Lezione Assemblaggio Saldatura Metalli e Plastiche

PROCESSI DI ASSEMBLAGGIO!!!SALDATURA PER COMPONENTI METALLICI!!Saldare: stabilire continuità fisica tra due componenti!Si può giuntare per fusione, per compressione ad alta temperatura o per adesione a materiale interposto.!Si può usare metallo di apporto (metallo in più per creare adesione) in aggiunta al metallo base!!Giunti saldati!!!!!!!!!!!!!!!!!!Tipi principali di saldature!

!!SALDATURA A GAS (Si usa per riparazioni o manutenzioni)!Il principio si basa sulla reazione di combustione tra acetilene (C2H2) con l’ossigeno (O2). !Si utilizza come strumento il saldatore ossiacetilenico (con cannello ossiacetilenico) e una barra di metallo di apporto.!!!!!!

Giunti saldati

di testadi spigolo a ‘L’ a ‘T’

a sovrapposizione

a coprigiunto (semplice, doppio) d’orlo

Posizionedel giunto:

in piano frontale verticale sopratesta

Processi di saldatura

apporto di calore

protezione contro la corrosione


• Tipi principali:

Saldatura a gas

Saldatura ad arco

Saldatura per pressione

Saldatura a fascio

Saldatura a resistenza

Saldatura per fusione

Saldatura ad attrito

Brasatura

Saldatura a gas

Fiamma di combustione:

• Principio:– Il calore necessario alla fusione dei lembi da

collegare e del metallo di apporto proviene dalla reazione di combustione di acetilene (C2H2) con ossigeno (O2)

O2

Cannello ossiacetilenicoC2 H2

Metallodi apporto

temperatura: ~ 3000 °C


• Tipi principali:

Saldatura a gas

Saldatura ad arco

Saldatura per pressione

Saldatura a fascio


Saldatura per fusione

Saldatura ad attrito

Brasatura

Saldatura a gas

Fiamma di combustione:

• Principio:– Il calore necessario alla fusione dei lembi da

collegare e del metallo di apporto proviene dalla reazione di combustione di acetilene (C2H2) con ossigeno (O2)

O2

Cannello ossiacetilenicoC2 H2

Metallodi apporto

temperatura: ~ 3000 °C

Vantaggi:!• basso costo!• portabilità!• versatilità (si può saldare in qualsiasi posizione!!Svantaggi!• processo manuale che comporta un personale qualificato (costo alto della manodopera)!• temperatura bassa (3000°C) che limita la velocità!• spesso si deve cambiare il materiale di apporto perché non c’è niente che protegga il metallo

dall’ossidazione!• limitazioni di materiali_solo acciaio al C o bassolegato NO acciaio inossidabile perché ha poco

carbonio e se noi saldiamo a gas perdiamo l’acciai “ossidabile!!SALDATURA AD ARCO!!Strumento: pinza con elettrodo che crea radiazioni (UV e !Il calore proviene da un arco elettrico generato tra i pezzi da saldare e un elettrodo (Temperature dai 4000 ai 7000 °C). Il metallo di apporto è fornito dall’elettrodo fusibile o separatamente con elettrodo refrattario.!La tensione a cui si lavora deve essere bassa in modo tale che non sia pericoloso. Per innestare una carica alta si scaricano gli elettrodi e gli elettrodi ionizzano gli elettroni dell’aria. Gli elettroni dell’aria si spostano e creano un arco elettrico.!!Tipi di saldatura ad arco:!• con elettrodo rivestito !• ad arco sommerso!• MIG!• TIG!• plasma!!Saldatura con elettrodo rivestito!Quando l’elettrodo tocca il metallo base si crea un corto circuito e il metallo si scalda moto.!!

Il rivestimento dell’elettrodo si consuma e produce dei fumi che vanno a formare la scoria ossia una zona che sovrasta la zona già saldata proteggendola dall’ossidazione.!!Applicazioni: produzioni di piccole quantità in acciaio!! !!!!!!

Vantaggi:!• Apparecchiatura economica, portabile e versatile!• Velocità di esecuzione maggiore rispetto alla saldatura a gas!!Svantaggi:!• Processo manuale che comporta un personale qualificato (costo alto della manodopera)!• Difficoltà di esecuzione per spessori inferiori a 2-3 millimetri!• Facilità di ossidazioni!• Limitazioni di materiali (escluse leghe di alluminio e titanio)!!

