Estratto dalla Rivista LA MECCANICA ITALIANA n. 167 novembre 1982 ARNOLFO ORTOLANI Ing. G. Malaguti S.p.A. La saldatura per resistenza a punti, a rilievi, a rulli. Criteri di scelta, applicabilità, confronti seche che di contatto come pure per i diversi valori delle conducibilità termiche. Tutte queste resistenze variano notevolmente al variare della pressione e della temperatura. CAPITOLO 1 - LEGGI FONDAMENTALI La saldatura a resistenza, nella moderna tecnologia, rappresenta uno dei sistemi più economici di unione per parti metalliche e perciò anche per gli acciai inossidabili, economici per due ragioni: la prima per la mancanza di materiali di apporto, la seconda per la rapidità del processo di unione. Modalità e parametri sono sempre determinati dalla legge generale della saldatura a resistenza che è la legge di Joule: W = PRt dove: W / t R è il calore generato in Watts-secondo; è la corrente in Amperes; è il tempo in secondi; è la resistenza in ohm. La resistenza R è in effetti costituita da una sommatoria di resistenze e cioè: a) le resistenze dei materiali da saldare; b) le resistenze dei materiali degli elettrodi; e) la resistenza di contatto (interfaccia) dei materiali sotto saldatura; d) le resistenze di contatto materiale-elettrodo. La R è quindi formata da 7 resistenze che possono anche essere tutte differenti tra loro. Le modalità ed i parametri per gli acciai inox differiscono naturalmente da quelli per gli acciai al carbonio proprio per i diversi valori delle resistenze sia intrinRelazione presentata in occasione della Giornata di studio « La saldatura e gli acciai inossidabili » de1-24Tipvembre 1982, organizzata da Asmeccanica e MS, con il patrocinio del Centro INOX. Quanto si è detto finora risulta valido sia per la saldatura a punti, sia per quella a rulli, sia ancora per quella di testa. Nel caso della saldatura per punti, che è il procedimento più largamente diffuso, gli allegati diagrammi evidenziano quanto sopra detto (fig. 1, 2, 3). Può essere interessante esaminare la fig. 5 che mette bene in evidenza l'andamento delle temperature nei vari punti e negli istanti successivi del ciclo fino al raggiungimento nella zona centrale di interfaccia della temperatura di fusione con un nucleo semiliquido circondato da materiale solido che agisce da contenitore: ecco quindi la necessità di un buon contatto tra elettrodo e superficie esterna (bassa resistenza), di un buon raffreddamento dell'elettrodo stesso, di una sufficiente zona laterale di contenimento e dispersione calore. CAPITOLO 2 Al passaggio della corrente, nel punto di saldatura, si avrà una generazione di calore ma anche una dispersione di questo calore verso le zone limitrofe in funzione della conducibilità termica dei due pezzi. Lo sviluppo di calore, a causa del valore iniziale relativamente elevato della resistenza del punto di contatto, sarà inizialmente elevato per ridursi grandemente al salire della temperatura, come, indica il diagramma. A tal punto se la corrente è sufficientemente elevata il processo continua e giunge alla fusione del nucleo in un tempo finito; altrimenti il processo si arresta, si entra in uno stato di equilibrio termico che impedisce incrementi di temperatura anche con tempi infiniti; il punto sarà incollato e non saldato dando giunzioni difettose. Nell'analisi del fenomeno, la corrente da prendersi in considerazione non è quella totale ma bensì quella 300- 300 - 250 200 150 100 50 200 (1) (2) 400 100 600 800 1000 Kg SFORZO DI COMPRESSIONE Resistenza di contato tra lamiera ed elettrodo. Resistenza di contatto tra le due lamiere da 1 mm. Fig. 1 - Resistenze di contatto a freddo. 200 300 400 500 *C TEMPERATURA LAMIERE —•— Elettrodo tronco conico - acciaio dolce. — • - - - Elettrodo sferico R.75 - acciaio dolce. • — Elettrodo sferico R.75 • acciaio Inox 304. Flg. 2 • Resistenze di contatto in funzione della temperatura. specifica per unità di superficie cioè Amp/mm2. Ne viene di conseguenza che per una data corrente totale esiste un diàmetro massimo del nocciolo di saldatura, la curva rappresentativa in coordinate diametrotempo è un ramo di iperbole, il diametro assume un valore asintotico con tempo infinito. RESISTENZA R totale Una famiglia di curve in fig. 4A-B-C evidenzia il fenomeno.. : I parametri fondamentali per una saldatura sono quindi: — intensità della corrente; — tempo di passaggio della corrente; — dimensioni della punta dell'elettrodo; — sforzo esercitato dagli elettrodi. TEMPO 0 ti Flg. 3 r-*r Inoltre una pressione elevata favorisce la compenetrazione delle due zone già allo stato plastico e nel successivo raffreddamento dopo la fine del passaggio della corrente garantisce il naturale ritiro senza cricche o soffiature. diametro del punto ^5 IR 15 y _^--~" T 14 c(2,5 0 "-ih "W Hit 1 t, t 2 t 3 LÌ 1 13 1 12 11 1 i I '1 1 1 corrente di saldatura Iw per ìncx Iw = I t x — 1 1 ì i \ -—ÌBP-T6- j. I '6" tempo di saldatura E poiché la resistenza diminuisce a pressioni crescenti, diviene necessario aumentare la corrente per ottenere sempre la quantità di calore necessaria alla saldatura fermo restando il tempo ed i parametri intrinsechi del materiale. Si deve notare che le pressioni segnalate sono quelle realmente da esercitarsi sulla interfaccia; quindi pezzi variamente conformati possono richiedere o maggiori pressioni od un ciclo tale da garantire all'atto della saldatura un buon accostamento delle parti: ad esempio ciclo con preriscaldo seguito dalla saldatura 0 da un tempo intermedio di raffreddamento (chili). «5 Fig. 4a Esamineremo brevemente i vari parametri nel senso inverso a quello enunciato. Molto spesso poi, per facilitare la saldatura, si usa un ciclo variabile della pressione con forgiatura a fine saldatura. La pressione esercitata dagli elettrodi deve essere sufficiente per localizzare la zona di saldatura, inoltre deve garantire una buona ripetibilità dei valori della resistenza di contatto e di conseguenza della saldatura stessa. Le dimensioni della punta dell'elettrodo sono date per 1 risultati della più alta qualità e sottintendono l'impiego di una macchina di potenza elevata in relazione agli spessori da saldare. Con pressioni crescenti la resistenza diminuisce in modo quasi inversamente proporzionale ma nel contempo le escursioni del valore tra massimo e minimo si riducono in misura quadratica. diametro del punto SÀE 1010 AISI 304 Esse infatti garantiscono sezioni del punto saldato proporzionalmente ampie con l'impiego di elevate intensità di corrente, e richiedono contemporaneamen- diametro del punto 50 100 150 tempo di saldatura 100 150 2OO 250 tempo di saldatura in KOO LAMIERA 1 mm Fig. 4b LAMIERA 5 mm 20 V. del tempo saldatura N Fine tempo ^ saldatura \ CAPITOLO 3 II tempo di passaggio della corrente deve essere quello sufficiente per fornire la necessaria quantità di calore; è quindi strettamente dipendente dal valore dell'intensità usata. Di norma quanto più breve è il tempo (quindi più alta la corrente e la pressione) tanto migliore è la qualità della saldatura, tanto più limitata la zona riscaldata, tanto più elevato il rendimento del