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Carpaneto & C. S.p.A Divisione saldatura

ALLUMINIO E SUE LEGHE

L’alluminio è uno dei materiali non ferrosi maggiormente utilizzato e le sue applicazioni sono dovute a treimportanti caratteristiche o qualità:1. Basso peso specifico,2. Alta resistenza alla corrosione3. Elevata conducibilità elettrica e termica,La resistenza dell’alluminio agli attacchi di svariati agenti chimici è dovuta alla sua proprietà di formare insuperficie, una leggera ma strettamente unita coltre di ossido che può preservare la superficie da ognialtra azione chimica. In effetti, l'alluminio si ossida a contatto con l'aria e si ricopre di una sottile pellicola diallumina, dura e resistente fino a 2000°.

La maggiore resistenza agli agenti chimici la si riscontra nell’alluminio puro, mentre le svariate legheottenute con ingredienti tipo manganese, magnesio, cromo o manganese e silicio, riducono leggermentequesta 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 notevolidifficoltà 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 ferronon 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 nettamenteinferiore 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 quindicon delle potenze elevate ed, a questo punto, ricordiamo che la densità approssimativa vista alpag.1/55 è :Per l’alluminio puro: K = 4000/4500 A per mm2 per 1 periodoPer le sue leghe: K = 3000/4000 A per mm2 per 1 periodo

Altre importanti considerazioni sono da farsi:

§ Una superficie d’alluminio lasciata all'aria si ricopre di una pellicola di allumina (Al2O2)Questa coltre d’ossido si forma molto rapidamente all’inizio, poi in seguito la pellicola già formataprotegge la superficie contro l’ossidazione e quindi questa pellicola aumenta di spessore.

Caratteristiche fisico-chimiche delloALLUMINIO

Temperatura di fusione - inizio 658°

Densità a 20° 2,7Resistenza meccanica ricotto 10 Kg/mm2

incrudito 20 Kg/mm2

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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 immediatamentedopo l'operazione di decapaggio.

La produzione della pellicola d’Allumina, come detto in precedenza, è un processo che inizia moltovelocemente, per questo motivo, è quasi impossibile saldare su dei particolari perfettamente puliti, inquanto, dopo poche ore dal decapaggio, si sta già formando la coltre d’allumina, che è infinitamente sottilee 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 finedi poter eseguire la saldatura sui particolari immediatamente dopo l’operazione di pulizia o, almenoentro le 48 ore successive. Qualora queste tempistiche non siano possibili, occorre avere cura diproteggere le superfici decapate con pellicole grasse, e poi “lavarle” prima dell’operazione disaldatura.

La presenza di tracce d'ossido sulla superficie di contatto degli elettrodi presenta inoltre, l’inconveniente dipermettere alle particelle d’allumina di incollarsi ed accumularsi sulle punte deteriorandole e quindirendendo necessario un rifacimento delle superfici dopo poche saldature (20 - 30 massimo). In presenzadi elettrodi fortemente ricoperti dal predetto deposito di metallo, durante il passaggio della corrente, sipotranno notare delle vere e proprie esplosioni con proiezioni di materiale fuso con il grosso rischio diritrovarsi 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 questocaso però la resistenza di contatto è molto bassa, il che contribuisce ad aumentare notevolmente lapotenza elettrica richiesta.

Per rimediare a quest’inconveniente, si ha sovente l’abitudine di ridurre lo sforzo di compressionedegli elettrodi. Questa riduzione aumenta la resistenza di contatto e permette di saldare con delleintensità più deboliIl metodo, assai generalizzato, presenta tuttavia due gravi inconvenienti:a)L’incrostazione degli elettrodi aumenta rapidamente quando la pressione diminuisce. Diventa quindinecessario pulirli molto più frequentemente.b)Le reazioni elastiche dei pezzi da saldare, rischiano di provocare delle differenze importanti sullapressione effettiva e di conseguenza si possono riscontrare delle grosse irregolarità sulla saldatura. Leforcelle di tolleranza della temperatura necessaria alla saldatura essendo, quindi, molto strettenecessiteranno di un controllo molto preciso della corrente utilizzata, mentre, in certe condizioni, sipuò 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 disaldatura 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 ilnocciolo di saldatura.

