Sistemi Integrati di Produzione

SALDATURA PERMANENTE

Componenti metallici

La saldatura dei lembi di due componenti metallici avviene

per apporto di calore e conseguente fusione dei materiali.

Il componente unico ottenuto, una volta raffreddato, è

detto giunto. Si può utilizzare eventuale metallo di

apporto al materiale di base; questo si presenta come un

filo che si srotola da una bobina durante tutta la durata del

processo di giunzione e che può, una volta fuso, costituire

anche il 70% del materiale del giunto.

Le modalità di giunzione sono quella tradizionale per

fusione, per compressione ad alta temperatura, a

resistenza e per adesione a materiale interposto

(brasatura). Tipologie di giunto:

la più utilizzata è la

giunzione a spigolo. La

giunzione a coprigiunto è

una giunzione indiretta.

Posizione del giunto:

-lastre orizzontali, giunto

orizzontale: in piano

-lastre verticali giunto

orizzontale: frontale

-lastre verticali giunto

verticale: verticale

-lastre sopra l’operatore:

sopratesta.

Saldatura a gas

Il calore, necessario alla fusione dei lembi da collegare e del metallo di apporto, proviene dalla reazione di

combustione tra acetilene (C H ) e ossigeno (O ) fuoriuscenti da un cannello ossiacetilenico (utensile) sotto

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forma di fiamma.

I due gas partono da due serbatoi diversi, la loro

pressione viene ridotta in uscita da un riduttore di

pressione, quindi giungono nel cannello separatamente. I

due gas si mescolano quindi nella lancia, procedono

verso la punta e qui reagiscono dando origine alla

fiamma ossiacetilenica: bianca nella zona più vicino alla punta, detta

dardo, azzurra nella zona di saldatura e blu nel fiocco.

La combustione è completa già a partire dalla zona di saldatura. Tra

questa e il dardo si riscontrano le più alte temperature (3000°C),

possibili per l’alta temperatura di fiamma dell’acetilene. Nel caso in cui il cannello si

otturasse, si potrebbe avere un

ritorno di fiamma che potrebbe

portare a un’esplosione nel. A

questo scopo è presente un

dispositivo idraulico di

sicurezza.

Vantaggi Svantaggi:

- Basso costo delle apparecchiature - Necessità di addetto qualificato

- La loro trasportabilità - Bassa temperatura Lungo tempo di ciclo

- Versatilità di posizione in cui è possibile saldare. - Facilità di ossidazione

- Limitazione dei metalli saldabili (solo acciaio al C

o basso legato, no Al e Cu

Le applicazioni sono esclusivamente per lavori di riparazione e manutenzione

Saldatura ad arco

Un arco elettrico genera una tensione (calore) data dall’avvicinamento tra due

elettrodi (temperatura: 4000-7000°) connessi ad una macchina elettrica, e il metallo

da fondere. La distanza tra i due elettrodi (fra cui è posto il metallo) è di ~ 2÷3 mm,

qui si crea un movimento di elettroni.

Dato che l’aria non è un buon conduttore, perché si formi la scintilla tra i due

elettrodi servirebbero 7000÷8000 V. Per evitare una tensione così alta, invece di

accostare ulteriormente gli elettrodi, si fanno scaldare (utilizzando solo 40÷70 V).

Il metallo d’apporto può essere costituito direttamente dall’elettrodo fusibile oppure essere costituito da

un materiale esterno (elettrodo refrattario). La protezione contro l’ossidazione è effettuata per mezzo

dell’unione di una sostanza refrattaria (solida o granulare) e di un gas inerte.

Tipi di saldatura ad arco:

- saldatura ad arco con elettrodo rivestito - saldatura ad arco TIG (Tungsten Inert Gas).

- saldatura ad arco MIG (Metal Inert Gas) - (saldatura al plasma)

Saldatura ad arco con elettrodo rivestito

Consiste nella creazione di una tensione (calore) data dal contatto tra l’elettrodo e il metallo base da

fondere. Si smussano i lembi, preparandoli per il giunto (spessori > 20mm). Una volta messo in funzione

l’arco elettrico, il materiale di rivestimento dell’elettrodo tende a fondere creando delle scorie (difetti di

superficie) e fumi in grado di allontanare l’ossigeno dal metallo base ed impedirne l’ossidazione.

Vantaggi

- Basso costo delle apparecchiature

- Velocità del processo (> saldatura a gas)

- Portabilità e versatilità nei movimenti.

Svantaggi

- Non è possibile l’automatizzazione, addetti qualificati

- Difficoltà di fusione per spessori < 2-3 mm

- Facilità di ossidazione necessita pulizia dei lembi

- Limitazione sui materiali (no Al, Ti e leghe).

Le applicazioni sono esclusivamente per piccole

quantità di pezzi in acciaio (no serie).

Saldatura ad arco MIG (Metal Inert Gas)

Consiste nella creazione di una

tensione (calore) data

dall’avvicinamento tra l’elettrodo e

il metallo base da fondere.

Mentre la saldatura dei lembi

procede, l’elettrodo fornisce del

metallo di apporto sotto forma di

filo passante all’interno della pistola

di applicazione e proveniente da

una bobina che si srotola.

L’ossidazione, invece, è impedita dall’azione di gas inerti, come l’elio, l’argon e l’anidride carbonica

(quest’ultima variante è detta MAG, Metal Active Gas).

