Capire la saldatura a punti e a immersione: tecniche, applicazioni e attrezzature

Saldatura a punti a resistenza (RSW): panoramica del processo

La saldatura a punti per resistenza è un processo in cui le superfici di giunzione di un giunto a sovrapposizione vengono unite applicando pressione e calore generati dalla resistenza elettrica. Il calore generato viene concentrato nel sito di saldatura dagli elettrodi opposti, che sono realizzati in lega a base di rame o in una combinazione di rame e tungsteno: le leghe a base di rame sono ampiamente utilizzate per il loro elevato grado di conduttività, mentre le combinazioni di rame e tungsteno offrono una migliore resistenza all'abrasione e all'usura in quelle applicazioni considerate impegnative.

Gli elettrodi controllano fondamentalmente la qualità e la dimensione della saldatura. Sebbene una forma rotonda sulla punta di un elettrodo sia la forma più comunemente utilizzata, altri design, come punte esagonali e quadrate, sono stati sviluppati per scopi speciali. Altri elettrodi hanno passaggi interni di raffreddamento ad acqua che aiutano a ridurre il loro riscaldamento durante la saldatura, aumentandone quindi la durata utile.

Le ampie applicazioni della saldatura a punti di resistenza si trovano in settori quali la produzione di automobili, con una carrozzeria che necessita di circa 10,000 saldature a punti singoli. Altri usi generali includono elettrodomestici, mobili in metallo e prodotti simili in lamiera. La sua prevalenza nella produzione di massa sottolinea la sua importanza economica e industriale poiché la sola produzione mondiale di automobili raggiunge decine di milioni ogni anno.

Attrezzatura per saldatura a punti

Esistono tre tipi principali di attrezzature per la saldatura a punti: macchine a bilanciere, saldatrici a pressa e pistole per saldatura a punti portatili. Ognuna è più adatta a un'applicazione specifica.

Le saldatrici a punti a bilanciere (come quella mostrata di seguito) sono state ampiamente utilizzate per gestire pezzi relativamente piccoli. La configurazione include un elettrodo inferiore fisso e un elettrodo superiore flottante trasportato su un bilanciere. Il movimento dell'elettrodo superiore è controllato da un pedale, in cui un operatore può sollevarlo o abbassarlo per riprendere il lavoro attraverso la procedura di carico e scarico. Ad esempio, tali macchine sono applicabili per operazioni leggere e i tipi moderni spesso includono controlli programmabili per gestire forza e corrente durante il ciclo di saldatura.

                   Macchina a bilanciere

Per pezzi più grandi e pesanti, le saldatrici a punti a pressa sono la scelta migliore. Si tratta di macchine fisse in cui una pressa alimentata verticalmente, azionata pneumaticamente o idraulicamente, viene utilizzata per muovere l'elettrodo superiore con un movimento rettilineo. Questo design consente l'applicazione di forze maggiori e si adatta a cicli di saldatura più complessi, rendendole indispensabili per applicazioni industriali su larga scala.

Nelle situazioni in cui non è pratico utilizzare macchine per saldatura a punti fisse per gestire parti grandi e pesanti, le macchine portatili azionate manualmente sono la soluzione efficace. Gli utensili leggeri sono dotati di elettrodi opposti alloggiati in un meccanismo a pinza, che consente a un lavoratore umano o a un robot industriale di manovrarli facilmente. Le pistole portatili sono collegate ai sistemi di alimentazione e controllo tramite cavi e tubi flessibili con l'opzione di incorporare il raffreddamento ad acqua per gli elettrodi. La loro adattabilità le rende anche pietre miliari negli impianti di assemblaggio di automobili, ampiamente utilizzate per saldare le carrozzerie delle auto, spesso sotto il controllo di un robot.

Processo di saldatura a punti

Il processo di saldatura a punti consiste in una serie di eventi, chiamati ciclo di saldatura, e comporta l'inserimento della parte, l'applicazione della forza, il controllo del tempo di saldatura e il raffreddamento. Ogni fase del ciclo è importante per ottenere una saldatura forte e affidabile. Le fasi di un ciclo di saldatura a punti sono illustrate nella figura sottostante.

Il ciclo di saldatura 
1. Immersione delle parti e contatto primario
Le parti metalliche vengono posizionate tra due elettrodi di rame. Questi elettrodi vengono quindi portati a leggero contatto con la superficie dei metalli, dopo aver applicato loro una certa pressione. A livello microscopico, la superficie dei metalli non è mai liscia; quindi, solo i picchi possono capitare di toccarsi inizialmente. In tali punti, quando viene applicata una pressione di contatto adeguata, lo strato di ossido si rompe e si formano alcuni ponti metallo-metallo. Il programma di saldatura garantisce che sia concesso abbastanza tempo affinché la forza dell'elettrodo raggiunga il 95% della forza di saldatura prevista prima che inizi il flusso di corrente, assicurando coerenza e precisione.