processo. Vi sono tuttavia casi particolari che richiedono tempi più lunghi con correnti minori. Elettrodo Acqua Temp. unione Flg. 5 te più elevate pressioni specifiche ed anche quindi elevate pressioni totali. In dipendenza della qualità del materiale si possono impiegare punte a profilo troncoconico oppure sferico. Il primo profilo viene di norma usato su materiale ferroso, mentre il secondo viene sempre usato con altri materiali quali acciai inox o leghe leggere. Il materiale inoltre con cui vengono confezionati gli elettrodi è legato alla natura del materiale da assiemare. La durezza dell'elettrodo deve, nei limiti del possibile, essere commisurata alla durezza del materiale da saldare; la sua conducibilità elettrica e termica commisurata ai corrispondenti parametri del pezzo da assiemare; tutto ciò se si vuole ottenere una accettabile qualità superficiale dei pezzi nel punto di saldatura. Sono state, per la saldatura a punti, standardizzate tre classi di materiale per elettrodi: — la Classe 1 lega di rame-Cadmio con conducibilità ICAS del 90%, durezza 90-M10 Brinell — per leghe leggere o materiali ferrosi rivestiti (cadmiati, piombati, stagnati, ecc); — la Classe 2 lega di rame-Cromo con conducibilità ICAS dell'85% durezza 120-M40 Brinell — per ferro. Nella classe 2 un tipo particolare con aggiunta di Zirconio viene usata per il ferro zincato ed in sostituzione alla classe 1; — la Classe 3 lega di rame-Berillio talora con aggiunta di Cobalto con conducibilità variabile a seconda del tenore dei leganti ma aggirantesi sul 404-45% ICAS e durezza da 160-4-240 Brinell per acciai inossidabili od acciai legati ad alta resistenza. — Classe 13 sinterizzato di rame-tungsteno (Elconite) per saldatura a proiezione di acciai inox. L'intensità della corrente è legata a tutti i parametri precedentemente esaminati, la sua influenza è tuttavia preponderante in quanto compare nella legge di Joule, al quadrato, quindi quadratico il rapporto tra calore e corrente. Come si è precedentemente detto, esiste un valore minimo sotto al quale non si ottiene la saldatura, ed un valore massimo che provoca l'espulsione di particelle fuse direttamente dal corpo del materiale. Come si è già detto, è desiderabile avere sempre alte correnti, alte pressioni, tempi brevissimi e molto precisi. Desideriamo completare questa breve introduzione, con una spiegazione sulle classi di saldatura. Da tutto quanto detto prima, risulta evidente la possibilità di ottenere una saldatura con svariate quaterne dei parametri fondamentali. Non è tuttavia detto che i risultati siano equivalenti anzi si è potuto constatare sperimentalmente come la saldatura con tempi corti fornisca risultati di gran lunga migliori di quelli ottenuti con tempi di saldatura lunghi. Ciò è tanto più vero quanto più ristretto è l'intervallo di plasticità dei materiali da unire. Poiché, nella saldatura a resistenza, il materiale di gran lunga più usato è il ferro dolce, tutte le tabelle degli altri materiali ferrosi fanno riferimento e hanno come guida base i parametri per il ferro SAE 10054-1010. Abbiamo quindi sei classi per il ferro dolce, quattro classi per l'alluminio puro, mentre il numero si riduce molto per le leghe sia di ferro che d'alluminio. Per il ferro si può ad un dipresso dire che: — la Classe A mantiene inalterato il carico di rottura del metallo base e la sua resilienza si riduce solo del 20%; — la Classe 6 riduce il carico di rottura del 10% e la resilienza del 30%; — la Classe C riduce il carico di rottura del 20% e la resilienza del 40%; PRESSIONE Per gli acciai inox i parametri consigliati risultano in una unica classe che vengono riportati integralmente dalle Norme Americane della RWMA ed AWS in quanto risultano valide anche a livello legale in caso di contestazioni. SOTTILE 30*. e ... SPESS. •pia DIAMETRO SOTTILE ELETTRODO SWG 0,125 -40 1,6. 0,250 'T. PRESS. kg 22,7 0 SPESSO DIAMETRO ELETTRODO 1,6 SPESS. PIÙ FORTE SWG 4 0 - .0.125 0,250 45,3 3,2 3.2 0,50. [30 30 - -0,S0 - 90,6 -.0,75 45 . 1 8 1, 2 6,3 — le Classi D, E, F sono sconsigliate per assiemaggi di qualità non solo per la notevole diminuzione del carico di rottura (del 25% del 30% e del 40%), per la resilienza non precisabile, ma per l'elevato valore degli scostamenti del carico di rottura stesso da un punto ad un altro. 6,3 20 : ..i,oo ••1,25 -1,S0 Facendo un raffronto con i corrispondenti parametri, per il ferro (SAE 1010) di pari spessori, si può dire: a) Corrente. Poiché la resistività elettrica è da quattro a dieci volte più alta di quella del ferro, ci si aspetterebbe una corrente molto minore; b) Tempo. Poiché la conducibilità termica è da una metà ad un terzo di quella del ferro, è proporzionalmente ridotta la dispersione del calore — il tempo dovrebbe essere proporzionalmente minore; e) Pressione. Poiché la durezza degli acciai inox rimane elevata anche a temperature elevate, ne deriva che la pressione dovrà essere più elevata di quella usata per il ferro. 27 2,3 7,5 -10 550- 10 ,- - 4 12,7 16 19 22 26 32 40 3 17,6 363,0 4 0 8,3 45 3,9 500 545 590 63 5 670 725 770 815 860 906 l'SOO 2000 235 0 2'6.0 0 3500 4'72S 5'200 5'600 720 0 8'800 108,5 .2,25 -2,50 -27? -3,00 3!50 3.75 - -4,00 500 12,7 16 - 7,00 19 8.00 22 9,00 40/0 26 32 - 15 40 -20 TABELLA 1 - Grafico per il dimensionamento elettrodi e calcolo pressioni di saldatura a punti Pressione ~ 7 kg/mm2 di area dell'elettrodo Diametro elettrodo: D = 5 ]/e oppure D = 2e + K 4 per e < 1,5 mm 3 per 1,5 < e < 7,5 mm 2 per e > 7,5 mm Diametro del punto saldato: Fé. d = 2 e + 3 Ali. d = 3 e + 1 Per acciai inox (AISI 304) Pressione tabulato x 3,20 0 elettrodo tabulato x 1,2 - classe 3 ove K = In pratica — benché tutte queste premesse siano esatte — i rapporti tra i vari parametri non sono di eguai valore, infatti la corrente consigliata è del 50-^ 80% di quella per il ferro. Ciò accade perché si riduce il tempo e nel contempo si aumenta la pressione al 150-r200% rispetto al ferro. Un'ultima precisazione: tutte le tabelle allegate e tutte quelle altre regolazioni che un utilizzatore potesse sperimentalmente definire, richiedono che il materiale sia perfettamente pulito, esente da ossidi, scorie, polveri, olii, grassi od altre impurità. Per gli acciai inossidabili — che inossidabili non sono, per cui più corretto sarebbe definirli resistenti alla corrosione ed al calore — valgono analoghe considerazioni: — in primo luogo, prima della saldatura il materiale deve essere esènte da residui carboniosi, da olii e grassi di altre lavorazioni, quindi trattato con solventi adatti; — in secondo luogo, deve essere trattato per l'eliminazione di scaglie od ossidi da una serie di bagni così definiti: 1) acido solforico al 20% a 70 °C; 2) lavaggio in acqua; 3) acido nitrico al 15% + acido fluoridrico al 3% a 60 °C; 4) lavaggio in acqua. Il materiale risulta così passivato e fornisce risultati molto costanti nella saldatura ed incrementa la resistenza alla corrosione negli impieghi futuri. DATI ALLE CLASSI ;OMUNI *N Spess. ¥=1* lamiera più sottile D. min. d.max. mm 0,25 -0,50 0,75 mm A. B.C. FRA DUE PUNTI uu mm mm 9,5 3,0 6 9,5 ' 4,5 9.5 