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APPUNTI DELLA LEZIONE DEL 08/03/2021 SALDATURA AUTOGENA AD ARCO ELETTRICO CON ELETTRODO RIVESTITO

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Academic year: 2022

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SALDATURA AUTOGENA

AD ARCO ELETTRICO CON ELETTRODO RIVESTITO Per fondere i materiali base e di apporto su utilizza un arco elettrico.

La saldatura ad arco con elettrodi rivestiti è un procedimento manuale in cui la sorgente termica è costituita dall'arco elettrico che, scoccando fra elettrodo rivestito (supportato dalla pinza porta elettrodo) ed il pezzo da saldare (materiale base), sviluppa il calore che provoca una rapida fusione sia del materiale base che dell'elettrodo (materiale d'apporto).

Diametro Elettrodo si riferisce all’anima 1.6, 2, 2.5, 3.25, 4, 5, 6. (dimensioni commerciali)

Il Rivestimento svolge svariate funzioni:

1. Protezione del bagno di fusione, evitare la contaminazione della saldatura a causa dall’azione ossidante dell’aria circostante

2. Stabilizzare l’arco voltaico

3. Purificare il bagno formando una scoria, che protegge la saldatura, che successivamente deve essere rimossa

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ELETTRODI Caratteristiche

L'elettrodo rivestito è composto da un'anima e da un rivestimento:

l'anima è costituita da una bacchetta di metallo conduttore che ha come unica funzione l'apporto di materiale al pezzo. Il materiale con cui è costituita dipende dal materiale base da saldare: per gli acciai al carbonio, per cui la saldatura ad elettrodo è maggiormente diffusa, l'anima è di acciaio dolce. Durante la saldatura l'anima fonde in leggero anticipo rispetto al rivestimento.

Il rivestimento è la parte più importante dell'elettrodo ed ha numerose funzioni. Innanzitutto serve a proteggere la saldatura dalla contaminazione dell'aria, e lo fa sia volatilizzando e quindi modificando l'atmosfera intorno al bagno, sia fondendo in ritardo e quindi proteggendo l'anima con il cratere che naturalmente si forma, sia liquefacendo e galleggiando sopra il bagno. Inoltre contiene materiali in grado di depurare il materiale base ed elementi che possono concorrere alla creazione di leghe nella fusione. La scelta del rivestimento è quindi molto importante e dipende dalle caratteristiche che si vuole dare alla saldatura. Inoltre il rivestimento può contenere anche metallo di apporto in polvere, per aumentare la quantità del materiale depositato e quindi la velocità della saldatura. Si parla in questo caso di elettrodi ad alto rendimento.

TIPOLOGIE DI RIVESTIMENTO PER GLI ELETTRODI:

 RUTILE/RUTILICO

 CELLULOSICO

 ACIDO

 BASICO

 PIU’ VARI COMBINAZIONI DELLE PRECEDENTI

 PARTICOLARI IN BASE AI MATERIALI DA SALDARE (GHISA, INOX, ETC.)

Rivestimento rutile è il più comune, anche più facile da utilizzare (denominato scorrevole) Suddivisione degli elettrodi

Esistono in commercio diversi tipologie di elettrodi rivestiti, dove la loro composizione chimica influenza fortemente la stabilità dell'arco elettrico, la profondità di penetrazione, la deposizione del materiale, la purezza del bagno, cioè i campi di applicazione degli stessi. Considerando il tipo di rivestimento, le principali tipologie di elettrodi sono:

* elettrodi con rivestimento acido

I rivestimenti di questi elettrodi sono costituiti da ossidi di ferro, ferroleghe di manganese e silicio.

