementi, sia di evitare la vecchia tecnologia della saldatura a stagno, lenta nell’operabilità e dannosa alla salute degli operatori.

Abbiamo già riferito che l’uso di elettrodi in rame è impossibilitato dal fatto che, in ogni caso, la resistenza intrinseca delle punte è sempre maggiore della resistenza delle parti da saldare e, di conseguenza, si è ricorsi all’accorgimento di utilizzare punte di elettrodo in materiali ad alta resistività come tungsteno e molibdeno La loro elevata resistenza crea il calore necessario per la fusione del rame senza il rischio di incollarsi alle punte. Fra i due materiali utilizzati, il tungsteno dà migliori risultati di riscaldamento e di durata, ma occorre tenere presente che questo materiale non èattaccato dagli utensili per questo in molte occasioni si preferisce utilizzare il molibdeno. Occorre, tuttavia, tenere presente che, i due materiali predetti, reagiscono al calore di saldatura modificando, dopo un certo numero di punti, la loro resistenza elettrica. E’ quindi noto il fenomeno per cui utilizzando elettrodi nuovi, quindi con resistenza intrinseca più elevata, le regolazioni in precedenza stabilite rischiano di produrre punti di saldatura di scarsa tenuta.

Per mantenere costante la qualità delle saldature occorrerà quindi: • Utilizzare elettrodi in rame con inglobato un inserto in materiale refrattario Tenere le dimensioni dell’inserto al minimo indispensabile • Procedere ad un preriscaldamento delle punte nuove • Utilizzare, eventualmente, dei controlli di saldatura che permettano una riduzione progressivadella corrente di saldatura, proporzionata alla riduzione della resistenza intrinseca della punta. • Utilizzare dei controlli di saldatura che possano lavorare in energia costante, con un feedback che mantenga sotto esame i due valori di corrente e di voltaggio, modificandoli, quando necessario, al fine di mantenere costante il valore delle calorie erogate. Quale esempio di regolazioni da assegnare ad una puntatrice che deve saldare una trecciola in

rame di sezione da 2,4 mm2

su di un supporto sempre in rame di spessore da 0,8 mm, si possono dare i seguenti parametri:

� Elettrodi: in rame con inserto in tungsteno � Forza sulle punte: 30 daN � Intensità di saldatura: 5 kA � Tempi di saldatura: 2 periodi

Qualora la stessa trecciola dovesse essere saldata su un supporto in ottone, occorrerebbe variare alcuni parametri:

� Elettrodo sulla trecciola: in rame con inserto in tungsteno � Elettrodo sul supporto: In lega Cu-Cr-Zr � Forza sulle punte: 40 daN � Intensità di saldatura: 5 kA � Tempi di saldatura: 3 periodi

Saldatura a proiezione

Saldare a proiezione il rame è sconsigliato, data la relativa resistenza meccanica di questo materiale. Le bugne ottenute per stampaggio sprofonderebbero prima del passaggio di corrente sotto l’azione della forza applicata. La saldatura a proiezione non è quindi possibile. Qualche volta siutilizzano bugne prestampate al fine di concentrare meglio la corrente, ma l’operazione di saldatura dovrà essere gestita con la stessa procedura della saldatura a punti.

Saldatura a rulli

Decisamente la saldatura a rulli è impossibile sempre a causa dell’alta conducibilità termica ed elettrica del materiale.

Negli ultimi anni, le moltissime applicazioni nel campo dell'industria dei componenti elettrici hanno portato la saldatura a punti del rame ad un grande sviluppo ed a creare un specifico settore di applicazioni che viene genericamente denominato

Questa particolare e, soprattutto, interessante problematica di saldatura si è sviluppata non solo nellasaldatura di fili e trecciole, ma sta fornendo interessanti applicazioni nella saldatura a punti di fili isolati senza asportazione preventiva dell’isolamento.