9,5 ^L mm 9-5 11 CLASSE A ^OTTIMA) CLASSE B (MOLTO BUONA) (BUONA) CLASSE C Tempo Sforzo Corrente Diametro Carico Tempo Sforzo Corrente Diametro Carico Tempo Sfòrzo Corrente Diametro Carico Siigli di sugli di di di di del di sugli dei di di del di saldat. Elettrodi saldatura punto rottura saldai elettrodi saldatura punto rottura saldat. •lettr. punto rottura saldatura ±17% 120% Periodi A Periodi mm kg A mm kg Periodi kg kg A kg mm kg 4 90 4000 3,0 100 3600 60 3,0 5 90 12 30 3000 2,5 70 5 136 4,0 7000 210 90 5000 4,0 e 200 18 4S 3800 3,5 170 181 7 8000 450 5,5 13 120 6400 S.0 400 24 60 4800 4.5 350 4.5 12,5 11 1,00 13 6,5, 19,5 12,5 8 226 9500 6,0 610 16 160 7500 5,5 550 32 SO 5600 5.0 1,2 5 13 6,5 , 22,5 15 10 294 10500 6,5 850 20 200 8300 6,0 75 0 35 95 6200 S.S 700 1.50 13 6,5 27 16 12 362 120*0 7,0 1000 24 240 90 00 65 925 40 120 6600 6.9 87 5 1250 500 2,00 16 8,0 35 18 18 498 140 00 6.0 1500 30 3 24 10500 7,3 1350 48 160 800 0 7,0 2,40 ;.16 8,0 42 19 22 590 1 5S 00 8.7 19 00 37 370 11500 8,3 17 00 55 160 900 0 6,0 V600 2,8 0 16 9.5 47 21 24 725 17500 9,5 2000 42 470 1250 0 9,0 2200 60 230 9700 9,0 2000 51 23 25 820 19000 10,7 320 0 SO 550 13 500 10,0 2'900 65 280 10200 9.S 260 0 9,5 22 COMUNI ALLE Spess. tKTJ' T\T .ji'tiL MI»» ' , P'U' LJLj 1, D .! d.max. sottile D.min. lamiera :LASSE D CLASSI D.E.R SPA2O MIN. SOVRAPf? M I N TRA I * | DUE PUNTI 1 i . i—>— Lu (S'UFFICIENTE) CLASSE E CLASSE (MEDIOCRE) Tempo Sforzo -Corrente Diametro Carico Tempo Sforzo Corrente Diametro Carico di sugli di del di di sugli di del di saldat. elettrodi saldatura rottura saldat. elettrodi ss Idatura p unto punto !25% 130% jq luwvyi u F ^ATTIVA) Tempo Sforzo Corrente Diametro Carico di sugli di del di. . , . UT d saldat elettrodi S diodi punto rottura •40% sec mm A kg kg mm mm mm mm mm sec kg A mm kg sec kg A mm kg ipo 13 5,0 15 10 0,6 60 450 0 4,5 350 0,9 40 300 0 4,0 225 13 6,0 25 15 Q9 90 5200 5,5 650 60 400 0 6,0 45 0 2,00 •13 7,0 30 17 1,2 120 65 00 6,5 1000 1,2 1,6 1,2 1,6 2S .1,50 80 SO 00 5,0 700 2,2 60 450 0 3 2,5 0 16 22 7 ,S 35 19 1,5 150 780 0 7,5 V200 o 180 9000 9,0 2100 TSOO 3,0 75 90 5300 1,8 7,0 8,5 2,6 21 100 120 900 40 1,8 2,0 6S00 8,0 • 6000 25 9,0 45 2.4 250 1200 0 10,0 3100 28 11,0 50 23 25 3.2 320 14000 12,0 450 0 3.2 4,5 200 280 3,0 0 4,0 0 5,00 8000 1 O'OOO 12'000 9.0 10,0 2200 3100 4,2 5,4 2500 1 45 160 240 3'500 8000 10000 Ul UJ cc a. z o z RNI BIL 3,20 DATI o Uz z TABELLA 2 - Saldatura a punti per acciaio dolce SAE 1005 - SAE 1010 (Norme R.W.M.A.) THIC^NESS «T'-OF THINSEST OUTSlDE PIECE ELEO RODE DIAM ETER AND : HAPE m NET ELECTRODE FORCE WELO TIME (SINGLE IMPULSE) WELDING CURRENT (APPROX.) MINIMUM MINIMUM CONTACTING WELD OVERLAP SPACING DIAMETER OF FUSED ZONE AMPS. TENSILE TENSILE STRENGTH STRENGTH CYCLES BELOW I5OOOO PSI (60 PER SEC.) ISOOOO PSI ANDHIGHER 2 2000 2000 2000 20O0 3 3 2000 2000 3 2100 2000 4 2500 2200 4 3000 2500 4 3500 2800 4 4000 3200 5 5000 4100 5 6000 4800 e 7000 5500 7800 e 6300 8700 8 7000 9500 7500 8 IO3OO IO 8300 IO II 0 0 0 9000 12 12300 IOOOO 14 14000 II 0 0 0 15700 16 12700 17700 in 14000 18000 15500 20 TMICKNESS T » OF TH1NNE3T OUT3I0C PIECE LB. h-L-j OR MINIMUM SHEAft STRENGTH - ULTIMATE TENSILE STRENGTH OF METAL t T °t IN.. APPROX. 70000 UPTO 90000 PSI 90000 UPTO 150000 PSI I5O0OO PSI ANO HIGHER d,iN., D,IN., INCHES IN. IN. LB. MIN. MAX. 65 70 0.045 60 0.006 o. ooe Vie 180 Vie V>2 Vie 3 145 130 100 0.0S5 0008 0 009 200 ' V32 Vie Vie />t^ 170 210 150 O.OIO 230 0.065 0 010 Vie Vie Vi» '/e</* 185 210 250 0.012 260 0.076 0.012 '/a 'U '/* 250 320 240 0.014 0.082 0.014 300 >U •/* '/« V* 280 300 380 O.OIO 0.088 0.016 >U '/e 330 V.e 'A 360 470 320 V» 0.018 380 0 093 0 016 </4 Vii 370 470 500 Vj* 400 0021 VA 0.100 0.021 Vie Vii 600 680 500 0.120 0025 0025 VJ2 520 Ve V,e V» 930 680 0.130 0.031 0031 650 Va Vie . Ve '/2 eoo 920 1100 V e ••• 0.150 0.034 0.03.4 >'<» 750 Vie »/,e eoo 1270 1400_J IOOO 900 0.160 0.040 0.040 V. Ve Vi» '/.e 1200 1450 1700 IOOO 0.0*4 Vie 0.180 0.044 Vie "/ie 1450 1700 2000 0.050 I2OO V4». V* '/2 0.190 0.050 1700 2000 2450 0.056 0.210 0.056 <M </t 1350 ' •/io Ve 2400 2900 1950 0.220 0.062 0.002 '/4 t 1/2 I5OO Ve s 2400 2600 1/4 I70O 0250 3550 0070 0070 /» l'/e Ve 2700 3400 \</i 0076 Vo I9OO 0.275 4000 0.078 V'6 "/.e 3550 4200 0.285 5300 0.094 C 094 ?4OO V4 IV» Vi» >/»' 1 4200 5000 0290 A40O 0.109 O.lOS 2 eoo 'Vie Ve l>>2 6000 SOOO 0.300 7600 0.125 2 0 I2S J300 Vs NOTES 1. TYPES OF S T E E L - 3 O I , 3 0 2 , 3 0 3 , 3 0 4 , 3 0 8 , 3 0 9 , 3 1 0 , 3 1 8 , 3 1 7 , 3 2 1 , 3 4 7 AND 349 2.MATER1AL SHOULD BE FREE FROM SCALE , OXIDES , PAINT, GREASE AND OIL 3. WELCING CONDlTlONS DETERMINED ,8Y THICKNESS OF THINNEST OUTSlDE PIECE * T * 4. DATA FOS TOTAL THICKNESS OF P I L E - U P NOT EXCEEDING 4 " T " . MAXIMUM R A T I O BETWEEM TWO THICKNESSE3 3 T O 1 J.ELECTBODE UATERIAL , CLASS 2 , CLASS 3 OR CLASS 11 MINIMUM COS'OUCTIVITY — Tb'Am 45"/» 30*/o OF COPPER MINIMUM HARDNESS 75 95 98 ROCKWELL " B" . „ . „ . „ . ». MINIMUM WELD SPACING IS THAT SPACING FOR TWO PlfCES FOR WHICM NOSPECIAL PRECAUTIONS NEEO SE TAKEN TO COMPENSATE PC* SHUMTED CURRENT EFFECT OF ADJACENT WELDS. FOR THREE PIECES INCREASE SPACING 30 PER CENT INCHES </l v« •>/* TABELLA 3 -. Valori raccomandati per la saldatura a punti degli acciai inossidabili 6 TMÌCKNESS ELF.CTRODE "T"OF DIAMETER TMINNEST ANO SHAPE OUTSIOE piece NET ELECTROOE FORCE WELO TIME ON OFF 15 6 CYCLES CYCLES i6o PER s e o WELOING CURRENT (APPROX.) MINIMUM MINIMUM MINIMUM CONTACTING WELO OIAMETER OF OVERLAP SPACING FUSEO ZONE MINIMUM SHEAR STRENGTM THICKNESS •T'-ÓF THNNEST OUTSIOE PICCE LB INCHES 0, IN., d, I N , MIN MAX. NO. OF PULSAT10NS LB AMPS. BASE METAL TENSILE STRENGTH BELOW I50000PSI 150000 PSI AND HIGHER 0.156 1/2 4000 .20700 17500 O.i87 1/2 21500 18500 0.203 5/8 22000 I&OO 0.250 5/8 5000 5500 7000 2500 ULTIMATE TENSILE STRENGTM OF ME.TAL 90000 UP TO PSI ANO HIGHER INCHES 0.440 7600 10000 0.156 0.500 0.530 0.600 9750 10600 12300 0.187 13000 0.203 13900 17000 0.250 IN. IN. •'/• 20000 2'/ 8 2 3 /8 150000 PSI 150000 NOTES: 1. TTPES OF STEEL - 3 0 1 . 3 0 2 , 3 0 3 , 3 0 4 , 3 0 8 . 