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Le leghe leggere hanno tendenza a subire uno scorrimento plastico quando raggiungono la temperaturadi saldatura. Quando gli elettrodi non riescono a seguire velocemente la riduzione dello spessore che nerisulta, avverrà un cattivo contatto degli elettrodi sul particolare, perciò si noterà un’usura proibitiva delleestremità degli elettrodi. E’ quindi necessario per ridurre quest’inconveniente utilizzare solo organi dipressione a debole inerzia.

SALDATURA A PUNTI

Quando si vuole ottenere ottime saldature e, in special modo, saldature costanti ed affidabili èindispensabile che le operazioni di saldatura a resistenza dell’alluminio e delle sue leghe siano effettuatedopo un primo trattamento delle superfici. Ogni tipo di impurità, sia meccanica che chimica, presente sullasuperficie 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’incollerannoagli elettrodi, riducendone la durata e, nel contempo rovinando gli aspetti esteriori delle superfici contracce eccessive, profondi segni ed infossamenti, ed altre imperfezioni.I trattamenti superficiali che, in generale vengono consigliati sono:

SgrassaturaE’ indispensabile affinché la successiva operazione di decapaggio avvenga regolarmente.

DecapaggioQuest’operazione può essere eseguita seguendo due procedure:1. Decapaggio meccanico

Effettuato con tela smeriglio. Obbligherà una conseguente asportazione dei residui di polvere abrasivapoiché, costituendo essi un isolante, possono impedire il regolare passaggio di corrente.

2. Decapaggio chimicoE’ il metodo adottato su tutti i procedimenti di alta produzione.Esistono differenti formule per il decapaggio chimico, applicabili secondo i risultati che si voglionoottenere.

Essiccazione od AsciugaturaDopo il decapaggio chimico, è indispensabile lavare il materiale con molta acqua ed, in seguito, essiccarlorapidamente.

MarcaturaDato che la saldatura deve essere effettuata entro un tempo che non deve essere superiore ai 3 giorni , èpreferibile marcare la data dell’avvenuto decapaggio.

IngrassaggioSe i materiali non possono essere saldati entro i tre giorni, diventa indispensabile proteggere le superficidecapate 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 idifferenti tipi di leghe leggere, si deve ricordare che gli altri parametri di saldatura dovranno essereadeguati alla composizione ed allo spessore del materiale che sarà oggetto dell’operazione di saldatura

PARAMETRI DI SALDATURA

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

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

a) Lega adattaPrendendo, innanzi tutto, in considerazione il materiale con il quale costruire le punte, i migliori risultati sisono 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 elevatoprezzo.Il rame, perciò, è considerato il metallo ideale se non si tiene conto che a causa della sua malleabilità eduttilità, obbliga a ricondizionare le punte, troppo frequentemente.Con prove pratiche si è, quindi, determinato che la lega migliore che riunisce in concreto i tre attributirichiesti è la lega Rame-Cadmio.

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

Fig. 50a Fig.50bPunta troncoconica – (fig50a)

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

Punta semisferica – (Fig. 50b)

Questa forma di elettrodo viene generalmente utilizzata nel processo di saldatura che contempla untempo di forgiatura. Durante questo tempo la punta arrotondata, che si è ormai raffreddata, penetra nelmateriale 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 dellastessa nella superficie della lamiera, rendendo l’aspetto della saldatura accettabile sotto al punto di vistaestetico.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.

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La tabella sottostante (fig.51)può dare un valore corretto delle dimensioni da tenere

Saldatura di due spessori ugualimm

dFig.50a

mm

RFig. 50b

mm

0,5 + 0,5 3 80

0,8 + 0,8 4,1 1001 + 1 4,9 112

1,5 + 1,5 6,9 1502 + 2 8,1 250

2,5 + 2,5 9,2 2503 + 3 11 300

Fig.51

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

Fig.52

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 nocciolo disaldatura ha una medesima penetrazione nel materiale.

B. Due materiali dissimili d’uguale spessore: il profilo della punta ha la stessa geometria. Il nocciolo disaldatura ha una penetrazione disuguale nel materiale.

C. Spessori differenti di materiali simili, con uguale profilo della punta. La penetrazione del nocciolo èdisuguale 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 lamiera sottile epiatta 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 lamiera spessa epiatta su quella più sottile. La penetrazione del nocciolo è disuguale in quanto si sono invertite legeometrie dell’elettrodo basate sullo spessore della lamiera di contatto.