Principi generali

La saldatura di fili isolati fra di loro o con elementi di raccordo o supporto, è molto utilizzata nella produzione di componenti per apparecchiature elettriche; effettuarla con l’aiuto della saldatura a resistenza, richiede, imperativamente, che lo strato isolante venga eliminato in qualche modo (meccanico, chimico, termico) onde permettere il passaggio della corrente di saldatura e quindi la fusione del filo sul supporto.

Sia l’asportazione meccanica del rivestimento (es. con mole o sabbiatura) sia l’asportazione chimica (es. con solventi) comportano, tuttavia, un allungamento del tempo di lavorazione, creano difficoltà per effettuare quest’asportazione, oltre ad un rischio di intaccare la superficie del filo riducendone la sezione. Si sono quindi cercate soluzioni che permettessero di eliminare l’isolamento e procedere allasaldatura nello stesso istante, in modo da poter presentare vantaggi risolutivi, particolarmente, quando la produzione richiede procedure veloci eseguite con sistemi automatici.

I vari procedimenti, messi a punto ed applicati con risultati soddisfacenti, hanno lo scopo di eliminare tutta la coltre isolante sulla circonferenza del filo, ovviamente su una lunghezza limitata ed, in particolare modo, in un brevissimo tempo prima del passaggio della corrente di saldatura.

Prima di procedere allo studio dei vari metodi è bene esaminare brevemente i materiali che dovrannoessere impiegati e trattati.

• Materiali trattati e loro dimensioni

La necessità di collegare conduttori isolati fra di loro o con elementi di raccordo, ottenendo una buona resistenza meccanica e mantenendo l'ottima conducibilità elettrica e resistenza termica, si ha soprattutto nella produzione di bobine di ogni tipo (bobine per relè, trasformatori, indotti motori, statori, ecc.) dove è necessario fissare i capi del filo utilizzato per la bobinatura ,con i relativi terminalie connessioni. In genere, i materiali da congiungere fra di loro, sono buoni conduttori, come rame, ottone, bronzo o nickel.

1) Fili Di regola sono in rame (Cu), ed il loro diametro varia da 0,04 a 1,2 mm. Nella misura in cui i fili degli avvolgimenti devono essere saldati fra di loro o sugli elementi di raccordo, anch’essi in rame, è opportuno utilizzare rame disossidato (ECu). I fili isolati in leghe adatte per semiconduttori, tipo in nichelcromo (Ni/Cr), ferro-cromato (Fe/Cr) ed alluminio (Al), si possono saldare solo in casi eccezionali

Per la saldatura a resistenza si possono utilizzare dei fili con isolamenti ottenuti con smalti "saldabili" (poliuretano) od isolamenti che possono essere sciolti con il riscaldamento provocato dalla saldatura .

molto pi

difficile la saldatura quando ci si trova di fronte ad isolamenti non saldabili, vernici a doppia immersione o vernici speciali, formate da materiali isolanti che sottoposti al calore di fusione creano scorie carbonizzate o incrostanti il punto di giunzione. Effettuare un primo test d

infiammabilit

essere molto interessante per scoprire immediatamente la reale fattibilit

operazione. Sono sicuramente da scartare gli strati isolanti resistenti ad alte temperature (PTFE, Kaptom), gli avvolgimenti in fibre naturali (cotone), le ricoperture completamente isolanti in PVC o gomma. Ovviamente in questi casi

necessario eliminare l'isolamento con mezzi meccanici o chimici ed in seguito operare con il metodo tradizionale.

2) Elementi di raccordo

Per elementi di raccordo, si intendono quelle parti che possono fornire ai fili sia un punto di appoggio,sia un punto di collegamento e contatto con altri componenti come: interruttori, faston, zoccolature ecc. L'elemento di raccordo deve quindi essere adattato al "partner" e al procedimento di giunzione dal punto di vista del materiale, del trattamento superficiale, e delle dimensioni e forme.