Garantiscono una buona stabilità dell'arco che li rende idonei sia per la corrente alternata (AC) che per la corrente continua (DC). Hanno un bagno molto fluido che non permette saldature in posizione;

inoltre non hanno un grosso potere di pulizia sul materiale base e questo può essere causa di cricche. Non sopportano elevate temperature di essiccazione, con conseguente rischio di umidità residua e quindi di inclusioni di idrogeno nella saldatura

* elettrodi con rivestimento al rutilo

Il rivestimento di questo elettrodo è composto essenzialmente da un minerale chiamato rutilo.

Quest'ultimo è costituito dal 95% di biossido di titanio, un composto molto stabile che garantisce una ottima stabilità dell'arco ed una elevata fluidità del bagno, con un apprezzabile effetto estetico sulla saldatura. Il compito del rivestimento rutilo è comunque quello di garantire una fusione dolce, di facile realizzo, facilitando la formazione di una scoria abbondante e vischiosa che permette una buona scorrevolezza nella saldatura soprattutto in posizione piana. In tal caso il cordone si presenta

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pulitori e quindi sono consigliati dove il materiale base non contiene molte impurità; non sono inoltre ben essicabili e quindi sviluppano molto idrogeno nella saldatura. In alcune applicazioni viene abbinato al rutilio un altro componente tipico di altri rivestimenti, come la cellulosa (elettrodi rutilcellulosici) o la fluorite (elettrodi rutilbasici). Lo scopo è solitamente ottenere un elettrodo con arco stabile ma con caratteristiche di saldatura maggiormente performanti.

La stabilità dell'arco è una prerogativa che rende possibile l'impiego di questo elettrodo sia con corrente alternata (AC) sia con corrente continua (DC) in polarità diretta. È usato soprattutto su spessori ridotti.

* elettrodi con rivestimento cellulosico

Il rivestimento di questi elettrodi è costituito prevalentemente da cellulosa integrata da ferroleghe (magnesio e silicio). Il rivestimento gassifica quasi completamente, permettendo quindi la saldatura anche in posizione verticale discendente, cosa che non è permessa con altri tipi di elettrodo; l'elevata gassificazione della cellulosa riduce la quantità di scorie presenti nella saldatura. L'elevato sviluppo di idrogeno (derivante dalla particolare composizione chimica del rivestimento) fa sì che il bagno di saldatura sia "caldo", con la fusione di una notevole quantità di materiale base; si ottengono così saldature che penetrano in profondità, con poche scorie nel bagno.

Le caratteristiche meccaniche della saldatura sono ottime; il livello estetico è abbastanza basso in quanto la quasi totale assenza della protezione liquida offerta dal rivestimento impedisce una modellazione del bagno durante la solidificazione.

La corrente di saldatura, data la scarsa stabilità dell'arco, è solitamente in corrente continua (DC) a polarità inversa.

* elettrodi con rivestimento basico

Il rivestimento degli elettrodi basici è costituito da ossidi di ferro, ferroleghe e soprattutto da carbonati di calcio e magnesio ai quali, aggiungendo il fluoruro di calcio, si ottiene la fluorite ossia un minerale atto a facilitare la fusione. Hanno una elevata capacità di depurazione del materiale base, per cui si ottengono saldature di qualità e con notevole robustezza meccanica. Inoltre questi elettrodi sopportano elevate temperature di essiccazione, quindi non contaminano il bagno con l'idrogeno.

La fluorite rende l'arco molto instabile: il bagno è meno fluido, si hanno frequenti cortocircuiti dovuti ad un trasferimento del materiale d'apporto a grosse gocce; l'arco deve essere tenuto molto corto per la scarsa volatilità del rivestimento stesso; tutte queste caratteristiche richiedono una buona esperienza da parte del saldatore. Hanno una scoria dura e difficile da togliere, e deve essere completamente rimossa in caso di ripassate. Questi elettrodi si prestano per realizzare saldature in posizione, verticali, sopratesta, ecc.