3 0 9 , 3 1 0 , 316, 317, 321, 347 ANO 3 4 9 2. MATERIAL SHOULO 8E FREE FROM SCALE, OXIDES, PAINT, GREASE ANO OIL 3. WELDlNG 4. DATA FOR TOTAL THICKNESS OF PILE-UP NOT EXCEEOING 4 " T " . MAXIMUM RATIO BCTWECN TWO THICKNeSSES 3 TO I 5. ELECTRCOE MATERIAL, MINIMUM CONDUCTIVITY 6 CONDiTIONS DETERMINEO 8Y TMlCKNESS OF THINNEST OUTSIOE PIECE * T * - CLASS 3 45% OR CLASS II 3 0 V. OF COPPER MINIMUM HARONESS 95 9 8 ROCKWELL " 6 " MINIMUM WELO SPACING IS THAT SPACING FOR TWO PIECES WHICH NO SPECIAL PRECAUTIONS NEED BE TAKEN TO COMPENSATE FOR SHUNTEO CURRENT EFFECT OF AOJACENT WELOS. FOR THREÉ PIECES INCREASE SPACING 3 0 PER CENT TABELLA 4 - Valori raccomandati per saldature a pulsazione degli acciai inossidabili È evidente che in casi tanto particolari la scelta delle variabili è assai più ridotta ed i parametri indicati nelle tabelle più impegnativi. specifica tabella; i dati per il ferro dolce divengono solo orientativi e potranno venir variati sperimentalmente in base al tipo di materiale usato. Per personale esperienza posso dire che mentre il diametro di base della bugna non varia se non entro modestissimo limiti, l'altezza della stessa può venir anche raddoppiata specie sugli spessori più sottili dì lamiera. b) i dati di saldatura tabellari sono per una sola bugna; quando parecchie bugne si trovano abbastanza vicine perché si possano influenzare termicamente, si sviluppa un'azione di sinergismo per cui la corrente totale non è più data dalla somma delle correnti richieste dalla somma delle bugne, ma ha un valore molto più basso, talora un mezzo, sempre legato al disegno della reciproca posizione delle bugne stesse. Analogo ragionamento per la pressione totale. Per la saldatura a proiezione due punti sono da osservare: a) per un buon successo la forma delle bugne (diametro ed altezza) in funzione dello spessore, è da osservare abbastanza strettamente; eventuali scostamenti saranno da sperimentare accuratamente; questo per quanto riguarda il ferro. Per gli acciai inox le norme RWMA non riportano una Per la saldatura a rulli, sono state riunite quattro tabelle valide per il ferro. Per gli spessori sottili, fino al millimetro, è possibile la scelta fra tutte e quattro. L'ultima, senza modulazione o per meglio dire con modulazione alla frequenza di rete, è utilizzabile quando si abbia la possibilità di guidare con precisione i due lembi da unire sotto i rulli alla velocità indicata che è impegnativa. Poiché la passivazione negli inox risulta molto regolare, la saldatura può venir effettuata anche senza un preventivo trattamento come sopra indicato e senza alterazione dei parametri base. CAPITOLO 4 Si è finora parlato di saldatura a punti, ma analoghi ragionamenti possono esser fatti per la saldatura a proiezione o per la saldatura a rulli; esse infatti altro non sono che saldature in punti predeterminati o saldature a punti tanto ravvicinati da coprirsi. Una velocità più ridotta permetterebbe al calore di avanzare più rapidamente dei rulli; in tal caso essi troverebbero non più una superficie pulita, ma una superficie ossidata che altera i parametri di lavoro. Si avrebbero in tal caso bruciature ed incorporamento degli ossidi con risultati pessimi. Le altre tre tabelle, con diverse velocità e differenti modulazioni, possono essere impiegate per una vasta gamma di spessori in quanto il tempo freddo fra due punti caldi permette una corretta asportazione di calore e la garanzia di giunti a tenuta di liquidi e di gas; ciò naturalmente con velocità molto più ridotta che nel primo caso. del 25%, le velocità dimezzate, questo rispetto alla colonna della massima velocità per il ferro (SAE 1005 H-1010). È da notarsi inoltre come convenga sempre operare sotto getti di acqua per limitare al massimo la precipitazione dei carburi, questo per gli acciai austenitici serie 300, o la cristallizzazione, che è irreversibile, per gli acciai al cromo serie 400 ferritici. La regolazione della corrente dovrà essere tale da limitare al massimo il riscaldamento in superficie che deve assumere solo un colore leggermente ambrato e non marrone scuro. Le tabelle per il ferro sono state riportate perché per similitudine se ne possano derivare analoghe tabelle e regolazioni per gli acciai inossidabili. Campionature di spezzoni con prove all'apertura ed allo strappo vengono consigliate prima di iniziare la produzione. Per gli acciai inox le pressioni tabellari indicate devono essere praticamente raddoppiate, le correnti ridotte Finora si è parlato un poco genericamente di saldatura a resistenza. ThlCKNESS'T" OF TMINNEST CUTSIOC PI£CE INCMìNXL) ELECTRODE FACE lAJI^ . NET ELECTRODE FORCE WELO TIME MOLO TIME [è * 2 i PROJ. DIA.) WELCXNG CURRENT UT ELECTROOCS) 6 0 CYCl.eS AX. (APPROX.) THICKNESS "T* Of THMNCST OUTSIOC PIECE (NOMINAI) 20* IKCH£S IN. LB. CYCLES CYCLES (60 PER SEC.) (60 PER SEC.) AMPS INCHES 0.014 1/8 300 7 15 4500 0.014 0.C2I 3/32 500 IO 15 4750 a osi 0.031 3/16 700 15 15 57 5O 0.044 1/4 700 20 15 6000 0.062 5/16 1200 25 15 7500 0.078 3/6 1900 30 30 10000 0.094 7/16 1900 30 30 10000 0.031 0.044 0.062 0.076 0.094 0 . 109 1/2 9/16 2800 2*00 30 30 45 45 13000 0. i25 1. 2. 3. 4. 5- 14000 0. 109 0. Iti TYPES OF STEEL - 3 0 9 , 310, 316, 317, 3 2 1 . 347 ANO 3 4 9 ( NON-HARDENABLE ; MAX. CARBON CONTEHT-0.19%) Wt«T£RI&L SHOULO D£ FREE FROM SCALE, OXIDES. PAINT, GREASE AND OIL OAT* BASCO ON THICKNESS Of THINNER SHEET, AND FOR TWO THICKNESSES ONLY. MAXIMUM RATIO BETWEEN TWO THICKNESSES 3 TO 1 StE TA&LC 2.1 FOR 8TANDAR0 PROJECTIONS ELECTKODE HATERIAL. CLASS 2 OR CLASS 12 MINIMUM CONOUCTIVITY 75 2 » % OF COPPER 100 ROCKWELL"fl" 75 MAXIMUM HARONESS TABELLA 5 - Dati di lavorazione per la saldatura a proiezione degli acciai inossidabili THICKNESS ELECTRODE NET W10TH ELECTROOE "T-or FORCE THINNEST ANO SHAPE ON TIME OFF TIME FOR MAXIMUM SPEED (PRESSURE TIGHT) CYCLES (60 PER SEC ) 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 3 CYCLES OUTSIOE PIECE i-w-l INCHES 0 006 0.008 0 0(0 0.012 0.014 0.016 W, IN., MIN. 3/16 3/16 3/16 1/4 5/8 5/8 5/8 3/4 L8 300 350 4 00 4 50 500 600 650 700 850 1000 1300 1600 1850 2150 2300 2550 2950 3/4 33 0 0 1/4 1/4 0.018 0.021 1/4 0.025 3/3 3/6 3/8 0.031 0 040 0.050 O.OèZ 0 0 70 0.078 0.094 0. iO9 0. 125 1/4 1/2 i/2 4"T" 1 1 2 2 2 3 3 z z z z 2 3 3 4 4 4 4 5 5 6 6 7 6 4 4 5 5 6 WELDS PER INCH WELOING CURRENT (APPROX.) MINIMUM CONTACTING OVERLAP THICKNESS "T-OF THINNEST OUTStOE PIECE IN. INCHES 0.006 0.008 0.010 0.012 0.014 0.016 0.018 0-021 0.025 0.031 0.040 0.050 0.062 0.070 0 078 IN. PER MINUTE 1 2 MAXIMUM WELD SPEED 3 3 4 4 5 5 > 7 7 7 9 e 2"T" 60 67 45 48 51 51 4"T" 18 16 14 13 13 12 AMPS. 4000 4600 5000 5600 6200 6700 (3 13 12 47 12 II 7300 7900 9200 47 », 45 45 44 12 II IO 55 55 50 50 47 4"T" 67 56 51 55 46 50 50 55 20 18 16 15 14 14 40 41 IO 44 41 40 41 36 38 37 37 9 9 9 8 8 38 38 II IO 10600 13000 9 8 14200 15100 e e IS900 16500 16600 16600 17000 8 7 .7 1/4 1/4 1/4 5/16 5/16 5/16 5/16 3/8 7/16 7/16 1/2 5/8 5/8 11/16 11/16 3/4 13/16 7/8 0.094 0.109 0.125 NOTES 1 . TYP£S OF STEEl.- 3 0 1 , 3 0 2 , 3 0 3 . 3 0 4 , 3 0 8 , 3 0 9 , 3 1 0 , 116, 317, 3 2 1 . 