Per saldare fili in Ecu sono adatti componenti in bronzo e ottone, in certi casi è possibile utilizzare elementi di raccordo anche di ECu o acciaio non legato. Lo spessore del raccordo può quindi essere scelto, per fili sottili (es. ˘ 0,4 mm) da 0,3 a 0,5 mm, e per fili con diametro maggiore, fino a 0,8 a 1 mm di spessore. Una stagnatura della superficie del supporto , che può andare da 5 - 20 µm, è in ogni caso vantaggiosa anche se, può creare difficoltà dal punto di vista pulizia della superficie di contatto elettrodi (deposito di stagno). Il luogo dove eseguire il punto di saldatura, deve essere facilmente agibile per semplificare il passaggio delle punte degli elettrodi.

3) Elettrodi

Come indicato nella prima parte di questo studio, gli elettrodi utilizzati a contatto con il rame, sono generalmente in materiale refrattario, ossia Tungsteno (W) o Molibdeno (Mo), od eventualmente, in leghe contenenti anche percentuali di Rame (Cu), mentre gli elettrodi utilizzati a contatto con supportiin Ottone, Bronzo, Nickel, Ferro ramato, ed altri sono, in generale, in lega di Rame con aggiunte di Cromo, Zirconio, Berillio, Cobalto, al fine di aumentarne la durezza all'usura, mantenendo la relativa conducibilità elettrica molto vicina, come valore, al Rame.

Fra il Tungsteno ed il Molibdeno, la scelta è basata unicamente sulle differenze di durezza che i due materiali presentano. In effetti, essendo simile la loro resistenza elettrica, la scelta è dovuta al fatto che il Molibdeno è lavorabile meccanicamente con utensili di normale, utilizzo (torni, fresatrici, trapaniecc.) mentre il Tungsteno può essere solo lavorato con rettificatrici.

4) Procedimenti

In pratica si utilizzano 5 procedimenti:

1. L'elemento di raccordo o di supporto da collegare deve avere una forma che permette l'inserimento del filo isolato, in una posizione ininfluente al passaggio della corrente di saldatura.

2.L'elemento di raccordo o di supporto deve avere una forma che permette l’inglobamento a caldo (Hot Stacking) del filo isolato, racchiudendolo in una parte fusa dell'elemento di raccordo

3.Il filo isolato viene messo a contatto con elettrodi preriscaldati per mezzo di impulsi di corrente (Termod) o con un sistema ad induzione, in modo da fondere l’isolamento

4.Con forme particolari d’elettrodi che superino l’isolamento.

5.Con asportazione meccanica della superficie isolata

Questo sistema viene qui citato in quando utilizzato nei casi di fili con

superiori ad 1,2 mm. o co

isolamento non asportabile con il calore

Con fili di diametro inferiore questo procedimento presenta tempi di realizzazione antieconomici

Dopo aver proceduto all’asportazione dell’isolamento, il filo è messo a contatto con l’elemento di supporto, per mezzo dell'elettrodo superiore della puntatrice, quindi la saldatura può essere effettuata come nella normale puntatura di componenti puliti.

I due particolari vengono pressati fra di loro con una forza predeterminata e la corrente di saldatura può passare con una intensità e tempo preimpostati con un corretto e preciso settaggio della macchina. Qui di seguito, vengono riportati alcuni esempi di conformazioni particolari adatte alla risoluzione di problematiche relative alla saldatura di fili isolati.

1.1 Puntatura con supporto provvisto di un gancio Questo metodo è molto adatto all’automazione del processo ma, la zona di saldatura deve essere agibile da due lati. Sull’elemento di raccordo viene creato, in genere al momento della formatura dell’elemento, un gancio che in seguito verrà ripiegato a forma di U( fig. 59). Nell’occhiello così formato viene inserita l’estremità del filo, che, qualora presentasse le caratteristiche di un filo terminale, dovrà essere avvolto su se stesso per ottenerne il bloccaggio durante la movimentazionedel particolare. Gli elettrodi sono ovviamente sistemati in modo da racchiudere il filo isolato fra le due parti del raccordo. La corrente di saldatura passerà fra queste due parti (in pratica in corto circuito). Il calore creato servirà, durante il primo impulso, a fondere ed eliminare l'isolamento del filoe, con il secondo impulso, a chiudere e compattare tutto il giunto.