Saldatura ad arco

• Principio:– Il calore proviene da un arco elettrico

generato tra i pezzi da saldare e un elettrodo (temperatura: 4000÷7000 °C)

– Il metallo di apporto è fornito:• dall’elettrodo fusibile• separatamente (elettrodo refrattario)

– La protezione contro l’ossidazione è effettuata per mezzo di:

• una sostanza refrattaria (solida o granulare)• un gas inerte

• Varianti principali:– con elettrodo rivestito– (ad arco sommerso)– MIG– TIG– (plasma)

+

-

elettrodiriscaldati

arco elettrico(elettroni

+ ioni)

Saldatura ad arco con elettrodo rivestito

• Schema:Elettrodo

(metallo diapporto)

Pinza

Macchinaelettrica

Metallo baseRivestimento

Fumi

Scoria

Giunto

Metallo fuso

Animametallica

Arco


• Dispositivo:

Preparazione dei lembi

Passate multiple


• Vantaggi:– Basso costo dell’apparecchiatura– Portabilità e versatilità (si può saldare in qualsiasi posizione)– Velocità di esecuzione maggiore rispetto alla saldatura a gas

• Svantaggi:– Processo manuale, necessità di personale addestrato– Difficoltà di esecuzione per spessori < 2-3 mm– Facilità di ossidazione → Necessità di pulizia dei lembi– Limitazioni sui materiali (escluse leghe di Al e Ti)

• Campo di applicazione:– Produzione di piccole quantità in acciaio

Saldatura MIG (gas inerte)!!Si utilizza un elettrodo di metallo fusibile. La protezione contro l’ossidazione avviene tramite un gas protettivo, l’Argon, che è inerte. !

Esiste la variante MAG: il gas protettivo usato, il CO2, è più economico!!Applicazioni: Produzioni in quantità medio-grandi in vari materiali (acciai al C, acciai legati, acciai ! inox, leghe di Alluminio, Tiatanio, Magnesio)!!Vantaggi:!• Processo semplice, versatile e automatizzabile!• Costo moderato dell’apparecchiatura!• Velocità di esecuzione medio alta, in quanto non è necessaria la sostituzione dell’elettrodo e la

pulizia dei lembi!• Minori limitazioni su materiali e spessori (maggiori di 0,5 millimetri)!• Assenza di scoria, buona qualità dei giunti!!Svantaggi:!• Difficoltà di esecuzione all’aperto (portate eccessive di gas)!• Distorsioni su spessori superiori a 6 millimetri (raffreddamento rapido dovuto al gas)!!!Saldatura TIG (Tungsten Inert Gas)!!!!!!!!!!!!Simile al MIG ma utilizza un elettrodo al tungsteno. Il metallo d’apporto va dato però dall’esterno e c’è anche dell’acqua di raffreddamento (che può anche essere presente talune volte nel MIG)!Si sostituisce il filo sottile con l’elettrodo al tungsteno perché quest’ultimo non si consuma, quindi la corrente è più bassa perché l’arco è sempre stabile. Col filo continuo che si consuma si creano invece delle microoscillazione dell’arco che richiedono corrente più alta.!!Rispetto al MIG!• Vantaggi: Migliore uniformità del giunto e per spessori maggiori allo 0,1 millimetro!• Svantaggi: Esecuzione più lenta e difficile!

Saldatura ad arco MIG (Metal Inert Gas)

• Schema:

Metallo base

Filo-elettrodo(metallo di apporto)

Arco Pistola

Gas protettivo(Ar, He)

Bobina di filoControllo etrazione filo

Macchinaelettrica

MAG (Metal Active Gas):variante con gas protettivo CO2

Saldatura ad arco MIG

• Dispositivo:

Saldatura ad arco MIG

• Vantaggi:– Processo semplice, versatile e automatizzabile– Costo moderato dell’apparecchiatura– Velocità di esecuzione medio-alta:

• sostituzione dell’elettrodo non necessaria• pulizia dei lembi non necessaria

– Minori limitazioni su:• materiali• spessori (> 0,5 mm)

– Assenza di scoria → buona qualità dei giunti

• Svantaggi:– Difficoltà di esecuzione all’aperto (portate eccessive di gas)– Distorsioni su spessori > 6 mm (raffreddamento rapido dovuto al gas)

• Campo di applicazione:– Produzione di quantità medio-grandi in vari materiali (acciai al C, acciai

legati, acciai inox, leghe di Al, Ti, Mg)

Saldatura ad arco TIG (Tungsten Inert Gas)

• Schema:

Metallo base

Metallodi apporto

Elettrodoin tungsteno

Pistola

Gasprotettivo

Macchinaelettrica

Acqua diraffreddamento

Saldatura Laser!Il calore è generato da assorbimento di un raggio laser. si usa un gas di protezione come nel MIG e nel TIG per proteggere da ossidazione!!Il raggio laser crea un fascio di luce coerente, monocromatico e ad alta energia, emesso da un mezzo (gas, solido) stimolato mediante luce.!!!