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Fig.53

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 forzaapplicata troppo forte, ad una esagerata quantità di corrente, ad un tempo troppo lungo oppure a unacombinazione dei 3 parametri. Quest’eccessiva penetrazione può, anche, essere causa di espulsionidi 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 AC. 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 delleleghe 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 disaldatura che sarà adottato.Nelle pagine seguenti, cercheremo di dare alcuni esempi di regolazioni al fine di poter fornire una base dipartenza per la ricerca dei parametri idonei al lavoro che si dovrà eseguire.

1. Saldatura su macchine alimentate in corrente alternata monofaseE’ 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 perl’operazione, è consigliabile utilizzare gli Slope Control, al fine di evitare l’applicazione di queste altecorrenti 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 saldaturedi qualità “commerciale”,

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Fig.54

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 quelle indicatesulla Tabella in fig.55.

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Fig.55La sequenza sarà quindi:

Fig.56

Gli elettrodi Fig. 57 saranno di forma semisferica ed illoro raggio è indicato sulla tabella di regolazione.La forza da applicare, come si potrà notare, è abbastanza alta,il che richiede l’utilizzo di correnti relativamente alte.

Fig.57

LEGGENDA* I tempi di SLOPE-UP (salita progressiva della corrente)dovranno rappresentare circa 1/3 – ½ del tempo disaldatura.

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

*** La corrente di post-riscaldamento corrisponderà acirca la metà della corrente disaldatura.Per la saldatura di leghe che non hanno la tendenza adincrudirsi, il post-riscaldamento non è necessario.

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2. Saldatura su macchine alimentate in corrente trifase.

Confrontando le due tabelle di regolazione, è evidente che, gli alti valori di intensità richiesti perl’ottenimento di punti di ottima qualità, hanno, praticamente, reso sempre meno utilizzabili le saldatrici adalimentazione 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 utilizzatemacchina 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 leggereviene effettuata con macchine ad alimentazione polifase diretta.La corrente di alimentazione viene inviata direttamente su tre trasformatori monofasi oppure su unospeciale trasformatore alimentato sul primario in corrente trifase.La corrente è trasformata sul secondario in monofase, raddrizzata per mezzo di SCR, ed inviatadirettamente sul circuito secondario per l’utilizzo in saldatura.

Teoricamente, l’assorbimento della corrente su ognuna delle 3 fasi è sempre molto importante, ma vieneequilibrato sulle 3 fasi; inoltre , dato che il fattore di potenza di una macchina polifase è molto più alto diuna monofase, i kVA richiesti sono inferiori.Altra prerogativa del sistema trifase è di poter ottenere un parziale controllo sulla salita della corrente, cosache 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 da50 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 dicorrenti alte, erogate per un tempo molto breve e, se si riesamina la curva di calore ottenibile con unsistema ad Inverter( pag.27), si può facilmente comprendere i vantaggi di una tecnologia che può erogareuna corrente molto stabile con una rampa di calore ad andamento costante, calibrata in modo moltopreciso (millisecondi)

SALDATURA A PROIEZIONE

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

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

SALDATURA A RULLILa 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 valorirelativi alla saldatura a rulli delle Leghe leggere.Come per tutte le tabelle di regolazione i dati riportati dovranno essere integrati con quelli accertati inconcreto in fase di programmazione macchina. La ricerca delle nuove regolazioni dovrà essere,particolarmente indirizzata con la verifica della tenuta stagna del giunto e, di conseguenza, al numero disaldature da effettuarsi sul cordone di saldatura che si desidera ottenere.

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SALDATURA A RULLI su MACCHINE MONOFASI

Saldatura a tenta stagna su Leghe Leggere

Tempi caldims.

Spessorelamieramm.