Fig. 59 Puntatura di un filo isolato con supporto dotato di gancio

Il procedimento è adatto per una vasta gamma d'utilizzazioni, come ad esempio: bobine per relè, piccoli trasformatori, ecc. La potenza della macchina da utilizzare sarà determinata dal diametro dei fili e dallo spessore del supporto su cui detti fili dovranno essere congiunti. In tutti i casi si consiglia l'utilizzo di una apparecchiatura di comando e controllo sulla puntatrice, che permetta la saldatura con2 impulsi di potenza differenziata. In questo caso, gli elettrodi non toccano direttamente il filo, e la regolazione della macchina, deve essere proporzionale allo spessore ed al tipo di materiale con cui è formato il supporto, passando in secondo ordine, il diametro del filo. Normalmente l’elettrodo superiore è costituito da un inserto di materiale refrattario, Tungsteno (W) al fine di ridurre al minimo le fermate di produzione per la ravvivatura della punta.

Utilizzando macchine di saldatura ad azionamento pneumatico, è possibile inserire la stazione di saldatura sul complessivo della macchina bobinatrice, in modo da poter effettuare le due operazioni automaticamente, risparmiando il tempo di gestione e spostamento dei particolari da bobinatrice a saldatrice.

1.2 Compattatura a caldo su collettore dotato di gancio.

La zona di saldatura è agibile da un solo lato (fig.60). In questa configurazione si opera con una testina in "doppio punto" con discesa verticale e contemporanea dei 2 elettrodi

In questo caso è corretto utilizzare un elettrodo in rame/cromo per ottenere il contatto di “massa”, mentre per l’elettrodo a contatto con il gancio, si usa un inserto in Tungsteno, sia per ottenere una lunga durata del profilo della punta, ma anche per aumentare la resistenza di contatto e creare calorie in modo più bilanciato

Fig.60

1.3 Puntatura con supporto a fessura

La zona di saldatura è agibile da due lati. L’estremità del filo viene inserita in una fessura o tacca, ottenuta per fresatura o stampaggio, sul corpo del supporto. Sotto la pressione degli elettrodi e con ilpassaggio della corrente, i bordi della fessura saranno pressati insieme racchiudendo il filo (fig. 61).

Il supporto, in genere ottone, deve avere uno spessore congruo (da 0,5 a 0,8 mm) e avere, preferibilmente, una superficie stagnata.

Lo stesso tipo di giunzione può essere effettuato anche con componenti in acciaio e rame ma, in questo caso, la fessura deve essere più larga di qualche centimetro e più profonda rispetto allo spessore del filo

Come precedentemente accennato, l’estremità del filo viene dapprima avvolta con alcuni giri intorno al raccordo (per evitarne lo svolgimento) e, quindi, inserita nella tacca. Al momento della saldatura, le pareti della fessura si fondono, l’isolamento evapora ed il filo viene inglobato nel materiale di base.

Secondo la cadenza di produzione, il procedimento può essere eseguito su una piccola macchina con comando a pedale, sulla quale si ottiene un punto ogni discesa della testa, oppure su macchine automatiche o semiautomatiche dove, se necessario, con una doppia testa si possono ottenere due giunzioni contemporanee. Con tali metodi è possibile ottenere cadenze fino a 1000 - 3000 giunzioni/h.

1.4 Compattatura a caldo su collettore a fessura

La zona di saldatura è agibile da un solo lato (fig.62) Sulla testina a "doppio punto" l’elettrodo di contatto o di “massa” è in lega di rame-cromo ed è situato vicino all’elettrodo di saldatura, che normalmente ha un inserto in tungsteno (W).

Sul collettore

stata creata una fessura in cui sono inserite le estremit

del filo dell'avvolgimento

Qualora fosse necessario evitare la fuoriuscita dei fili durante le operazioni di manipolazioni, il bordo della fessura può essere leggermente serrato meccanicamente. Le procedure 1.2 e 1.4 sonousate nella produzione in serie di piccoli motori su impianti di saldatura meccanizzati o automatici.