La saldatura ad arco crea il cordone di saldatura molto ampio mentre con la saldatura laser l’alterazione del materiale avviene in un’area molto ristretta!!!!

Vantaggi:!• Calore molto concentrato!• Minima distorsione, maggior qualità!• Processo rapido e automatizzabile!• Applicazione su materiali diversi!• Spessori elevati (fino a 20-30 millimetri su acciaio)!!Svantaggi:!• Elevato costo dell’apparecchiatura!!Applicazioni: Prodotti in cui la qualità richiesta è altissima e dove ci sono piccoli componenti e poco spazio a disposizione per i giunti (lamette da barba)!!!SALDATURA A RESISTENZA!Il calore è ottenuto per effetto Joule, ovvero per resistenza che è la proprietà del materiale a resistere al passaggio di corrente . I pezzi da saldare sono compressi tra due elettrodi.!!Saldatura a resistenza a punti!

L’elettricità fa avere un picco di resistenza elettrica tra le lamiere!Essendo la quantità di calore proporzionale alla resistenza elettrica, le lamiere si fondono al centro.!Il tutto avviene ad una bassa tensione, ma ciò crea comunque una corrente altissima che agisce per un tempo bassissimo.!!Applicazioni: !Giunti a sovrapposizione tra lamiere !- numero maggiore o uguale a 2 (max 8 per acciaio, 3 per alluminio)!- spessore totale maggiore o uguale a 0,25 mm (25 mm per acciaio, 8 mm per alluminio)!!A volte si presentano difficoltà nell’accesso degli elettrodi con forme particolari delle lamiere, e si utilizzano elettrodi speciali sforma non regolare appositamente modificata.!!!

Saldatura laser

• Vantaggi:– Calore molto concentrato → minima distorsione, elevata qualità– Processo rapido e automatizzabile– Applicabile a:

• materiali diversi• spessori elevati (fino a 20-30 mm su acciaio)

• Svantaggi:– Elevato costo dell’apparecchiatura

Saldaturaad arco

Saldaturalaser

(rapporto di forma: 4 ÷ 10)

Saldatura laser

• Applicazioni tipiche:– Qualità richiesta particolarmente spinta– Piccoli componenti, o poco spazio a disposizione per i giunti


• Principio:– Il calore è ottenuto per effetto Joule– I pezzi da saldare sono compressi

tra due elettrodi in tensione– Il calore sviluppato aumenta con la

resistenza elettrica (massima sulla superficie di interfaccia)

• Principali processi:– a punti– a rulli– (per rilievi)– (a scintillio)– (di prigionieri)

Saldatura a resistenza a punti

• Applicazione:– Giunti a sovrapposizione tra lamiere:

• numero ≥ 2 (max 8 per acciaio, 3 per Al)• spessore totale ≥ 0,25 mm (max 25 mm per acciaio, 8 mm per Al)

• Schema:

Sequenza

Saldatura a resistenza a rulli!

I punti di saldatura risultano così fitti perché si mandano impulsi a così alta frequenza da ottenere l’effetto di una saldatura unica.!!Applicazioni: !Giunti continui a sovrapposizione (spessore totale inferiore a 3 mm) es chiusura serbatoio!Esecuzioni di giunti su profili complessi!!BRASATURA!Il metallo base non fonde. Il metallo di apporto ha una T di fusione minore rispetto al metallo base, quindi fonde solo questo e fa da giunto.!Per non far ossidare si spalmano delle paste antiossidazione.!

Brasatura forte: !Temperatura di fusione del materiale da apporto è maggiore a 450°C (a base di Cu, Al) e moderata resistenza meccanica!!Brasatura forte per capillarità!PIC_il filo che si scioglie va nell’intercapedine!!Brasatura dolce!Temperatura di fusione del materiale da apporto è inferiore a 450°C (a base di Sn) e scarsa resistenza meccanica. Usata soprattutto per impieghi elettronici.!!Vantaggi:!• Possibilità di realizzare giunti tra materiali diversi, di forma complicata e a tenuta di fludi!• Flessibilità (piccole quantità_cannello, grandi quantità_forno)!!Svantaggi!• Minor resistenza meccanica dei giunti!• Limitazioni su leghe di Alluminio e dimensioni dei giunti!!Applicazioni: Giunti tra materiali diversi, assiemi complessi e giunzioni tra tubi. !!!!!!