Per quanto concerne la corrente da impiegare è consigliabile l'impiego di generatori in corrente continua (DC) in polarità inversa. Gli elettrodi basici si distinguono per l'elevatissima quantità di materiale depositato e si adattano notevolmente alla saldatura di giunti di grossi spessori. Sono fortemente igroscopici ed è consigliato mantenere tali elettrodi in ambienti asciutti e in scatole ben chiuse; se ciò non fosse possibile è consigliabile procedere con una nuova essiccazione dell'elettrodo prima dell'utilizzo.

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Caratteristiche dei vari tipi di elettrodi

TIPO VANTAGGI SVANTAGGI APPLICAZIONI

acido  basso costo

 arco stabile

 corrente AC e DC

 scoria facilmente removibile

 elevata disossidazione

 facilmente conservabili

 bagno fluido

 scarso effetto di pulizia

 elevato apporto di idrogeno

 scoria non refusibile

 saldature in orizzontale

 acciai a basso tenore di carbonio e con scarsa presenza di impurità

 saldature economiche e con caratteristiche meccaniche sufficienti (buona robustezza ma rischio di cricche)

rutile  basso costo

 arco stabile

 facile innesco

 corrente AC e DC

 cordone esteticamente migliore

 facilmente conservabili

 bagno fluido

 scarso effetto di pulizia

 elevato apporto di idrogeno

 saldature in orizzontale

 saldature in verticale e ad angolo per piccoli spessori

 acciai a basso tenore di carbonio e con scarsa presenza di impurità

 saldature esteticamente buone ma caratteristiche meccaniche sufficienti (buona robustezza ma rischio di cricche)

cellulosico  elevata penetrazione

 elevata

maneggevolezza

 scoria ridotta

 sono necessari generatori DC con elevata tensione a vuoto

 cordone irregolare

 elevato apporto di idrogeno

 saldature in tutte le posizioni, inclusa la verticale discendente

 tubi o dovunque non sia possibile la ripresa a rovescio

 saldature in cui l'accesso dell'elettrodo risulta critico

 acciai a basso tenore di carbonio e con scarsa presenza di impurità

basico  ottima pulizia del materiale

 apporto di idrogeno molto ridotto

 bagno freddo

 arco poco stabile

 scoria non refusibile e di difficile rimozione

 arco corto e poco lavorabile

 innesco difficile

 generatori DC

 di difficile conservazione

 saldature in tutte le posizioni, anche per grossi spessori

 elevate velocità di deposito

 saldature di elevate qualità meccaniche, anche con materiali contenenti impuri

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VALORI MEDI DELLA CORRENTE DI SALDATURA (A)

Diametro elettrodo (mm) 1,60 2,00 2,50 3,25 4,00 5,00 6,00

Elettrodo acido - - - 100-150 120-190 170-270 240-380

Elettrodo rutile 30-55 40-70 50-100 80-130 120-170 150-250 220-370

Elettrodo cellulosico 20-45 30-60 40-80 70-120 100-150 140-230 200-300

Elettrodo basico 50-75 60-100 70-120 110-150 140-200 190-260 250-320

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TIPOLOGIE DI SALDATRICE:

STATICHE

Solo un trasformatore per abbassare la tensione di alimentazione da 220 V a circa 80 Volt ma aumenterà il valore dell’intensità di corrente, in movimento solo una ventola di raffreddamento, corrente dell’arco voltaico può essere in CC continua o alternata.

DINAMICA

Un organo in rotazione motore elettrico che metti in funzione un generatore per la corrente dell’arco che potrà essere CC continua o alternata.

TRASFORMATORE

Il trasformatore elettrico, esattamente come indica il nome, è una macchina statica in grado di trasformare la corrente in entrata variandone tensione e intensità, senza però alterarne la potenza elettrica.

Il trasformatore elettrico è generalmente composto da tra tre elementi principali:

1. Il circuito di entrata 2. Il circuito di uscita

3. Un nucleo centrale ferromagnetico, chiamato Generatore

I circuiti elettrici di entrata e di uscita sono isolati fra loro, e hanno la caratteristica di essere reversibili:

questo significa che sono potenzialmente invertibili, ovvero il circuito di entrata può diventare quello di uscita e viceversa.