N. puntiper cm.

Velocitàsaldaturam/min. minimi max

Forzaapplicata

daN

Corrente disaldatura

A.0,25 9 1 15 30 195 19.500

0,5 8 0,9 15 45 245 24.000

1 6 0,8 45 80 350 32000

1,2 5 0,7 45 90 390 36.000

2 4 0,6 90 150 500 41.000

3 3 0,4 165 300 615 45.000

NOTACome 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 dimolto le regolazioni da adottare, perciò si conferma la necessità di utilizzare i dati consigliati edesposti nelle tabelle con accortezza, risettandoli in base ai risultati delle prove che dovrannoessere obbligatoriamente eseguite prima di procedere alla lavorazione

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RAME E SUE LEGHE

Caratteristiche fisico-chimiche del

RAME: Elemento metallico di simbolo Cu

Metallo rosso – malleabile e duttileElevata conducibilità elettrica e termicaTemperatura di fusione - inizio 1080° - ricotto 400°Densità a 20° 8.9Resistenza meccanica ricotto 20 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 allacorrosione.

Per una chiara e sintetica classificazione del rame e delle sue leghe, è bene attenersi alla suddivisionestilata dalla RWMA. E’ una classificazione che ci permetterà di orientarci, con chiarezza, nella ricerca deiparametri più affidabili da utilizzarsi durante le operazioni di saldatura a resistenza.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 ottenereuna 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 temperaturee per renderne più agevole la fabbricazione.Quest’intervento rende, anche, più facili le operazioni di saldatura, ma diminuisce la conducibilità delmetallo.

- 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, senza ridurne 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 il

contenuto 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 iparticolari in rame, praticamente, non saldabili a resistenza, se non utilizzando dei speciali accorgimentitecnici.

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Possiamo quindi affermare che lamiere in rame di spessore superiore a 1 mm, potranno essere congiuntiin modo efficace sono utilizzando la tecnica della Saldobrasatura ossia, interponendo fra i pezzi unostrato di pasta o lamina brasante.

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

Saldatura a punti

Il principale accorgimento è quello di ricorrere ad un trasferimento di resistenza di contatto, usandoelettrodi 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 deglielettrodi e le superfici esterne dei particolari.Il trasferimento del calore avverrà, quindi, dall'esterno verso l’interno con la conseguenza che, il nocciolofuso, rispetto a quello dei metalli ferrosi, avrà un diametro inferiore ma uno spessore più importante con uninfossamento dell'elettrodo più marcato.

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

L’utilizzo di elettrodi con punta in tungsteno (W) o Molibdeno (Mo), unitamente a delle precise regolazionidi 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 supporticostituiti da altri metalli (escluso l’alluminio).Sono queste le applicazioni che, negli ultimi anni, hanno portato la saldatura a punti del rame ad ungrande sviluppo ed a moltissime applicazioni nel campo dell'industria dei componenti elettrici edelettronici. In questo campo, l’utilizzazione sempre più vasta di macchine automatiche, ha spinto la ricercanel campo della saldatura a punti di fili e trecciole e questo allo scopo sia di ridurre di molto i tempid’assemblaggio degli elementi, sia di evitare la vecchia tecnologia della saldatura a stagno, lentanell’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 resistenzaintrinseca delle punte è sempre maggiore della resistenza delle parti da saldare e, di conseguenza, si èricorsi all’accorgimento di utilizzare punte di elettrodo in materiali ad alta resistività come tungsteno emolibdeno La loro elevata resistenza crea il calore necessario per la fusione del rame senza il rischio diincollarsi alle punte.Fra i due materiali utilizzati, il tungsteno dà migliori risultati di riscaldamento e di durata, ma occorre tenerepresente che questo materiale non è attaccato dagli utensili per questo in molte occasioni si preferisceutilizzare il molibdeno.Occorre, tuttavia, tenere presente che, i due materiali predetti, reagiscono al calore di saldaturamodificando, dopo un certo numero di punti, la loro resistenza elettrica. E’ quindi noto il fenomeno per cuiutilizzando elettrodi nuovi, quindi con resistenza intrinseca più elevata, le regolazioni in precedenzastabilite rischiano di produrre punti di saldatura di scarsa tenuta.

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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 progressiva della

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 finedi mantenere costante il valore delle calorie erogate.

Quale esempio di regolazioni da assegnare ad una puntatrice che deve saldare una trecciola in rame disezione da 2,4 mm2 su di un supporto sempre in rame di spessore da 0,8 mm, si possono dare i seguentiparametri:⇒ 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 alcuniparametri:⇒ 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 dellaforza applicata.La saldatura a proiezione non è quindi possibile.Qualche volta si utilizzano bugne prestampate al fine di concentrare meglio la corrente, ma l’operazione disaldatura 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 delmateriale.

