Saldatura a resistenza

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La saldatura a resistenza (Resistance Welding o RW nella terminologia American Welding Society) è un metodo di saldatura autogena a pressione in cui il materiale viene riscaldato per resistenza elettrica.

Saldatrice per saldatura a punti (a resistenza)

Esercitando, per mezzo di un elettrodo metallico, una pressione su un'area limitata del materiale e facendo passare nell'elettrodo una corrente elettrica di una data intensità per effetto Joule il calore generato nelle varie sezioni sarà proporzionale alla resistenza delle sezioni stesse:

E = RI2t

dove:

  • E è l'energia generata (espressa in joule);
  • R è la resistenza locale (espressa in ohm);
  • I è l'intensità di corrente elettrica (espressa in ampere);
  • t è il tempo di passaggio della corrente (espresso in secondi).

Le varie resistenze che si incontrano nel circuito (trascurando la resistenza interna del generatore di corrente, che, costruttivamente, è tenuta quanto più bassa possibile) sono:

  • r1: resistenza di contatto fra l'elettrodo (di rame) e le due parti da saldare (tipicamente in ferro);
  • r2: resistenza delle parti in ferro;
  • r3: resistenza di contatto fra le due parti in ferro.

La resistenza maggiore è la r3, superiore alla r1 in quanto il rame ha un modulo di elasticità inferiore a quello del ferro, quindi la superficie di contatto a livello microscopico è maggiore di quella del contatto ferro ferro. Quindi il calore è generato in massima parte fra le due superfici di ferro da saldare, quindi porta alla fusione del materiale in un volume limitato. Attorno alla zona fusa si forma una zona termicamente alterata, in cui il metallo (ferro) subisce deformazioni ad alta temperatura, pur senza arrivare alla fusione. Da una micrografia di due parti saldate per resistenza è facile distinguere il guscio plastico dalla zona fusa, in cui la struttura dei cristalli è dendritica. Riducendo la pressione ed interrompendo il passaggio di corrente nell'elettrodo il materiale solidifica collegando i due pezzi per saldatura. Date le sue caratteristiche questa metodologia di saldatura è applicabile solo per piccoli spessori di materiale.

La saldatura a resistenza generalmente è utilizzata per saldare gli acciai e viene realizzata in tre fasi:

  1. gli elettrodi (generalmente di rame) vengono avvicinati alla superficie delle parti da saldare (in genere due lamiere) e viene esercitata la pressione necessaria per comprimere fra loro le parti;
  2. viene fatta passare attraverso gli elettrodi una corrente prefissata;
  3. gli elettrodi vengono allontanati dalle superfici del pezzo, che così sono unite tramite un piccolo volume fuso e solidificato (saldatura a punti o spot welding).

Nel caso di lavorazioni su forti spessori o di acciai molto soggetti a fenomeni di tempra, prima di lanciare la corrente di saldatura viene lanciata un corrente di intensità più bassa per portare il materiale al "calor rosso", aumentando in questo modo l'uniformità di temperatura del materiale e riducendo la velocità di raffreddamento. Per questi materiali viene talvolta utilizzato anche un post-riscaldo, lasciando passare una corrente ad intensità molto bassa per un periodo sufficiente attraverso il punto di saldatura prima di distaccare gli elettrodi.

Valori che possono essere considerati "tipici" per la saldatura di lamiere di 1 mm di spessore sono: diametro dell'elettrodo di 5 mm, corrente di saldatura 8000 A, pressione dell'elettrodo sulla lamiera di 70 MPa, tempo di saldatura 0,2 s.

La saldatura a resistenza, rispetto alla saldatura ad arco, presenta il vantaggio di avere cicli termici meno severi, quindi di avere una zona termicamente alterata sensibilmente più ridotta di quella di una saldatura ad arco. D'altra parte, la saldatura a resistenza può essere eseguita solo su spessori limitati (generalmente minori di 3 mm, anche se con parametri ed elettrodi studiati in modo particolare si può arrivare a 6 mm[1]) e richiede procedimenti particolari e molto costosi per fornire giunti continui (elettrodi a disco). I vantaggi maggiori della saldatura risiedono nei bassi costi e nel fatto che è automatizzabile molto facilmente. Questo l'ha fatta preferire per produzioni di grande serie, come il campo automobilistico e la produzione di elettrodomestici.

Saldatura a punti[modifica | modifica wikitesto]

La saldatura a punti è un metodo di saldatura a resistenza utilizzato per unire da due a quattro lastre metalliche sovrapposte di spessore fino a 3 mm ciascuna. In alcune applicazioni con solo due lastre metalliche sovrapposte lo spessore delle lastre può arrivare a 6 mm. Due elettrodi di rame vengono usati contemporaneamente per fermare insieme le lastre metalliche e far passare corrente attraverso le lastre. Quando la corrente viene fatta passare attraverso gli elettrodi alle lastre, viene generato calore a causa della maggiore resistenza elettrica nel punto in cui le superfici vengono in contatto reciproco. Man mano che il calore si dissipa in lavoro, la temperatura crescente causa una resistenza crescente e il calore viene quindi generato dalla corrente attraverso tale resistenza. La resistenza superficiale decresce velocemente e il calore viene presto generato solo dalla resistenza del materiale.

Gli elettrodi di rame raffreddati ad acqua rimuovono velocemente il calore superficiale, poiché il rame è un eccellente conduttore di calore. Il calore al centro non ha dove andare, poiché il metallo del pezzo in confronto è un cattivo conduttore di calore. Il calore rimane al centro, fondendo il metallo dal centro verso l’esterno. Man mano che il calore si dissipa attraverso il pezzo in meno di un secondo, lo stato fuso o almeno plastico cresce fino a incontrare le punte di saldatura. Quando la corrente viene interrotta, le punte di rame raffreddano la saldatura a punto , facendo sì che il metallo si solidifichi sotto pressione. Alcuni rivestimenti, quali lo zinco, causano un riscaldamento localizzato a causa della loro elevata resistenza, e possono necessitare della saldatura a impulsi per dissipare nelle punte di rame il calore superficiale indesiderato.

Saldatura a cordone[modifica | modifica wikitesto]

Come la saldatura a punti, si basa su due elettrodi per applicare pressione e corrente per unire lastre metalliche. Tuttavia, invece di elettrodi puntiformi, degli elettrodi a forma di ruota ruotano in modo continuo e spesso alimentano il pezzo, consentendo di realizzare saldature continue lunghe. In passato questo processo veniva utilizzato nella produzione di lattine per bevande, ma ora i suoi usi sono più limitati.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ Rif. IIS pag 11

Bibliografia[modifica | modifica wikitesto]

  • Istituto Italiano della Saldatura - La Saldatura, Saldatura a resistenza e procedimenti minori - dispensa didattica, 1ª Edizione, Luglio 1975

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