Nella fabbricazione dei collettori sia di forma “ a gancio” che “ a fessura”, l’utilizzo di elettrodi di compattatura in tungsteno ha consigliato l’uso di controlli di saldatura che possano lavorare con un “feedback” in Energia Costante e con programmi di saldatura istantaneamente applicabili, se necessario, su ciascuna fase di compattatura dello stesso rotore.

Fig. 62

In effetti, l’utilizzo d’elettrodi in materiale refrattario (W o Mo) produce una sensibile variazione della resistenza di contatto, mano a mano, che il Tungsteno o Molibdeno si scaldano.

Ecco il motivo per cui, nell’esempio in fig. 62 vengono indicati 2 valori di calore: CALORE 1 per i primi tre inglobamenti e CALORE 2 per i successivi, essendo ormai, entrato in temperatura l’elettrodo in materiale refrattario.

I sensori di voltaggio permettono al feedback del controllo di procedere al mantenimento costante dell’energia ( W = A x I) che si ritiene valida per il raggiungimento della migliore qualità.

1.5 Puntatura con elemento aggiuntivo tubolare

Questo metodo è utilizzato principalmente per la giunzione fra di loro di fili oppure quando non sia possibile utilizzare i metodi in cui si prevede il “ gancio” o la “ fessura”. La soluzione è di avvalersi di un elemento aggiuntivo che faccia da crogiolo alla fusione degli isolamenti e, conseguentemente, permetta la giunzione di due fili isolati.

La zona di saldatura deve essere agibile da due lati. I fili isolati da congiungere vengono inseriti in un elemento aggiuntivo a forma di manicotto metallico (ad es. sezioni di tubo) (figg.63 – 63 a).

Per questa applicazione si possono anche utilizzare dei rivetti cavi o dei capocorda.

Fig.63

La saldatura avviene come nella normale puntatura. L’elemento aggiuntivo viene inserito fra i due elettrodi ed il calore eliminerà l'isolamento dei fili, permettendo il loro congiungimento all’interno del manicotto fuso.

Fig.63a

Questo procedimento è particolarmente usato percollegamenti su bobine magnetiche, testine diregistrazione, avvolgimenti di statore, trasmettitoriecc.

1.6 Puntatura con elemento aggiuntivo aperto

Nell’impossibilità di utilizzare manicotti di collegamento, causa l’impossibilità d’avere terminali di filo liberi, l’elemento aggiuntivo utilizzato è aperto su di un lato. Può essere realizzato come elemento da stampaggio oppure ci si può servire di sezioni di nastro (fig. 64). In questo modo è possibile eseguire la giunzione anche operando su bobinatrici automatiche, per collegare le estremità delle bobine di statore. La fascetta può essere in Cu stagnato o acciaio ramato. Il procedimento è del tutto simile a quello illustrato al punto 1.5

Fig.64

3.7 Puntatura a doppio impulso- sistema "Termod"

E’ il primo caso di saldatura di fili isolati su supporto, senza inglobamentodel filo La zona di saldatura è agibile da due lati.

elettrodo a contatto con il filo isolato, si trova un secondo elettrodo, anche esso collegato elettricamente con la parte inferiore del supporto.(fig.65).

Fig. 65

In questo modo, si viene ad avere un elettrodo superiore alimentato da una delle due fasi del trasformatore di saldatura, mentre l'altra fase verrà portata al secondo elettrodo superiore e, contemporaneamente anche all'elettrodo inferiore. Con il primo impulso di corrente, che attraverserài due elettrodi superiori, si otterrà il riscaldamento della punta superiore. Al raggiungimento di un’adeguata temperatura, l’isolamento sulla superficie del filo fonde e, a causa della trasmissione termica nel filo, anche nel lato inferiore si libererà dell'isolamento. Adesso la resistenza di contatto nel punto di saldatura è molto inferiore di quella del circuito secondario e, pertanto, la corrente di saldatura sarà portata a scorrere attraverso il circuito – elettrodo superiore ed elettrodo inferiore – e quindi attraverso i particolari per operare la saldatura.