3 4 7 ANO 3 4 9 2. MATERIAL SHOULO BE FREE FROM SCALE, OXIDES, PAINT, GREASE ANO OIL li 3. WELDING CONDITIONS OETERMINEO 8Y THICKNESS OF THINNEST OUTSIDE PIECE "T 4 . OATA FOR TOTAL THICKNESS OF P I L E - U P NOT EXCEEOING 4 "T "• MAXIMUM RATIO BETWEEN THICKNE5SES 3 TO 1 . CLASS 3 5. ELECTRODE MATE«IAL. MINIMUM CONOUCTIVITY - 4 5 % OF COPPER - 9 5 ROCKWELL* B * MINIMUM HARONESS 6 . FOR LARGE &SSEM8LIES MINIMUM CONTACTING OVERLAP INOICATED SHOULD BE 1NCREASE0 3 0 PER CENT TABELLA 6 - Valori raccomandati per saldatura a rulli degli acciai In effetti il processo della saldatura a resistenza può essere diviso in tre grandi classi e precisamente: a) la saldatura a punti; b) la saldatura a rulli; ci la saldatura di testa ed a scintillio. Vediamo subito il perché di questa suddivisione. La saldatura a punti richiede — per l'acciaio inox — alte pressioni, medie correnti, tempi corti. Finché ci si limita ad unire lamiere di spessore sottile, i tempi richiesti sono dell'ordine dei 5 cicli cioè 0,1 sec. Il problema della precipitazione dei carburi di cromo per gli acciai austenitici, e dell'ingrossamento del grano per gli acciai ferritici risulta così limitato da non creare noie in produzione. Quando invece lo spessore delle lamiere è più elevato, a causa della maggior massa interessata, e quindi del inossidabili più lento raffreddamento, il problema può porsi in modo drastico. Per gli austenitici il problema può essere risolto dall'uso di tipi a basso carbonio, tipi L con C = 0,03% oppure da tipi con titanio o Niobio. La condotta del ciclo di saldatura differisce però nei due casi. Con basso carbonio conviene sempre avere la massima velocità di raffreddamento nell'intervallo critico da 870 °C a 425 °C e questo con elettrodi ben raffreddati o addirittura con getti d'acqua. Per gli stabilizzati invece conviene permettere una certa permanenza del punto saldato a temperature 850^-900 °C per i tipi al titanio e 900-4-950 per i tipi al niobio in modo da rendere completa la reazione C-Ti oppure C-Nb. Il successivo raffreddamento può avere andamento qualsiasi non essendo più critico. ELE SPESSORI CELLA Pili SOTTILE 0 TRO i3 ì SfOBZO tfl* tu TEMPO RESISI E MI A DI MINIMA CORRETE QIAMETKO fl - ALLO STRAPPO OISt*«A i SOTTO TINO 1 IO TINO A tuo SOPRJk 100 1 Vi Vi \ A no i I I I IO c MIN PUNTO u COVRA DEL SOPRA 103 r mm - 0,12 5 2J5 80 27 32 38 2D00 zooo \.2 0,2 2,5 90 45 60 66 200O 2000 14 0,25 105 65 75 9 25 00 3300 1.7 0,3 20 65 95 1 2*100 ZOOO 1,9 0,35 35 100 15 4 7500 2200 2.1 H« 50 125 45 7 3000 2500 2,2 0,45 70 ' 145 165 1 3500 2800 2,4 0,5. 1 a SO 16fl 215 22 4'000 0,6 35 225 70 31 5T)00 4'100 qe 95 310 6 2 €000 4900 360 41 SO 70OO 5500 410 450 7 3 7%00 6100 450 545 S« 70 0700 7 OOO *fi 18 11 4,8 20 12 %3 22 14 25 16 i,t J20 0 2.5 • 3 r 1 3,3 i t %6 i 1 4 16 TI 1.2 2,5 545 660 7 00 0^00 750 0 1.4 2,5 e?o 3 770 0 V 10 10300 6300 1,6 2,5 HO » •75 11» UOOO «000 «00 moo 10000 ^3 ZB U r$4e *900 t»»0 f*00 14000 UOOO 7 3* 1J700 irreo «70 7900 4T70O 14T»0 3* iSOQO 15"5OO za TA T .« tt 30 1,0 1 • RIO 12 t320 « Ì f toio 13 1C00 2,73 9 10 f27O 1» 1.0 a 10 ileo 1? f i 00 *170 27*0 3450 11 50 22 TABELLA 7 - Valori per la saldatura a punti di acciai inossidabili (Norme R.W.M.A.) Tale andamento si ottiene riducendo — ma non annullando — il tempo di chiusura elettrodi (mantenimento od hold) a pochi decimi di secondo. Rientra nella saldatura a punti anche la saldatura a proiezione non essendo questa in realtà che una saldatura a punti prestabiliti: vale quindi anche per questo tipo di procedimento tutto quanto detto per la saldatura a punti. Le precauzioni sono da seguire con tanta maggior attenzione in quanto i tempi di saldatura per la proiezione sono assai più lunghi che per la saldatura a punti su lamiere di eguale spessore, e vengono raccomandati tempi di raffreddamento sotto pressione — da eseguirsi, se possibile, con alta pressione — di una certa durata, per cui l'intervallo di sensibilizzazione potrebbe non essere attraversato con sufficiente rapidità e dare luogo a precipitazione di carburi per gli austenitici (870 °C > T > 425 °C) oppure ad ingrossamento del grano cristallino per i ferritici (1430 °C > T > 950 °C). Per i martensitici la saldatura comporta sempre un infragilimento per avvenuta tempra, che può essere però distrutto da un opportuno trattamento termico che può essere, anzi è opportuno che sia, effettuato — nella saldatura a punti — sulla saldatrice stessa punto per punto come già avviene per gli acciai al carbonio con titolo di C > 0,15%. La saldatura a rulli è bensì una successione di punti distanziati o sovrapposti dati da due elettrodi rotondi sempre in pressione ma non sfugge alle norme generali anzi i problemi ne vengono esaltati. 10 Se i punti sono distanziati (roll-spot), il caso rientra nella saldatura a punti, se invece sì tratta — come di norma — di una saldatura a tenuta, l'accumulo di calore ed il tempo di permanenza nelle zone critiche può essere elevato. Se è possibile effettuare un energico raffreddamento (getti d'acqua in pressione su entrambe le facce) il problema si riduce e si può effettuare la saldatura con normali austenitici; se però anche una sola delle due lamiere ha uno spessore > 1 mm è necessario usare acciai a basso tenore di carbonio (C = 0,03} oppure un tipo stabilizzato al Titanio senza usare un raffreddamento troppo spinto per quanto sopra detto. Per gli inox ferritici invece, in cui il fenomeno di ingrossamento del grano è irreversibile, si deve procedere nel più breve tempo possibile a far scendere la temperatura sotto l'intervallo critico; quindi energico raffreddamento od addirittura saldatura sotto acqua in movimento, i parametri studiati per il minor tempo e la massima velocità, la corrente regolata in modo da evitare un eccesso. Purtroppo la tendenza dell'operatore rimane quella di regolare tutto in eccesso. La buona saldatura deve dare un cordone appena leggermente bruno ma non marrone, questo richiede però macchine con corrente e soprattuto pressioni elevate e controlli elettronici di precisione. La terza classe della saldatura a resistenza è costituita dalle saldatrici di testa a shock od a scintillio. Si tratta di saldare non più sovrapposte ma frontalmente non lamiere più o meno sottili ma sezione massive sia sotto forme di lamieroni, sia di barre a sezione tonda o quadra piena, sia di tubi a forte spessore. SPESSORE •ELLA DELL' EL T IRODO LAM1CU TRA GU ELETTRODI 01 TAGLIO SALDATURA DEL IN r,lT ' W MINIMA SALDATURA PUNTI u 20 CICLI CALDO + 5 CCLl FREDDO 0 min. d-*>. 4 25,4 .12,7 • IBIS 4 3447 4536 20700 17-500 11,2 47,6 . «.e 25,4 12,7 226B • s 4423 5379 .21*500 moo .12.7 50,9 38 4B0B 5897 22000 19000 13.5 54 *V> V123 mi 22500 20TJQO 1W . 60,3 V 32 Hi: HE JlSt DLL TABELLA 8 - Saldatura per punti a pulsazione di acciai inossidabili (Norme R.W.M.A.) ^ SFESSORt LAMIERA PIÙ SOTTILE e DIAMETRO ALTEZZA ' [] 1 RESISTENZA MINIMA AL *' 4 DIAMETRO TAGLIO DELLA DELLA IMPRONTA IMPRONTA 0 H DEL URICO DEL DI ROTTURA METALLO BASE. 49 « RO05 R<49 •un R.l,,'..1 PUNTO OTTENUTO SOVR appo. SIZON i MINI* L R«105 0,26 1,4 0,4 59 «2 113 2,9 3,0 0,30 1.5 0,4 77 100 150 2,? V 0,36 15 0,45 91 127 172 2,5 3,2 0,40 1.7 0,50 109 150 20 4 2,9 4,0 0,50 1,75 0,50 145 200 272 3,6 4,0 0,60 2,0 0,55 204 272 372 3,6 5,0 0.80 2.5 0,60 2 88 366 499 4,3 5,5 030 2.'5 0,65 358 454 590 4,3 5,5 l» >.o 0,7 417 590 907 4,3 7,0 1,2 4 >,0 0,75 S12 771 roes 5,7 7,0 li» 4,0* 0,9 064 1*021 1"542 5,7 9.5 ',« 4.4 0,9 fO43 V270 1-905 7,2 95 *° » 4,« '.0 !'225 1452 2'177 7,2 11 5,6 1,2 1*565 V6 14 2'76 7 7,2 13 2.» «,4 1.4 1162 j-26 a 3-175 8,6 16 J.0 7,0 1,5 ari 77 2 586 3-629 6,S 3,S e.c 1,6 2*72 2 - 4,0 ».' 1,8 3'4 25 - — 4,» S,5 2 »56 - — •«,*> 22 4,t 10,5 2,2 4'540 - — 14.3 24 5,0 ti 2,3 5433 - — 16 2 5,5 6.0 19.5 2.