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
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20
65
95
1
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1,9
0,35
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1
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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
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DELL' EL T IRODO
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32
Hi: HE JlSt DLL
TABELLA 8 - Saldatura per punti a pulsazione di acciai inossidabili
(Norme R.W.M.A.)
^
SFESSORt
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SOTTILE
e
DIAMETRO
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1
RESISTENZA
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DIAMETRO
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150
2,?
V
0,36
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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
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2,0
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204
272
372
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5,0
0.80
2.5
0,60
2 88
366
499
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2.'5
0,65
358
454
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—
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
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0,55
0,75
1,2»
0,12
0,9
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. 9,5 •
14,5
0,5
9,5
14,S
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14,5
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1,25
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14,S
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1,5
9,5
14,5
1,0
2,7
0,9
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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.
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0.»
0,4
•
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E
C
1,7
B
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10.05
SPESSORI
3
Ì
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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.)
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rfi.
L
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as
14,5
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17,5
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13.5
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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
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S
13
4.000
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13
13
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17
13
6500
8
580
21
13
8500
780
25
25
10000
0,50
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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
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350-
5,6
350-
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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
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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-
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600.
12.
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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
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MIN.
mm
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PER
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SALDATURA " NON MODULATA
PER GIUNTI A TENUTA .
:
TENUTA
i"'
DI
SALDATURA
MASSIMA .
VELOCITA'
D ,' SALDATURA
MEDIA
VELOCITA'
DI _ SALDATURA
MINIMA
A VELOCITA'
MINIMA
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.AMELRA
MODULATA
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MINIMA
TEMPO
TEMPO VELOC
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CORRENTE TEMPO TEMPO
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SALD. CORRENTE TEMPO
TEMPO
VEIOC.
SALD. CORRENTE VELOC
SALO.
SALD.
FREDDO
SALD.
PERcm
PERcm
TORRENTE VELOC
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CORRENTE"
USANDO .
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PER ODI
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1
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' 8000
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11000
2,7 5
21,8
12000-
6,5
3,95
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9
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/ m 'n
500
0,50.
2,00
A.
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SALO.
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7500
0,75
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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
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NUMERO DI
SOVRBPP.
MASSIMA
DI
SALDATURE
MNIMA
DI
CORRENTE
SALWT.
PER 10cm
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MASSIMA
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0,30
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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.