E’ molto importante poter effettuare con il controllo, due impulsi consecutivi, di diversa intensità di corrente e di tempo; il primo impulso deve essere appena sufficiente per eliminare l’isolamento dallasezione di filo dove si vuole effettuare la saldatura, il secondo impulso di corrente, dovrà fornire il calore necessario per saldare fra di loro i materiali di base.

Il procedimento è adatto per fili di vari diametri come ad es. bobine, relè, piccoli motori, interruttori, trasformatori ecc.

Si possono saldare fili ECu da 0,2 a 1,2 mm di diametro

1.8 Puntatura con elettrodo “ congiunto “ Fig.66

E’ una variazione al punto 1.7 per utilizzare questa tecnologia sui punti accessibili da un solo lato, ad esempio saldatura di fili su piastre conduttrici. E’ comunque utilizzabile sui punti accessibili dai due lati.

L’elettrodo che tocca il filo viene sezionato al centro, nel senso della lunghezza, e fra le due parti viene inserita una lamina di materiale isolante. All’estremità inferiore, in pratica quella che sarà a contatto con il filo da saldare, sarà inserita una pastiglia di materiale refrattario (W o Mo).

Alle due sezioni dell’elettrodo è collegato il circuito di erogazione della corrente di saldatura. Se si agisce con la tecnica del doppio punto, accanto all’elettrodo di saldatura verrà applicato un secondo elettrodo di contatto, che tocca la superficie di saldatura. Se si agisce con la tecnica standard, il secondo elettrodo si troverà nella parte inferiore del giunto. In entrambi i casi, il secondo elettrodo sarà collegato ad una delle due fasi del circuito di corrente, tramite un teleruttore di potenza.

Fig.66

Con questa applicazione, data la necessità di utilizzare tempi molto brevi, diventa indispensabile, lavorare in corrente continua con la tecnica dell’Inverter Con il primo impulso di corrente da 2 a 3 ms. la pastiglia di materiale sinterizzato viene riscaldata a 1000°C. Il suo calore si trasmette immediatamente al filo ottenendo la fusione dell’isolamento. A quelmomento il filo nudo, si trova a contatto con il supporto, in condizione da essere immediatamente saldato: Con l’azionamento del teleruttore di potenza, si devia il circuito di corrente, portando la seconda fase sulla superficie del supporto. Con un secondo impulso da 3 a 4 ms. si ottiene la saldatura desiderata.

Qualora non si volesse utilizzare il teleruttore di potenza, gli stessi risultati potrebbero essere raggiunti con l’applicazione di due trasformatori: uno per il riscaldamento della pastiglia e l’altro per la saldatura.

1.9 Puntatura con elettrodo scanalato

E’ uno dei metodi eseguibili con attrezzature molto semplici e, in genere per elementi di contatto agibili sui due lati. La sua semplicità è, tuttavia, fonte di incostanza di risultati, in quanto necessita di un posizionamento accurato, nonché di un perfetto profilo dell’elettrodo a contatto del filo

La superficie anteriore dell’elettrodo di saldatura dispone di una scanalatura prismatica, in cui viene posizionata l’estremità del filo.

La profondità, di questa scanalatura, è tale per cui le punte dell’elettrodo toccano anche la parte superiore del supporto e questo per poter far passare la corrente all’inizio dell’operazione, quando l’isolamento del filo non permette ancora la fusione dello stesso

Fig.67

Al momento del passaggio della corrente, come accennato più sopra, il calore creato con il contatto delle punte dell’elettrodo e la base del supporto, scioglie l’isolamento e con un secondo impulso di corrente, si può effettuare la saldatura.

Si usa nella produzione di rel

con avvolgimenti molto sottili e maschere stagnate in rame o ottone e, principalmente, su macchine singole con comando a pedale, per controllare costantemente il posizionamento del complessivo.

1.10 Puntatura con elettrodo a riscaldamento costante

Con questa tecnologia, si è cercato di ovviare ai vari dispositivi precedentemente illustrati, che avevano lo scopo di riscaldare il filo isolato per eliminare l’isolamento.

In generale questa tecnologia viene applicata sulle saldature di particolari agibili sui due lati.