* 6«04 - — H5 32 • — particelle fuse; un avanzamento regolato permette di ottenere un'opportuna distanza per mantenere la serie di archi che si estende in breve tempo a tutta la superficie; segue poi il solito colpo di rifollatura cioè le due parti vengono portate a contatto ad alta pressione e con elevata velocità seguito dal solito raffreddamento più o meno controllato. La serie di archi — che viene mantenuta, con correnti relativamente modeste — porta lo strato superficiale delle due parti affacciate a temperature di fusione con un letto fluido continuamente rinnovantesi. Poiché le due superfici non sono a contatto —- come nella saldatura a shock — ogni superficie può raggiungere la sua propria temperatura di fusione. Di qui la possibilità di saldatura di metalli dissimili, negata al procedimento a shock. Il procedimento a flash permette: due superfici affacciate comunque troncate anche con ossidi od impurezze — che vengono in ogni caso espulse; l'unione di materiali dissimili; un limitato riscaldamento delle parti per la esigua corrente che le attraversa e che 17,5 lV 19 12,7 20,5 1 r*i> \ •Oìrnt niioì Dr B A Il procedimento si dice a flash o scintillio quando le due parti vengono prima accostate con bassa pressione, poi viene data corrente che, a causa della bassa pressione, forma archi multipli con espulsione di F 10,025 Jr H 0,12 0,5 0,9 0,12 0,65 1,0 W 0,55 0,7 1.1 0,12 1,6 0,55 0,75 1,2» 0,12 0,9 1,6 0,12 . 9,5 • 14,5 0,5 9,5 14,S 1,8 0,45 0,6 9,S 14,5 2,0 1,25 0,5 0,8 9,5 14,5 25 1,6 0,9 9,5 14,S 2,75 0,1 0,4 . 0,4 9,5 14,5 3,0 2,0 0,7 9.5 14,5 3.0 2,0 0,7 0,9 1,8 qi2 1,5 9,5 14,5 1,0 2,7 0,9 ',1 2,0 0,12 2,' 1,0 II procedimento si dice a shock quando le due parti vengono prima compresse tra di loro poi riscaldate dal passaggio della corrente. Quando viene raggiunta una conveniente temperatura, viene esercitata sulle superfici una forte spinta che compenetra le superfici ad alta temperatura delle due parti e da luogo all'unione. Il procedimento a shock richiede: le due superfici perfettamente piane, esenti da ossidi od impurità che verrebbero fatalmente incorporate; da luogo ad un rigonfiamento locale delle due parti dopo saldatura; obbliga ad unioni omogenee cioè dello stesso materiale; se accuratamente condotto fornisce buoni risultati. —ir 0.» 0,4 • m t- 10 025 t<)025 E C 1,7 B i rn* i 1 Jn' mm 10.05 SPESSORI 3 Ì \ LAMIERE NOTA 1° tipo di acciaio SAE 1010 2° Le dimensioni dell'impronta sono determinate in base al pezzo più sottile e l'impronta va praticata sul pezzo più spesso 3° Tolleranza ammessa per D ± 0,1 mm H ± 0,05 mm 1 s -1 TABELLA 9 - Dati per l'effettuazione delle impronte per saldature e resistenza al taglio (Norme R.W.M.A.) /Vuor» rfi. L 1,75 as 14,5 4.5 2,7 0.9 1,1 2,0 $5 14,5 4.1 3,25 1,05 1.4 2.5 12, S 17,5 5,6 3.75 1,2 1,65 2,« 12,5 17,S 6,4 4,35 1,4 '.9 3.0 12,5 17,5 7,0 4,9 1,5 3,5 12,5 17,5 .8,0 5.5 4,0 16 20,5 »,8 4,5 16 20,5 9.5 4,75 16 2 0,5 5," 17,5 22 6.0 2 0,5 25,5 ' . Vi V »,» ',' «w* 2.15 4P <& ',7 2.45 «.« 0,4 6,2 1,1 2,7 4,«S <M 6,7 2,0 3 M 0,4 10,5 7.25 2,15 3,3 V 4« 11 7,8 2,3 3,6 «.1 45 13.5 9,5 2-» 4,45 T.J5 0.6 025 TABELLA 10 - Valori per larealizzazione del punzone e della matrice (Norme R.W.M.A.) 11 SPESSORE: D AME rRO LAMIERA PUNT ^ . oiu' SOTTILE EL ETTR000 SFORZO • SUGLI ELETTRODI TEMPO TEMPO DI DI SALDATURA FORGIATURA CORRENTE DI SALOATURft Ferritici con 0,08<C<0,35%, 11<Cr<27% Ni = 0. E ,0. mm Periodi nwn 3500 S 13 4.000 320 13 13 5500 6,4 390 17 13 6500 8 580 21 13 8500 780 25 25 10000 0,50 3,2 0,80 4,B 1,0 1,5 • 1SS A 13 2,4 x Periodi E 0,40 una struttura martensitica anche con modesti gradienti di raffreddamento. > 195 V Non temperabili, magnetici. Il cromo limita la formazione di austenite (fase y) nell'acciaio e quando è presente in forti percentuali mantiene la struttura ferritica (fase a) a tutte le temperature da quella ambiente a quella di fusione. B - DIAMETRO 2 9,5 2,5 II 2,75 13 3 14 . 970 25 25 12 500 USO 25 38 13000 1270 25 39 11500 TABELLA 11 - Dati per la saldatura a proiezione dell'acciaio inossidabile (Norme R.W.M.A.} LINEA mm mm S W G 0,25—33 DI FEDt 128 126 0,5Q.- 1) la saldatura a shock può essere eseguita solo su austenitici a basso carbonio o stabilizzati e di eguale tipo; ,^ 50- 100. 3) la saldatura a flash può essere eseguita su austenitici normali se di non grandi dimensioni o per masse maggiori su austenitici stabilizzati; 4) la saldatura a flash è l'unica conveniente su ferritici e può non richiedere trattamenti successivi, che possono essere eseguiti sulla macchina stessa. SWG mm 33T0,25 30- 4,0 0,75. 2 8- 250- 150- • 24 200- 300- 4,8 \ < > 250\ v v- 350- 5,6 350- -22 .20 4,0 1,25. • 18 21. 4,8 1,S0- 6,4 450500- 1,75- .15 7,2 2 , 0 0 . .14 2.25- .13 8,0 -12 600. 650- 3.25. -10 — 18- ',25 V 450. \ \ .1,50 6,4 16. 50 Ò^. 7,2 550. .1,75 14- -2.0° 13- .2,25 600. 12. .275 8,8 3,00- -0,75 2019. -1,00 8,0 — .11 0,50 17- 550. — 2,502.7S- 5,6 400- •\7 . 2422. 1,00. .19 •16 2) la saldatura a shock non è conveniente su ferritici e comunque deve essere seguita da un trattamento di distensione; Kg 0- .21 Dal punto di vista degli acciai inox si può quindi dire che: PRESSIONE 2,4 .30 viene richiesta dal processo; un'elevata velocità operativa dovendo portare ad alta temperatura solo una esigua quantità di materiale — lo spessore dello strato fluido è di pochi millimetri. DEL RULLO 700- 650750. 8,8 11. .3,00 10- L3.25 Uso: Gli acciai inox — com'è di comune conoscenza — vengono divisi, in base alla loro composizione chimica, in tre classi: Martensitici con 0,15 < C < 1,20%, 11,5 < Cr < 18% Ni = 0. Temperabili, magnetici. Il cromo essendo, un elemento energico di indurimento, determina la formazione di 12 1) Unendo 1 valori corrispondenti ai due spessori si otterranno le larghezze delle piste relative . 2) Dall'incrocio della linea di fede, tracciando una retta al valore della somma dei diametri,si avrà la pressione raccomandata 3) Per gli acciai inox pressione < «2 ) Rulli profilo a raggio R:75mm TABELLA 12 - Grafico per il dimensionamento dei rulli di saldatura Li esamineremo ora un poco più distesamente e separatamente per le tre classi fondamentali: Di Di mm Di mm mm mm min. min. 0,25 50 45 300 3,5 6,0 0,50 75 70 300 4,0 6,0 1,00 100 95 275 4,5 6,0 1,5 0 150 145 25 0 5,0 10,0 2,0 0 200 19 5 22 5 5,5 10,0 2,50 250 240 2 00 6,5 10,0 3, 0 0 300 280 250 8;0 12,0 SPESSORE DI CIA5CUN mm PEZZO TABELLA 13 - Saldatura a rulli circolare - Valori raccomandati (Norme R.W.M.A.) Vale per acciaio SAE 1005-1010 per acciaio inox AISI serie 300 inox AISI 430 Austenitici con 0,03 < C < 0,12%, 16 < Cr < 26%, « < Ni < 22%, Mo (event.) = 3,0%. Non trattabili, non magnetici. L'elevato tenore di nichel con ridotto rapporto di cromo garantisce la fase y (struttura austenitica) anche a temperatura ambiente. Nell'impiego pratico i più largamente usati sono: — per i ferritici l'AISI 430; — per gli austenitici l'AISI 304, 304 L, 309, 310, 316. Tra gli inox ferritici sono da ricordare anche i tipi 409 e 409 L ed 430 Ti e 430 Nb. CAPITOLO 5 Nello studio dei fenomeni creati negli acciai inox dalla operazione della saldatura, occorre innanzi tutto ricordare come la saldatura stessa si svolga sempre in tempi molto brevi o ad alta velocità. (Alcuni decimi di secondo per la punti od ad 1 metro/1' per la rulli). Si è già accennato a dei particolari fenomeni creati dal passaggio della corrente elettrica durante la saldatura. 