Il circuito in entrata riceve l'energia elettrica, che viene in seguito trasformata ed erogata dal circuito in uscita, funzionando sia come amplificatore sia come riduttore di energia.

Questi due circuiti si avvolgono attorno a un nucleo ferromagnetico composto da lamiere isolate, il cuore del trasformatore.

Il trasformatore elettrico funziona collegando semplicemente il circuito di entrata direttamente alla rete di alimentazione elettrica; a questo punto la corrente elettrica passerà attraverso il generatore, che grazie al campo magnetico indotto spingerà la corrente attraverso il circuito in uscita.

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Un inverter (termine della lingua inglese traducibile in italiano come invertitore), in elettronica, è un apparato elettronico di ingresso/uscita in grado di convertire una corrente continua in ingresso in una corrente alternata in uscita e di variarne i parametri di ampiezza e frequenza. Esso è funzionalmente il dispositivo antitetico rispetto a un raddrizzatore di corrente.

Applicazioni ed utilizzo

Le applicazioni sono molteplici:

nei gruppi di continuità convertono la tensione fornita dalla batteria in corrente alternata

nella trasmissione di energia elettrica convertono l'energia in corrente continua trasferita in alcuni elettrodotti per essere immessa nella rete in corrente alternata

nell'utilizzo di pannelli fotovoltaici, consente di trasformare la tensione continua in tensione alternata da poter utilizzare in ambito domestico o immettere sulla rete di distribuzione

Per realizzare un'alimentazione switching, per la trasformazione in corrente continua, con notevoli vantaggi in termini di efficienza, di ingombro e di peso

In campo aerospaziale sono utilizzati per fornire agli apparati avionici degli aeromobili una corrente alternata altamente stabile anche se fornita da batterie (in caso di avaria elettrica)

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GENERATORE DI CORRENTE

Il generatore di corrente ha il compito di alimentare l'arco elettrico, presente tra il materiale base e l'elettrodo, attraverso la fuoriuscita di una quantità di corrente sufficiente a mantenerlo acceso. La saldatura ad elettrodo si basa sul principio della corrente costante, cioè la corrente erogata dal generatore non deve cambiare quando l'operatore muove l'elettrodo rispetto al pezzo. La caratteristica costruttiva della sorgente è quindi tale da mantenere invariata la corrente in presenza di variazioni della lunghezza dell'arco dovute all'avvicinamento o allontanamento dell'elettrodo:

quanto più costante risulta la corrente, tanto più stabile si presenta l'arco, facilitando quindi il lavoro dell'operatore. Al proprio interno è presente generalmente un dispositivo di regolazione della corrente di saldatura, di tipo meccanico (shunt magnetico o reattanza saturabile) od elettronico (sistemi a SCR oppure sistemi ad inverter). E' questa distinzione che permette di classificare le saldatrici ad elettrodo in tre famiglie, funzione della loro tecnologia costruttiva: saldatrici elettromeccaniche, saldatrici elettroniche (ad SCR), saldatrici ad inverter.

La polarità della corrente di uscita del generatore identifica altre due categorie di appartenenza:

GENERATORE IN CORRENTE ALTERNATA AC (ALTERNATING CURRENT)

La corrente di uscita del generatore assume la forma di una onda sinusoidale, che cambia la sua polarità ad intervalli regolari, con frequenza di 50 o 60 cicli al secondo (Hertz). Essa è ottenuta mediante un trasformatore, che consente di convertire la corrente di rete in una adatta corrente di saldatura. È propria delle saldatrici elettromeccaniche.

GENERATORE IN CORRENTE CONTINUA DC (DIRECT CURRENT)

La corrente in uscita dal generatore presenta una forma d'onda continua, ottenuta tramite un dispositivo, il raddrizzatore, posto a valle del trasformatore, che consente la conversione della corrente da alternata a continua. Questa uscita è tipica dei generatori ad SCR e ad inverter.