Saldatura a resistenza a punti

• Dispositivo:

Elettrodi speciali

(difficoltà di accesso degli elettrodi)

Saldatura a resistenza a rulli

• Applicazione:– Giunti continui a sovrapposizione (spessore totale ≤ 3 mm)

• Schema:

Saldatura a resistenza a rulli

• Dispositivo:

Esecuzione di giunti su profili complessi

Brasatura

• Principio:– Il metallo base non fonde– Il metallo di apporto ha

temperatura di fusione inferiore al metallo base

– Il metallo di apporto solidifica aderendo ai due lembi del metallo base

• Tipi di processo:– Brasatura forte (brazing):

• Temperatura di fusione del metallo di apporto > 450 °C (a base di Cu, Al)• Moderata resistenza meccanica

– Brasatura dolce (soldering):• Temperatura di fusione del metallo di apporto < 450 °C (a base di Sn)• Scarsa resistenza meccanica → soprattutto impieghi elettronici

Metallo base

Metallodi apporto

Flusso

Cannello

SALDATURA PER COMPONENTI PLASTICI!Adatti a materiali termoplastici con forma complessa con sottosquadri non realizzabili con iniezione.!!Saldatura ad ultrasuoni!

Il calore viene generato per smorzamento di vibrazioni di piccola ampiezza ,generate da un trasduttore elettrico, amplificate trasmesse ai pezzi. I 2 pezzi sono colpiti da energia meccanica che viene dissipata in calore che fonde la superficie di interfaccia.!!Vantaggi:!• Elevata velocità di esecuzione (da 0,1 a 1 secondo)!• Costo moderato dell’apparecchiatura!!Svantaggi!• Limitazione delle dimensioni dei giunti (150 millimetri)!• Difficoltà su materiali diversi!• Difficoltà su materiali cristallini!• Difficoltà su materiali con cariche, arditici e materiale di recupero!!Applicazioni: Giunzioni di componenti medio piccoli in materiali uguali!!!Saldatura a vibrazioni!

Rispetto alla saldatura ad ultrasuoni la direzione delle vibrazioni è tangenziale, si ha sviluppo di calore per attrito e le vibrazioni sono a frequenza bassa ma appezza elevata.!!Vantaggi (rispetto ad ultrasuoni):!• Possibilità di saldare componenti di grandi dimensioni!!Svantaggi!• Limitazione sulla forma del giunto (solitamente superfici piane)!• Costo elevato dell’apparecchiatura!!Applicazioni: Giunzioni di componenti medio-grandi in materiali uguali!

Saldatura a ultrasuoni

• Principio:– Compressione reciproca tra i pezzi da saldare– Calore generato per smorzamento di vibrazioni di piccola ampiezza

generate da un trasduttore elettrico, amplificate e trasmesse ai pezzi

trasduttore

amplificatore

sonotrodo

pezzi

vibrazioni(0.05÷0.1 mm, 20-40 kHz)

forza

direttore dienergia

fusione progressiva→ solidificazione

Saldatura a ultrasuoni

• Dispositivo:

Saldatura a vibrazione

• Differenze rispetto alla saldatura a ultrasuoni:– direzione delle vibrazioni: tangenziale– sviluppo di calore: per attrito– tipo di vibrazioni: frequenza bassa, ampiezza elevata

elemento fisso

molle

elementovibrante

elettromagnete

vibrazioni(1÷5 mm,

100-400 Hz) forza

Durata media del processo: 2-3 s

Vibrazione lineare

Vibrazione angolare


Saldatura a piastra calda!

Sulle superfici da saldare viene inserita una piastra calda che fa fondere il materiale o per contatto (temperatura della piastra tra i 100 e i 250 °C) o per irraggiamento (tra i 500 e i 600 °C)!Si utilizzano o macchine standard o speciali, ovvero costruite sul pezzo di un certo numero di componenti!!Vantaggi:!• Costo moderato delle apparecchiature (maggiore degli ultrasuoni ma minore della vibrazione)!• Nessuna limitazione sulle dimensioni (es. paraurti)!• Giunti di qualità maggiore (zona fusa più ampia e tentata dei fluidi maggiore)!• Raffreddamento dei pezzi più lento poiché la temperatura da smaltire è più elevata. Questo

comporta meno tensioni residue!!Svantaggi !• Tempo ciclo relativamente lungo (da 15 a 20 secondi di cui 5 per raffreddamento_fino a 30

secondi totali per pezzi grandi)!• Possibile deterioramento con porosità e ossidazione!!Applicazioni: da usare quando non si possono usare le altre tipologie. Soprattutto per componenti medio grandi (profili finestre, boe)!!!Criteri di scelta!!Soluzione più diffusa : Saldatura ad ultrasuoni!• Economicamente conveniente sia per il basso costo dei dispositivi sia per il basso tempo ciclo!!Inadatta a : !• materiali diversi!• materiali poco rigidi (es. PE ed elastomeri PVC flessibile) in quanto smorzano le oscillazioni e la

saldatura non viene perciò a localizzarsi sull’interfaccia ma su tutto il pezzo superiore andando ad aderire all’utensile!