1) gli inox martensitici si comportano come i normali acciai al carbonio. La saldatura portando il nucleo a temperatura di fusione seguito dall'energico raffreddamento degli elettrodi a circolazione d'acqua, tempra il punto. Nella fase di riscaldamento la struttura cristallina si trasforma, iniziando al punto AC\ e completandosi a\\'AC3, dando origine ad una soluzione solida di ferro y e carburi sia di ferro sia soprattutto di cromo. Nella fase di raffredamento il ferro y si trasforma in ferro <x che non trattiene il carbonio, si forma quindi una fase ferrite ed una fase carburo finemente dispersa che ha modesta durezza. Se la velocità di raffreddamento è lenta la trasformazione è completa, se invece la velocità è elevata, a 315 °C c'è una transizione rapida in martensite ad elevata durezza e piuttosto fragile. Risulta quindi necessario un trattamento termico successivo per portare le giunzioni dei due metalli nelle caratteristiche meccaniche che vengono richieste. Tale trattamento può essere effettuato direttamente sulla macchina, punto per punto, con un controllo elettronico opportuno che porti i comandi (tempo e calore) delle fasi di tempera e rinvenimento. Il maggior tempo impiegato è nell'ordine di alcuni secondi, ed il fatto di non muovere il pezzo, garantisce l'impossibilità di formazione di cricche irrecuperabili. 2) gli inox ferritici, per l'elevato rapporto cromo/carbonio, hanno un comportamento particolare. Ad alta temperatura — quella di saldatura — la fase a ferritica si trasforma in fase y austenitica che tiene in soluzione i carburi. Nella fase di raffreddamento l'austenite si trasforma dalla fase y alla fase oc. Ma per effetto del basso tenore di carbonio ed alto tenore di cromo la trasformazione avviene a temperatura al di sotto della minima necessaria per la reazione del carbonio con il cromo (871 °C a 427 °C) per potersi avere carburi di cromo. Un altro fenomeno desta invece molta maggior attenzione. Alle alte temperature — da quella di fusione a circa 1000 °C — il grano cristallino tende rapidamente ad ingrossarsi generando così fragilità e diminuzione di resistenza alla corrosione. La trasformazione è completa in tempi inferiore al minuto ma inizia appena viene superata la soglia della temperatura critica — inizio saldatura — e continua finché non si passa sotto la detta soglia — fine saldatura ed inizio raffreddamento. . Essendo la struttura ferritica stabile, nessun trattamento termico consente di riportare il materiale nello stato primitivo; si potrà al massimo effettuare un trattamento di distensione per ridurre le tensioni interne 13 SALDATURA DATI COMUNI . A VELOCITI' D TUTTE SALDATURA ELETTRODI t t MIN. NORM. mm mm 0,25 3,1 S 4,75 SOTTILE mm VELOCITÀ TRA' GLI • JC L MIN.' NORM. MIN. mm *S PER ,GI JNTI A SALDATURA " NON MODULATA PER GIUNTI A TENUTA . : TENUTA i"' DI SALDATURA MASSIMA . VELOCITA' D ,' SALDATURA MEDIA VELOCITA' DI _ SALDATURA MINIMA A VELOCITA' MINIMA A VELOCITA' MÀSSIMA SOVRAPP SFORZO. SPCSS .AMELRA MODULATA LE ' MINIMA TEMPO TEMPO VELOC CALOO FREDDO SAID. CORRENTE TEMPO TEMPO yELÓC. SALD. CORRENTE TEMPO TEMPO VEIOC. SALD. CORRENTE VELOC SALO. SALD. FREDDO SALD. PERcm PERcm TORRENTE VELOC SALO. CORRENTE" USANDO . t MIN' mm 9,5 180 180 WS c SALD. PERem SALD. CALDO FREDDO SALD. PERcm. CALDO SALD. SALD. 9,5 • PER IODI SOM» 50H. 01/ . /mm 1 1 2,95 A 5,10 11500 PER ODI SOHa SOH> A: /min 2 1 2,05 4,90 ' 8000 PER ODI . m/ . . /min 50 Hr 50Hz 2" .3 1,24 A. 4,64 PER e m . 12 10000 10,0 5,25 90 00 4,25 '14,15 IO' 0 0 0 3,70 1W5 11000 2,7 5 21,8 12000- 6,5 3,95 4,75 9,5 200 2 50 7,95 1,0 2 1 .. 2,72 3,6» 12500 2 •2 1,90 3,95 MODO. 3,95 6," 12,5 240 315 7,95 2.5 2 1 2,62 3,82. 15 000 * 3 2 1,80 3,33 13000 2 3 1,06 • 5,65 IZ00O 1,00 4,75 635 12,5 270" 400 9,50 2.7 2 2 2,48 3 18300 3 3 1,70 .2,95 1SO00 2 3 0,9 9 6,15 13500 1 , " 5.SS 7,90 12,5 320 475 11,00 4,2 '2 • 2 142 •3,10 20000 3 3 1.60 •3,12 16500 3 3 0,9 3 5,40 140 00 1,50 5.S5 7.90 '2,5 340 540 1.1,00 5* 3 ' 2,30 3,25 21300 3 6.35 9,50 16,0 450 680 13,00 7,5 3 1 2,18 3,45- 22 000 S . « 150 3,33 17500 1 3 0,9 0 6 15400 4 1,4 0 2,38 19000 5 S 0.7 S *4 16000 5 0,69 4,35 17000 5 0,63 4,7 8 18500 5 0,58 5,2 0 21500 2,40 6,35 11,00 16,0 465 770 13,00 9,0 3 2 ' 2,05 *,»• •23 000 6 5 1,25 2,18 ' 20000 ' 5, • 2,75 7,10 12,50 19,0 52 0 880 14,00 .20,5 3 2 1,90 3,15 2 5500 7 5 1.20 2,08 21000 5 3,00 7,90 12,50 19,0 550 990 15,00 3 2 1,75 3,43 27" 500 9 1,10 1,82 22O00 5 . m/ . / m 'n 500 0,50. 2,00 A. %in SALO. aSOHi 7500 0,75 22,0 SALD. a 50 H i NORM. mm SALD. A6,0 14 000 8,8 6,e 14000 ',5 . 8,0 15O00 9,2 S 18000 TABELLA 14 - Saldatura a rulli per acciaio dolce SAE 1010 (Norme R.W.M.A.) NOTE: Acciaio SAE 1010 lucido pulito RULLO: Materiale: Cu • Cr che si fossero generate ma ad una temperatura sotto la soglia critica e nel tempo più breve possibile. Avevamo segnalato prima i tipi 409 e 409L e 430 Ti e 430 Nb, che sono disponibili in Italia, anche se solo su specifici ordini, e che vengono a modificare le àree di applicabilità della saldatura a resistenza. Il Titanio ed il Niobio riducendo la fase y permettono un grano molto più fino e rallentano l'ingrossamento del grano stesso alle alte temperature. Si ottengono così saldature meno fragili e di maggior tenuta. Prove pratiche sono in corso per poter quantizzare tale miglioramento ed i massimi spessori di applicabilità. 3) gli inox austenitici infine presentano il fenomeno della precipitazione dei carburi che avviene al contorno del grano austenitico quando il metallo rimane per un certo tempo nell'intervallo di temperatura da 427 °C agli 871 °C. La precipitazione di questi carburi (Cr4C carburo di cromo essenzialmente) al contorno del grano determina una via di corrosione detta appunto intergranulare. Quando la percentuale di C è compresa tra i valori di 0,08 a 0,20%, durante la saldatura l'austenite a temperature oltre i 1050°C porta in soluzione il carbonio in quantità maggiore di quella possibile a temperatura ambiente (0,02%). Diminuendo la temperatura l'austenite diviene sovrasatura precipitando l'eccesso di carbonio che nell'intervallo sopradetto reagisce con il cromo all'intorno del grano sottraendolo così alla sua specifica funzione di inibitore di corrosione. Fortunatamente la reazione — come tutte le reazioni chimiche — si-svolge in un tempo finito. Se quindi 14 l'intervallo critico viene superato con sufficiente rapidità, la quantità di cromo sottratto non porta la percentuale sotto il livello minimo — 12% — e l'acciaio mantiene inalterata la sua resistenza alla corrosione. Purtroppo questo tempo è corto, pochi decimi di secondo per iniziare il processo che diviene totale in pochi secondi (circa 30"). Se quindi la saldatura è abbastanza breve ed il successivo raffreddamento energico, il fenomeno non pone problemi. Se invece la saldatura è necessariamente lunga per i forti spessori > 1 mm la zona circostante il punto può entrare nella zona critica per un tempo abbastanza lungo perché la reazione si completi. Poiché fabbricare acciai con tenori di C eguali allo 0,02% è estremamente oneroso — e non si va mai sotto allo 0,03% — si preferisce aggiungere alla lega un elemento di maggior affinità chimica con il C che reagisca già a temperatura più elevata