L’elettrodo di saldatura è, in pratica, avvolto in un sistema termico. Questo sistema permette di mantenere costantemente, l’elettrodo, a una temperatura idonea alla fusione dell’isolante, e di conseguenza con un valore opportunamente regolabile. In questo caso è necessario creare un circuito di raffreddamento per le restanti parti della macchina, in modo da evitare un riscaldamento anomalo delle stesse.

Operando in queste condizioni, l’applicazione dell’elettrodo a temperatura, provoca la fusione dell’isolamento, ed è quindi possibile effettuare il normale ciclo di saldatura. A causa del tempo richiesto per eliminare l’isolamento, (periodo che dipende dallo spessore e resistenza termica dei pezzi) è preferibile mettere a contatto l’elettrodo di riscaldamento qualche decimo di secondo, antecedentemente, all’applicazione dell’effettiva pressione di saldatura.

5 ) Saldatrici e Controlli relativi

Nella saldatura dei fili con isolamento, in genere si devono collegare materiali che per le loro caratteristiche fisiche (conducibilità elettrica e termica, temperatura di fusione, durezza), per la loro compatibilità metallurgica (unione di metalli diversi) e per le loro configurazioni dimensionali (breve distanza della saldatura dal bordo del pezzo da raccordare o di componenti termosensibili), rendono l’operazione di saldatura molto complessa e di difficile gestione.

Le possibilità di ottenimento di risultati validi e soprattutto affidabili e ripetitivi, richiedono attrezzature tecnologicamente perfette, capaci di fornire dati certi e costantemente controllati in tempo reale.

Per esaminare il comportamento delle Leghe di rame, si deve riprendere in esame la classificazione di cui alla pag.62.

• Gruppo 2 Leghe Rame- Zinco OTTONE

Il termine generale di OTTONE sta ad indicare leghe di rame e di zinco, e nelle quali il contenuto dirame è di almeno il 59%, e lo zinco può essere legato con altri componenti quali lo stagno od il piombo. Occorre dire anche che, in qualche caso, le leghe di rame /zinco passano sotto il nome di Bronzi.

• Gruppo 3 Leghe Rame- Stagno BRONZI

Il termine generale di BRONZO sta ad indicare leghe di rame e di stagno. Occorre tuttavia tenere presente che una lega di solo rame e stagno è molto rara; in genere a questa unione binaria vengono aggiunti altri componenti quali fosforo, zinco, piombo ed altri ancora a seconda dell’utilizzo che la lega deve avere. In questo gruppo vengono distinte 3 grandi famiglie: -Bronzi fosforosi: Il nome è comunemente dato alla lega di rame-stagno, dove gli ossidi sono stati

eliminati con l’aggiunta di fosforo. Il contenuto di stagno varia dal 4 al 10%; più alto è il contenuto di stagno, più alta è la resistenza e la tenacità della lega. -Bronzi fosforosi con piombo: in questa legaentrano in eguale misura il piombo, lo zinco ed il fosforo. E’ una lega utilizzata principalmente per lafabbricazione di viterie e piste di cuscinetti. -Bronzi speciali: In questa lega sono inclusi i composti diBronzo-alluminio e Bronzo-cadmio. Sono erroneamente chiamati bronzi in quanto non contengono stagno.

• Gruppo 4 Leghe Rame – Nickel In questo gruppo vengono distinte 2 grandi famiglie -Cupro-nickel: sono leghe in cui al rame viene aggiunto dal 15 al 30%di nickel. Sono altamente duttili e malleabili e molto resistenti alla corrosione, caratteristiche che le rendono idonee a numerose applicazioni, che vanno dalla costruzione di tubi e piastre per condensatori fino alla costruzione di scambiatori di calore.

-Nickel-Argento: E’ una lega, la cui composizione varia con un contenuto di nickel dal 5 al 30%e zinco, sempre dal 5 al 30 %, con aggiunta, qualche volta, di piombo per migliorane la duttilità.