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

MICROSALDATURA

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 isolatisenza asportazione preventiva dell’isolamento.

Principi generali

La saldatura di fili isolati fra di loro o con elementi di raccordo o supporto, è molto utilizzata nellaproduzione di componenti per apparecchiature elettriche; effettuarla con l’aiuto della saldatura aresistenza, 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 sulsupporto.

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 pereffettuare 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 alla saldaturanello stesso istante, in modo da poter presentare vantaggi risolutivi, particolarmente, quando laproduzione richiede procedure veloci eseguite con sistemi automatici.

I vari procedimenti, messi a punto ed applicati con risultati soddisfacenti, hanno lo scopo di eliminare tuttala 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 buonaresistenza meccanica e mantenendo l'ottima conducibilità elettrica e resistenza termica, si ha soprattuttonella produzione di bobine di ogni tipo (bobine per relè, trasformatori, indotti motori, statori, ecc.) dove ènecessario fissare i capi del filo utilizzato per la bobinatura ,con i relativi terminali e connessioni.In genere, i materiali da congiungere fra di loro, sono buoni conduttori, come rame, ottone, bronzo onickel.

1) FiliDi 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 persemiconduttori, tipo in nichelcromo (Ni/Cr), ferro-cromato (Fe/Cr) ed alluminio (Al), si possono saldare soloin 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 .

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E’ molto più difficile la saldatura quando ci si trova di fronte ad isolamenti non saldabili, vernici a doppiaimmersione o vernici speciali, formate da materiali isolanti che sottoposti al calore di fusione creano scoriecarbonizzate o incrostanti il punto di giunzione.Effettuare un primo test d’infiammabilità, può essere molto interessante per scoprire immediatamente lareale fattibilità dell’operazione.Sono sicuramente da scartare gli strati isolanti resistenti ad alte temperature (PTFE, Kaptom), gliavvolgimenti in fibre naturali (cotone), le ricoperture completamente isolanti in PVC o gomma.Ovviamente in questi casi è necessario eliminare l'isolamento con mezzi meccanici o chimici ed in seguitooperare 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, siaun 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 puntodi 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 elementidi 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 filicon 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 vantaggiosaanche se, può creare difficoltà dal punto di vista pulizia della superficie di contatto elettrodi (deposito distagno).Il luogo dove eseguire il punto di saldatura, deve essere facilmente agibile per semplificare il passaggiodelle punte degli elettrodi.

3) Elettrodi

Come indicato nella prima parte di questo studio, gli elettrodi utilizzati a contatto con il rame, sonogeneralmente in materiale refrattario, ossia Tungsteno (W) o Molibdeno (Mo), od eventualmente, in leghecontenenti anche percentuali di Rame (Cu), mentre gli elettrodi utilizzati a contatto con supporti in 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 elettricamolto vicina, come valore, al Rame.

Fra il Tungsteno ed il Molibdeno, la scelta è basata unicamente sulle differenze di durezza che i duemateriali presentano. In effetti, essendo simile la loro resistenza elettrica, la scelta è dovuta al fatto che ilMolibdeno è lavorabile meccanicamente con utensili di normale, utilizzo (torni, fresatrici, trapani ecc.)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 delfilo 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 (HotStacking) 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.

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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 conisolamento 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 nellanormale puntatura di componenti puliti.

I due particolari vengono pressati fra di loro con una forza predeterminata e la corrente di saldatura puòpassare 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 diproblematiche relative alla saldatura di fili isolati.

1.1 Puntatura con supporto provvisto di un gancioQuesto metodo è molto adatto all’automazione del processo ma, la zona di saldatura deve essere agibileda due lati.Sull’elemento di raccordo viene creato, in genere al momento della formatura dell’elemento, un gancio chein 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 perottenerne il bloccaggio durante la movimentazione del 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 filo e, con il secondo impulso, a chiuderee compattare tutto il giunto.