Vantaggi

- Processo semplice, versatile e automatizzabile

- Costi moderati dell’apparecchiatura

- Velocità di esecuzione medio-alta (sostituzione dell’elettrodo e pulizia dei lembi non necessarie)

- Minori limitazioni sui materiali e sugli spessori (> 0,5 mm)

- Buona qualità dei giunti (no scorie da rimuovere).

Svantaggi

- Non è possibile eseguire l’operazione all’aperto (portate eccessive di gas)

- Distorsioni per spessori > 6 mm (raffreddamento rapido dovuto al gas)

Le applicazioni sono in produzioni in 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)

Consiste nella creazione di giunti nella stessa modalità della saldatura MIG, con la differenza che l’elettrodo

è al tungsteno e il materiale d’apporto è dato da una bacchetta esterna alla pistola di applicazione;

entrambi sono tenuti da un addetto.

Rispetto alla saldatura ad arco MIG: (NB: anche la saldatura TIG è automatizzabile!)

Vantaggi Svantaggi

- Migliore uniformità del giunto su tutti i materiali - Processo lento (40-50 cm al min.) (voltaggio

- Applicabile a spessori > 0,1 mm inferiore)

- Meno spruzzi di materiale (ideale per l’Al !!!!). - Maggiore difficoltà di esecuzione

- Voltaggio inferiore

Saldatura a fascio (a laser)

Consiste nella creazione di giunti per fusione del materiale base causata dall’assorbimento di un raggio

laser generato da una sorgente luminosa a infrarossi ad alta potenza (laser = Light Amplification by

Simulated Emission of Radiations) e della restituzione di calore (emette radiazioni). La saldatura potrà

essere continua o per punti, anche tra materiali diversi.

Il raggio laser è un fascio di luce coerente e monocromatico ad alta energia emesso da un mezzo (gas o

solido) stimolato mediante la luce.

Potenza elettrica raggio laser assorbimento del materiale fusione

Con la saldatura a laser il giunto è più stretto della saldatura ad arco che

invece presenta un rigonfiamento.

La forma è dalle 4 alle 10 volte più piccola.

Vantaggi

- Automatizzazione possibile

- Processo è molto veloce (2-3 m al sec)

- Meno distorsioni (calore molto concentrato in un solo punto), elevata qualità

- Si possono saldare quasi tutti i materiali (Al lento da saldare perché molto riflettente)

- Anche per spessori elevati (fino a 20-30 mm su acciaio)

Svantaggi

- Costo dell’apparecchiatura elevatissimo (100-200.000 €).

Le applicazioni principali sono per componenti

molto piccoli, che richiedano un’alta qualità dei

giunti e per componenti dove non ci sia molto

spazio per i giunti. Inoltre, visto il costo, è

raccomandato per grandi volumi di produzione

come quelli automobilistici.

Saldatura a resistenza

Le lamiere da saldare sono sovrapposte, ma qui si utilizza il calore

prodotto dalla corrente elettrica. Il calore è ottenuto per effetto Joule,

aumenta all’aumentare della resistenza ed è massimo sulla superficie

d’interfaccia tra le due lamiere. I pezzi da saldare sono compressi tra i

due elettrodi in tensione. Il raffreddamento, e conseguente

indurimento, avviene grazie al circuito d’acqua che scorre all’interno

dei conduttori, che dopo la scarica elettrica rimangono a contatto con

la lamiera a freddo.

I conduttori sono in rame. La quantità elettrica è elevata ma passa per

un istante di tempo molto piccolo perché se no brucia troppo il

materiale. Zona fusa è di massimo 5 mm. Ci vuole 0,1 s per fondere e 1

s per l’indurimento.

Principali processi:

– a punti – (per rilievi)

– a rulli – (a scintillio)

– (di prigionieri)

Saldatura a resistenza a punti (meno tenuta meccanica)

Per la creazione di giunti a sovrapposizione tra:

- 2 o più lamiere (fino a 8 per l’acciaio, massimo 3 per Al che è un miglior

conduttore elettrico).

- Spessori minimi di 0,25 mm (max 25 mm per acciaio, max 8 mm per Al)

Per esigenze particolari è possibile adoperare degli elettrodi speciali, a

condizione che si utilizzino per grandi volumi di produzione. Alcuni possono

essere tenuti da un operaio ma attaccati a un carrello perché son pesanti.

Saldatura a resistenza a rulli

Per giunti continui a sovrapposizione per uno spessore massimo di 3 mm. Gli elettrodi non sono più cilindri,

ma dischi. Adatto per tenuta di fluidi (contenitori)

Brasatura (adesione a materiale interposto)

Consiste nel creare collegare dei materiali metallici senza che

essi fondano. La loro unione avviene, infatti, per fusione e

successiva solidificazione del materiale d’apporto (castolin:

Cu + Ag, fusione a 800°). Il materiale d’apporto dovrà avere

una temperatura di fusione inferiore a quella dei materiali di

base (Al difficile da brasare, per la sua bassa T di fusione). Una

volta fuso il materiale d’apporto aderisce ai lembi dei due

componenti unendoli.

Per impedire l’ossidazione si spalma sui lembi una pasta da saldatura.

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

Brasatura fo