• Gruppo 5 Altre Leghe In questo gruppo segnaliamo le leghe al Silicio ed al Berillio. Le leghe al silicio, utilizzato per disossidare il rame (Cu=96-98,25% - Si=3-1,5% - Mn =1-0,25%), hanno grandi caratteristiche di anticorrosione e sono assolutamente, quelle che si prestano meglio alla saldatura a resistenza. Le leghe al Berillio , trovano grande applicazione nell’industria elettrica. Contengono in genere il 2-2,25% di berillio con un 0,25-0,5% di nickel. Possono essere stampate a freddo e subire anche trattamenti a caldo senza ridurre le loro proprietà di durezza e conducibilità. Per queste caratteristiche, sono utilizzate anche per la costruzione di componenti portacorrente applicatisulle saldatrici a resistenza

Saldatura a punti

Nella saldatura a resistenza delle leghe di rame, ancora una volta entrano in gioco due dati significativi che sono: la resistenza elettrica e la conducibilità termica del materiale che si sta saldando e, soprattutto, occorrerà tenere calcolo non solo della conducibilità elettrica intrinseca del materiale ma, anche, della resistenza di contatto del giunto.

La resistenza elettrica e la conducibilità intrinseca del materiale sono le basi da cui partire per regolare i parametri di saldatura e, di conseguenza, sono i dati più importanti da conoscere per ottenere buone saldature; la resistenza di contatto è, però, quel dato che permetterà di mantenere la costanza nella qualità. A prima vista , sembrerebbe che la non perfetta pulizia delle superfici di contatto sulle leghe di rame (che in generale possiedono una bassa resistenza elettrica ed una alta conducibilità termica), aumenti la resistenza del giunto e di conseguenza faciliti la formazione delle calorie necessarie alla formazione del nocciolo, ma la costanza dei risultati che si vogliono ottenere richiede tassativamente che la superfici di contatto siano sempre pulite e disossidate, in modo che, trovate le regolazioni precise ed idonee, esse possano essere mantenute nel tempo.

Possiamo, quindi, brevemente riassumere:

a) La saldabilità delle leghe di rame e, di conseguenza, la quantità di corrente di saldatura da utilizzare è inversamente proporzionale alla loro resistenza elettrica e conducibilità termica. b) La forza applicata agli elettrodi dovrà essere inferiore a quell’utilizzata per le leghe ferrose mentre, nel caso degli ottoni, sarà dello stesso valore di quella applicata per la saldatura dell'acciaio dolce cat. A. Si potranno evidenziare, con macrografie, delle interpenetrazioni a livello molecolare di natura differente, ma il risultato di prova allo strappo evidenzierà un nocciolo di saldatura normale. La reazione dei cilindri di pressione dovrà possedere delle caratteristiche dinamiche molto valide, il che significa un utilizzo di cilindri pneumatici a bassa inerzia (fast-follow).

Il tempo di saldatura deve essere molto breve (inferiore a quello per le leghe ferrose).

La corrente di saldatura, data la alta resistenza elettrica, sarà proporzionalmente aumentata, fino a due o tre volte quella applicata per le leghe ferrose.

Le punte degli elettrodi dovranno avere preferibilmente una forma semisferica al fine di ridurre, per quanto possibile, l’infossamento della punta con conseguente riduzione della resistenza meccanica.

In molti casi le leghe di rame sono saldabili con l’acciaio a condizione che lo stesso sia perfettamente decapato.

Saldatura a proiezione

La saldatura a proiezione è sconsigliabile in quanto, la relativa resistenza meccanica del materiale, permette un deterioramento della geometria della bugna stampata durante l’applicazione della forza agli elettrodi.

Ciò nonostante, l’utilizzo di bugne è consigliato quando la superficie su cui ottenere il punto si saldatura è molto piccola e, di conseguenza, il diametro della punta necessiterebbe un’area di contatto molto limitata (con alto infossamento e veloce usura).In questo caso le proiezioni concentreranno la corrente necessaria pur utilizzando elettrodi con punta piana

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[E-Book - Fai Da Te] Manuale Di Saldatura Di Alluminio, Rame

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