Fig. 59Puntatura di un filo isolatocon supporto dotato di gancio

Il procedimento è adatto per una vasta gamma d'utilizzazioni, come ad esempio: bobine per relè, piccolitrasformatori, ecc.La potenza della macchina da utilizzare sarà determinata dal diametro dei fili e dallo spessore delsupporto su cui detti fili dovranno essere congiunti. In tutti i casi si consiglia l'utilizzo di unaapparecchiatura di comando e controllo sulla puntatrice, che permetta la saldatura con 2 impulsi dipotenza differenziata.In questo caso, gli elettrodi non toccano direttamente il filo, e la regolazione della macchina, deve essereproporzionale allo spessore ed al tipo di materiale con cui è formato il supporto, passando in secondoordine, il diametro del filo. Normalmente l’elettrodo superiore è costituito da un inserto di materialerefrattario, Tungsteno (W) al fine di ridurre al minimo le fermate di produzione per la ravvivatura dellapunta.

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

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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 econtemporanea dei 2 elettrodi

In questo caso è corretto utilizzare un elettrodoin rame/cromo per ottenere il contatto di“massa”, mentre per l’elettrodo a contatto conil gancio, si usa un inserto in Tungsteno, siaper ottenere una lunga durata del profilo dellapunta, ma anche per aumentare la resistenzadi 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 delsupporto. Sotto la pressione degli elettrodi e con il passaggio della corrente, i bordi della fessura sarannopressati 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 questocaso, la fessura deve essere più larga di qualche centimetro e più profonda rispetto allo spessore del filo

Fig. 61

Come precedentemente accennato, l’estremità del filo viene dapprima avvolta con alcuni giri intorno alraccordo (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 vieneinglobato nel materiale di base.

Secondo la cadenza di produzione, il procedimento può essere eseguito su una piccola macchina concomando a pedale, sulla quale si ottiene un punto ogni discesa della testa, oppure su macchineautomatiche o semiautomatiche dove, se necessario, con una doppia testa si possono ottenere duegiunzioni 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 situatovicino all’elettrodo di saldatura, che normalmente ha un inserto in tungsteno (W).

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Sul collettore è stata creata una fessura in cui sono inserite le estremità del filo dell'avvolgimento.

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

Nella fabbricazione dei collettori sia di forma “ a gancio” che “ a fessura”, l’utilizzo di elettrodi dicompattatura 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 dellaresistenza di contatto, mano a mano, che ilTungsteno 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 treinglobamenti e CALORE 2 per i successivi, essendo ormai, entrato in temperatura l’elettrodo in materialerefrattario.

I sensori di voltaggio permettono al feedback del controllo di procedere al mantenimento costantedell’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 siapossibile utilizzare i metodi in cui si prevede il “ gancio” o la “ fessura”. La soluzione è di avvalersi di unelemento aggiuntivo che faccia da crogiolo alla fusione degli isolamenti e, conseguentemente, permetta lagiunzione 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 (ades. sezioni di tubo) (figg.63 – 63 a).

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

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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 dastampaggio oppure ci si può servire di sezioni di nastro (fig. 64).In questo modo è possibile eseguire la giunzione anche operando su bobinatrici automatiche, percollegare le estremità delle bobine di statore.La fascetta può essere in Cu stagnato o acciaioramato. Il procedimento è del tutto simile a quelloillustrato 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 inglobamento del filoLa zona di saldatura è agibile da due lati.

Fig.63

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

In questo modo, si viene ad avere un elettrodo superiore alimentato da una delle due fasi deltrasformatore 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 attraverserà i dueelettrodi superiori, si otterrà il riscaldamento della punta superiore. Al raggiungimento di un’adeguatatemperatura, 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 edelettrodo 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 correntee di tempo; il primo impulso deve essere appena sufficiente per eliminare l’isolamento dalla sezione di filodove si vuole effettuare la saldatura, il secondo impulso di corrente, dovrà fornire il calore necessario persaldare 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, adesempio 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 vieneinserita una lamina di materiale isolante. All’estremità inferiore, in pratica quella che sarà a contatto con ilfilo 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 agiscecon la tecnica del doppio punto, accanto all’elettrodo di saldatura verrà applicato un secondo elettrodo dicontatto, 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, tramiteun teleruttore di potenza.

Fig. 65

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Con questa applicazione, data la necessità di utilizzaretempi molto brevi, diventa indispensabile, lavorare incorrente continua con la tecnica dell’Inverter

Con il primo impulso di corrente da 2 a 3 ms. la pastiglia di materiale sinterizzato viene riscaldata a1000°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 sullasuperficie 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 conl’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 suidue lati.La sua semplicità è, tuttavia, fonte di incostanza di risultati, in quanto necessita di un posizionamentoaccurato, 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 vieneposizionata l’estremità del filo.