Nell'ipotesi in cui il circuito di saldatura sia costituito da un generatore di corrente continua (DC), può essere introdotta una ulteriore classificazione in funzione della modalità di connessione dei poli della sorgente di saldatura al materiale da saldare:

Corrente continua con collegamento in polarità diretta

Il collegamento in polarità diretta si verifica connettendo il cavo di pinza (con pinza porta elettrodo) al polo negativo (-) della sorgente di saldatura e il cavo di massa (con pinza di massa) al polo positivo (+) della sorgente. L'arco elettrico concentra il calore prodotto sul pezzo favorendone la fusione. In tal modo l'anima dell'elettrodo fondendo si deposita e penetra nel giunto da saldare.

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Il collegamento in polarità inversa si verifica connettendo il cavo di pinza (con pinza porta elettrodo) al polo positivo (+) della sorgente di saldatura e il cavo di massa (con pinza di massa) al polo negativo (-) della sorgente. Il calore dell'arco elettrico si concentra maggiormente sull'estremità dell'elettrodo. Ogni tipo di elettrodo richiede uno specifico andamento di corrente (AC o DC) e nel caso del DC una specifica polarità: la scelta dell'elettrodo è quindi condizionata anche dalla tipologia del generatore utilizzato. Un utilizzo errato comporta problemi nella stabilità dell'arco e di conseguenza nella qualità della saldatura.

FLUSSO DI ELETTRONI NELLA POLARITA’ INVERSA E’ DAL PEZZO VERO L’ELETRODO

PINZA PORTA ELETTRODO

La pinza porta elettrodo ha la funzione primaria di supportare l'elettrodo garantendo un buon contatto elettrico per il passaggio della corrente; inoltre deve garantire un sufficiente isolamento elettrico nei riguardi del saldatore.

ELETTRODO RIVESTITO

L'elettrodo rivestito è composto da un'anima e da un rivestimento i quali hanno compiti diversi ma complementari: l'anima funge principalmente da conduttrice di corrente per l'alimentazione dell'arco e da apporto del materiale per il riempimento del giunto mentre il rivestimento ha la funzione primaria di proteggere il bagno di fusione e stabilizzare l'arco.

PINZA DI MASSA E CAVI

Il morsetto di massa è un dispositivo che assicura, tramite il cavo di massa, la richiusura del collegamento elettrico tra la sorgente di saldatura e il pezzo da saldare. Il cavo di pinza consente il collegamento tra la pinza portaelettrodo ed il generatore.

Il trasferimento dell’elettrodo metallico rivestito

VERSO DI SALDATURA DA DESTRA VERSO SINISTRA, INCLINAZIONE ELETTRODO FRA I 60°-70° CIRCA.

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ABBIAMO SEMPRE CORRENTE CONTINUA SULLA TORCIA

RIEPILOGO

PUNTI DEBOLI:

 ELETTRODI CORTI

 CONSERVAZIONE DELLE CARATTERISTICHE TECNOLOGICHE DEGLI ELETTRODI

 E’ NECESSARIO SEMPRE RIMUOVERE IL PRECEDENTE STRATO DI SCORIA PRIMA DI POTER PROCEDERE A UNA NUOVA SALDATURA SULLO STESSO CORDONE

 L’OPERAZIONE CREA FUMI NOCIVI CHE DEVONO ESSERE RIMOSSI IL PRIMA POSSIBILE PER NON ESSERE INALATI

A FAVORE:

 E’ LA TECNOLOGIA DI SALDATURA PIU’ ACCESSIBILE

 PORTABILITA’, SOPRATTUTTO LE MACCHINE DI ULTIMA GENERAZIONE AD INVERTER, SONO MOLTO PICCOLE E LEGGERE DA TRASPORTARE.

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