e risulti insolubile a tutte le temperature neli'austenite. Questo elemento può essere il titanio — elemento diffusissimo in natura — oppure il niobio. Quindi dovendosi saldare spessori oltre il millimetro di spessore, è opportuno l'impiego di lamiere con detto elemento che vengono dette stabilizzate. L'evoluzione della tecnologia della produzione viene tuttavia a variare vieppiù quanto sopra detto. È possibile ora ottenere in modo economico degli acciai con tenore massimo di C = 0,03%, in realtà inferiore a tale valore, riservando gli additivi Ti o meglio Nb per ottenere una struttura cristallina più fine e più stabile. È doveroso notare come anche negli inox austenitici si presenta il fenomeno dell'ingrossamento del grano sebbene in misura molto minore che nei ferritici. A differenza di quest'ultimi tuttavia un opportuno trattamento termico ricupera completamente le caratteristiche iniziali. CAPITOLO 6 Passando ora da una fase teorica ad una fase pratica, ritengo utile per tutti gli utilizzato™ accludere alcune tavole dei valori consigliati. Esse sono le Norme Americane RWMA che rappresentano il testo sacro per la saldatura a resistenza, essendo il risultato di una infinita serie di dati pratici raccolti in anni di produzione. Per questo ho voluto riportarle anche nel testo originale anche se poi per comodità ho provveduto alla loro trascrizione nelle unità di misura europee. Come si può notare tutte queste tabelle sono date per gli inox serie 300 cioè gli austenitici al cromonickel. Per inox serie 400 ferritici (AISI 430) sarà opportuno usare le tabelle solo come base di partenza stante la necessità di ridurre quanto più possibile i tempi di saldatura per ridurre l'infragilimento della giunzione. Ritengo opportuno far notare che tutti i parametri riportati devono servire per la scelta della macchina più idonea per dimensionamento elettrico e meccanico e per una prima impostazione dei dati di lavoro. Non è escluso però che in relazione al particolare disegno dei pezzi da assiemare, non possano esservi altre regolazioni egualmente e forse anche più opportune. SPESS. LAR OHEZZA LAMIERA PULLO 0.16 TEMPO ai PASSAGGIO TEMPO MORTO PFR VUOCITÀ SALDATURA CORRENTE PIÙ SOTTILI Sforun NUMERO DI SOVRBPP. MASSIMA DI SALDATURE MNIMA DI CORRENTE SALWT. PER 10cm SAI.DATURA II 5 VELOCITA MASSIMA m / nin PER ODI - 136 , • • 1—I > 1,* 1,67 4000 1.27 100 90 101 2 2 1,12 5000 67 0,30 6,5 204 2 2 120 1.J7 5600 62.5 59,5 M|5 0,35 6,5 227 2 3 1.27 1,1 S 6200 0.40 "••? 272 ? 3 127 1,25 6"700 47 4? 4t Q50 *5 318 2 3 1.37 71900 43,» 46 9,5 3B6 0,25 5 3 v> l» Vi \n 10600 34,2 36,5 V io? 14200 10 1,00 15100 25 1.» iflt 30,1 24.» w,s 13 1,™ 3 16 «43 4 t 7 1,00 >.n 19 19 rszs 5 « - 9 MS 1.» 12 36,5 . 0.80 0*2 iftoo 22,7 16SO0 27 16500 'V 17000 ; 6, so,t 1 »,4 CAPITOLO 7 Riassumendo tutto quanto è stato detto e rimanendo in campo pratico si può dire: 1) per la saldatura a punti: — lamiere sottili < 1 mm utilizzabili tutti i tipi serie 300 e 400 specie se con idoneo trattamento termico; — lamiere spesse 1 < e < 5 mm • serie 400 martensitici si se con trattamento termico, ' • -; • serie 400 ferritici no, • serie 400 austenici si per i tipi a bassissimo carbonio oppure stabilizzati al Titanio o Niòbio, questo vale se la saldatura sarà sottoposta ad aggressione chimica. Se invece il metallo non sarà esposto ad ambienti corrosivi lo spessore minimo potrà essere raddoppiato: e < 2 mm. 2) per la saldatura a proiezione: — lamiere sottili < 1 mm • martensitici si ma solo con trattamento termico, • ferritici si ma con processo di distensione, • austenitici si; — lamiere spesse 1 < e < 5 mm •••''; • serie. 400 martensitici no, • . • serie 400 ferritici no, • serie 300 austenitici si ma solo per tipi stabilizzati, od L 3) per la saldatura a rulli: — lamiere sottili < 1 mm • serie 400 martensitici no, • serie 400 ferritici si con riserva, • serie 300 austenitici si solo per tipi stabilizzati od L 4) per la saldatura di testa (lamieroni o. pezzi massicci) ., . ' — a shock solo serie 300 stabilizzati od L si; — a flash (scintillio) • serie 400 ferritici si, • serie 300 austenitici si a basso tenore di carbonio e stabilizzati. 55 ti 11 t« 1t 21 R TABELLA 15 - Saldatura a rulli dell'acciaio inossidabile (Norme R.W.M.A.) 5) Nella saldatura di qualsiasi tipo deve venir fatta attenzione quando si dovesse assiemare materiali di tipi e serie diverse, ai coefficienti di dilatazione termica ed alla conducibilità termica: nei ferritici rispettivamente 10-M1 x°Cx10- 6 e 0,06 Cal/cm3/°C/sec, negli austenitici rispettivamente 1 7 H - 1 8 X ° C X 106 e 3 0,038 Cal/cm /°C/sec. Un accurato studio del disegno dei pezzi condiziona il successo dell'operazione di saldatura. 15 TABELLA 16 -Saldatura) di testa a shock (Norme R.W.M.A:-A.W.S.) Piatti « e » in mm Distanza iniziale Corsa di rifollatura Distanza finale 0,5 5,5 0,89 4,6 1,0 11,0 1,65 9,35 2,0 20,0 3,0 TABELLA 17 - Saldatura di testa a scintillio (Norme R.W.M.A. A.W.S. 2720) Piatti «e » in mm Distanza iniziale Corsa di scintillio Corsa di Perdita Distanza rifolladi finale tura materiale 0,6 5,5 2,0 1,0 2,5 3,0 17,0 1,0 11,0 4,0 2,0 5,0 6,0 9,0 11,0 3,0 30,0 4,3 25,7 2,0 20,0 8,0 3,0 4,0 37,0 5,4 32,1 3,0 29,0 11,2 4,3 13,5 15,5 5,0 45,0 6,35 38,65 4,0 37,0 14,2 5,4 17,4 20,4 10,0 68,0 9,0 59,0 5,0 45,0 16,5 6,35 22,15 22,85 15,0 80,0 10,7 69,3 10,0 68,0 23,5 9,00 35,5 32,50 20,0 90,0 12,0 78,0 15,0 80,0 27,5 10,7 41,8 38,2 25,0 96,5 12,8 83,7 20,0 90,0 30,7 12,0 47,3 42,7 25,0 97,0(143) Tondi o quadri 0 in mm 33,0(66) 13,0(26) 51,0 46,0(92) Distanza iniziale Corsa di rifollatura Distanza Distanza iniziale Corsa di scintillio 2,5 4,6 0,5 4,1 Tondi e quadri 0 mm 5,0 8,9 1,0 7,9 10,0 17,5 2,0 15,5 15,0 26,0 3,0 23,0 20,0 34,0 3,5 30,5 I finale 25,0 42,0 4,0 38,0 30,0 50,3 4,6 45,9 40,0 66,5 5,6 61,1 50,0 83 6,6 76,4 NOTE PARAMETRI 2,5 Corsa di Perdita Distanza rifolladi finale materiale tura 4,6 1,5 0,5 2,6 2,0 3,8 5,0 8,9 2,8 1,0 5,1 10,0 17,5 5,0 2,0 10,5 7,0 15,0 26,0 7,5 3,0 15,5 10,5 20,0 34,0 10,0 3,5 20,5 13,5 25,0 42,0 12,5 4,0 25,5 16,5 30,0 50,0 15,0 4,6 30,4 19,6 40,0 67,0 20,0 5,6 41,4 25,6 50,0 84 25,0 6,6 52,4 31,6 NOTE PARAMETRI Pressione (in kg/mm 2 ) Pressione (in kg/mm 2 ) IN ACCOSTAGGIO ACCIAIO RAME ALLUMINIO 1,0 • + 1,2 0,4 + 0,5 0,5 + 0,7 IN RIFOLLATURA ACCIAIO RAME ALLUMINIO 6 + 8 10 + 15 18 + 36 IN PRERISCALDO ACCIAIO INOX ALLUMINIO 1,0 + 1,2 2,0 + 2,5 0,5 + 1,0 IN RIFOLLATURA 14,0 + 20,0 3,0 + 7,0 16 + 30 2 Corrente (A/mm ) Corrente (in A/mm 2 ) ACCIAIO RAME ALLUMINIO 70 + 80 250 + 300 150 + 200 VELOCITA DI RIFOLLAMENTO (in mm/sec) ACCIAIO RAME ALLUMINIO 100 400 300 IN PRERISCALDO ACCIAIO INOX ALLUMINIO 20 + 30 10 + 20 100 -r 120 IN SCINTILLIO 5 + 10 3 + 7 15 -T•30 IN RIFOLLATURA Per alluminio e leghe la corsa di rifollatura è x1,5 quindi > distanza iniziale. Per gli acciai inox pressione ) velocità di rifollatura j c o corrente 40 + 50 A/mm 2 . 16 18 + 30 10 + 20 150-f-300 VELOCITA IN RIFOLLATURA (in mm/sec) m e Per alluminio circa 100 circa 150 circa 400 + 600 Per alluminio e leghe le corse di scintillio e rifollatura sono x 2 quindi > distanza iniziale.