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

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

Fig.66

Fig.67

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Si usa nella produzione di relè con avvolgimenti molto sottili e maschere stagnate in rame o ottone e,principalmente, su macchine singole con comando a pedale, per controllare costantemente ilposizionamento 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 loscopo 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 mantenerecostantemente, l’elettrodo, a una temperatura idonea alla fusione dell’isolante, e di conseguenza con unvalore opportunamente regolabile.In questo caso è necessario creare un circuito di raffreddamento per le restanti parti della macchina, inmodo da evitare un riscaldamento anomalo delle stesse.

Operando in queste condizioni, l’applicazione dell’elettrodo a temperatura, provoca la fusionedell’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 resistenzatermica 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 lorocaratteristiche fisiche (conducibilità elettrica e termica, temperatura di fusione, durezza), per la lorocompatibilità metallurgica (unione di metalli diversi) e per le loro configurazioni dimensionali (brevedistanza della saldatura dal bordo del pezzo da raccordare o di componenti termosensibili), rendonol’operazione di saldatura molto complessa e di difficile gestione.

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

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LEGHE DI RAME

Per esaminare il comportamento delle Leghe di rame, si deve riprendere in esame la classificazione di cuialla 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 di rameè 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 tenerepresente che una lega di solo rame e stagno è molto rara; in genere a questa unione binaria vengonoaggiunti altri componenti quali fosforo, zinco, piombo ed altri ancora a seconda dell’utilizzo che la legadeve 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 distagno, più alta è la resistenza e la tenacità della lega.

- Bronzi fosforosi con piombo: in questa lega entrano in eguale misura il piombo, lo zinco ed ilfosforo. E’ una lega utilizzata principalmente per la fabbricazione di viterie e piste di cuscinetti.

- Bronzi speciali: In questa lega sono inclusi i composti di Bronzo-alluminio e Bronzo-cadmio. Sonoerroneamente chiamati bronzi in quanto non contengono stagno.

§ Gruppo 4 Leghe Rame – NickelIn 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 rendonoidonee a numerose applicazioni, che vanno dalla costruzione di tubi e piastre per condensatori finoalla costruzione di scambiatori di calore.

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

§ Gruppo 5 Altre LegheIn 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%), hannograndi caratteristiche di anticorrosione e sono assolutamente, quelle che si prestano meglio alla saldaturaa 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 acaldo senza ridurre le loro proprietà di durezza e conducibilità. Per queste caratteristiche, sono utilizzateanche per la costruzione di componenti portacorrente applicati sulle saldatrici a resistenza

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Saldatura a punti

Nella saldatura a resistenza delle leghe di rame, ancora una volta entrano in gioco due dati significativiche 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, dellaresistenza di contatto del giunto.

La resistenza elettrica e la conducibilità intrinseca del materiale sono le basi da cui partire per regolare iparametri di saldatura e, di conseguenza, sono i dati più importanti da conoscere per ottenere buonesaldature; la resistenza di contatto è, però, quel dato che permetterà di mantenere la costanza nellaqualità.A prima vista , sembrerebbe che la non perfetta pulizia delle superfici di contatto sulle leghe di rame (chein generale possiedono una bassa resistenza elettrica ed una alta conducibilità termica), aumenti laresistenza del giunto e di conseguenza faciliti la formazione delle calorie necessarie alla formazione delnocciolo, ma la costanza dei risultati che si vogliono ottenere richiede tassativamente che la superfici dicontatto siano sempre pulite e disossidate, in modo che, trovate le regolazioni precise ed idonee, essepossano 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 èinversamente 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, nelcaso 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 chesignifica 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 otre volte quella applicata per le leghe ferrose.

Le punte degli elettrodi dovranno avere preferibilmente una forma semisferica al fine di ridurre, per quantopossibile, 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 perfettamentedecapato.

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 aglielettrodi.

Ciò nonostante, l’utilizzo di bugne è consigliato quando la superficie su cui ottenere il punto si saldatura èmolto 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 necessariapur utilizzando elettrodi con punta piana

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