• componenti di grandi dimensioni!• componenti non stampati ad iniezione (necessità di direttori di energia)!!2° soluzione : Saldatura a vibrazione!• Adatta a giunti di forma speciale (es Nylon, assorbirebbe l’umidità con piastra calda creando

vapore acque che andrebbe a formare porosità) !• Soluzione ideale per resine particolari (PA)!!3° soluzione : Saldatura a piastra calza!• Adatta a giunti di forma complessa!• Adatta a materiali flessibili o a basso attrito (PTFE)!• Minore produttività!


• Svantaggi:– Limitazioni sulla forma del giunto (tipicamente: superfici piane)– Costo elevato delle apparecchiature

• Applicazione tipica:– Giunzione di componenti medio-grandi in materiali uguali

• Vantaggi (rispetto alla saldatura a ultrasuoni):– Possibilità di saldare componenti di grandi dimensioni

Saldatura a piastra calda (hot-plate)

• Principio:– Le superfici collegate sono fuse localmente da una piastra riscaldata– Il riscaldamento può essere:

• a contatto (temperatura della piastra: 100 ÷ 250 °C)• per irraggiamento (500 ÷ 600 °C)

Inserimento della piastra Fusione dei lembi

Compressione dei pezziEstrazione della piastra Estrazione dei pezzi saldati

pezzi

piastra riscaldata

Allineamento e fissaggio dei pezzi

• Sequenza:

Riconoscere la saldatura!!!!!1) No punto di testa perché spessore troppo piccolo per buona resistenza!!2) Bisogna creare una flangia raddoppiando lo spessore (più rigido, più contatto). ! La flangia è esterna in modo tale da non usare carrelli interni per sottosquadri.!!3) Si potrebbero creare delle bave sulla flangia che non potrebbero essere accettabili all’esterno, si ! realizzano quindi “trappole per bava”!!4)direttore di energia piano vi è la possibilità di bave. Si crea allora un interfaccia a gradino che ! ostacola la bava (la evito completamente andando a creare una U)!!5) Giunto a interferenza per materiali cristallini come PP e POM per controllare meglio la fusione !!!

Esempi di applicazioni:

Saldatura plastiche: criteri di scelta

• Alternative principali:– Saldatura a vibrazione:

• adatta a giunti di forma semplice• soluzione ideale per resine particolari (PA)

– Saldatura a piastra calda:• adatta a giunti di forma complicata• adatta a materiali flessibili (elastomeri) o a basso attrito (PTFE)• minore produttività

• Soluzione più diffusa:– Saldatura a ultrasuoni:

• economicamente conveniente per qualsiasi volume di produzione (basso costo del dispositivo, basso tempo ciclo)

• inadatta a:– materiali diversi– resine poco rigide (PE: smorzano le oscillazioni → aderiscono all’utensile)– giunti lontani dalle superfici di appoggio dell’utensile (resine cristalline)– componenti non stampati (necessità di direttori di energia)

Saldatura plastiche: disegno dei giunti

NO

(a vibrazione,a piastra calda)

(a ultrasuoni)

direttoredi energia

(a ultrasuoni, a caldo)

1 2 3!!!!!! 4!!!!!! 5

Saldatura plastiche: esempi

Saldatura a ultrasuoni di un braccio per lavastoviglie


Macchina speciale per la saldatura a ultrasuoni di bocchette di aria per auto


Saldatura a ultrasuoni di un braccio per lavastoviglie


Macchina speciale per la saldatura a ultrasuoni di bocchette di aria per auto


Cassa in plastica di orologio da polsosaldata a ultrasuoni


Griglia metallica inserita tra due componenti plastici saldati a vibrazione


Componente per tubazioni in materiale plastico saldato a piastra calda


Saldatura a piastra calda per fanale di automobile

Lezione Assemblaggio Saldatura Metalli e Plastiche

Documents

Transcript of Lezione Assemblaggio Saldatura Metalli e Plastiche