2. Applicazione della corrente di saldatura
Una volta raggiunta la pressione richiesta, un'elevata corrente elettrica viene fatta passare attraverso gli elettrodi per un periodo di tempo molto breve. Mentre il passaggio di corrente attraverso il metallo sfuso si diffonde a un'ampia area, all'interfaccia in cui i metalli si toccano, la corrente scorre attraverso i ponti metallici e la densità di corrente in questo punto diventa molto elevata. La densità di corrente in questo punto sviluppa abbastanza calore da fondere i ponti metallici.

Quando questi ponti iniziali si fondono e collassano, altri picchi sulle superfici metalliche entrano in contatto tra loro per formare nuovi ponti. La resistenza del metallo fuso è maggiore rispetto ai ponti appena formati e la corrente si sposta verso i percorsi appena formati. Il processo di transizione da un ponte all'altro si ripete finché l'interfaccia completa non si è fusa e si è formato un nugget.

L'apporto di energia nel punto di saldatura dipende dalla resistenza del materiale, dall'entità della corrente e dal tempo di saldatura. Deve esserci un equilibrio; un apporto di energia troppo basso crea una fusione incompleta, creando una saldatura debole; un eccesso di energia causa una sovrafusione, fino all'espulsione del materiale fuso, a volte perforando il giunto.

3. Raffreddamento e solidificazione

Una volta che la corrente si ferma, per un breve periodo la forza dell'elettrodo viene mantenuta in modo che il metallo fuso possa raffreddarsi e solidificarsi sotto pressione. Nella maggior parte dei sistemi di saldatura, gli elettrodi hanno fori di raffreddamento che accelerano questo raffreddamento raffreddando localmente il pezzo in lavorazione.

Al termine di questa fase del processo, si forma un pepita tondo, con un diametro di 4-7 millimetri. Tale pepita garantirà una giunzione solida senza cordoni di saldatura su entrambi i lati della lamiera, mantenendo l'integrità strutturale e l'aspetto superficiale del pezzo in lavorazione.

Saldatura continua a resistenza (RSEW)

La saldatura a punti per resistenza (RSEW) è una variante più perfezionata della saldatura a punti per resistenza in cui gli elettrodi a forma di bastoncino sono sostituiti da ruote rotanti, come illustrato nella figura sottostante. La disposizione fornisce una serie di saldature sovrapposte in un giunto a sovrapposizione e garantisce giunzioni resistenti e a tenuta stagna. La saldatura a punti per resistenza è ampiamente utilizzata nella fabbricazione di serbatoi e nella produzione di marmitte per automobili e altri contenitori in lamiera lavorata. Continua a essere un processo di giunzione molto importante nella produzione di componenti durevoli e sigillati per molti settori.

Dettagli chiave del processo

L'operazione di saldatura a punti è generalmente eseguita su base continua e i punti devono essere dritti o di curvatura uniforme a causa dei problemi riscontrati con angoli acuti e discontinuità. Sono necessari dispositivi di fissaggio per posizionare i pezzi in lavorazione e per evitare deformazioni, che sono il problema principale della saldatura a punti.
Le tre varianti di RSEW (saldatura a moto continuo, saldatura a punti a rulli e saldatura a punti continui) sono rappresentate graficamente nella figura seguente.

Queste tecniche rivelano la flessibilità del processo:

Saldatura a movimento continuo: Questo è il processo principale in cui le ruote degli elettrodi ruotano continuamente a velocità costante e la corrente di saldatura pulsa a intervalli regolari. I pezzetti di saldatura sovrapposti vengono così creati dalla temporizzazione per una cucitura uniforme e resistente.
Saldatura a punti con resistenza al rotolamento: Ciò comporta l'introduzione di spazi tra i pezzetti di saldatura tramite la riduzione della frequenza degli impulsi della corrente di saldatura. In questo modo, vengono creati punti di saldatura intermittenti lungo la giunzione, che sono più adatti laddove è necessaria una minore continuità di saldatura.
Saldatura continua: In questa variante la corrente di saldatura è continua; si ottiene quindi una saldatura completamente ininterrotta lungo tutto il giunto.
Un altro metodo, la saldatura a moto intermittente, ferma ciclicamente la ruota dell'elettrodo per realizzare le saldature. La ruota ruota tra gli arresti e quindi la spaziatura dei pezzetti di saldatura può creare schemi come quelli in a) e b) della Figura sopra.

Attrezzature e raffreddamento

Le macchine per saldatura a punti sono come le saldatrici a punti a pressione, tranne per il fatto che i loro elettrodi sono a forma di ruota anziché a forma di bastoncino. Il raffreddamento è necessario anche nella RSEW per impedire un riscaldamento eccessivo sia del pezzo in lavorazione che delle ruote degli elettrodi. Questo può essere fatto dirigendo l'acqua sulla parte superiore e inferiore delle superfici del pezzo in lavorazione adiacenti alle ruote degli elettrodi.

Confronto riassuntivo tra saldatura a punti e saldatura continua