Alluminio e sue leghe.

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Aldebaran
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Alluminio e sue leghe.

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ALLUMINIO E SUE LEGHE


Caratteristiche fisico-chimiche dell'alluminio

Temperatura di fusione - inizio 658°
Densità a 20° 2,7
Resistenza meccanica ricotto 10 Kg/mm2
incrudito 20 Kg/mm2


L’alluminio è uno dei materiali non ferrosi maggiormente utilizzato e le sue applicazioni sono dovute a tre
importanti caratteristiche o qualità:
1. Basso peso specifico,
2. Alta resistenza alla corrosione
3. Elevata conducibilità elettrica e termica,

La resistenza dell’alluminio agli attacchi di svariati agenti chimici è dovuta alla sua proprietà di formare in
superficie, una leggera ma strettamente unita coltre di ossido che può preservare la superficie da ogni
altra azione chimica. In effetti, l'alluminio si ossida a contatto con l'aria e si ricopre di una sottile pellicola di
allumina, dura e resistente fino a 2000°.
La maggiore resistenza agli agenti chimici la si riscontra nell’alluminio puro, mentre le svariate leghe
ottenute con ingredienti tipo manganese, magnesio, cromo o manganese e silicio, riducono leggermente
questa resistenza, ma nel contempo ne aumentano la resistenza meccanica.
Occorre dire subito che la saldatura a resistenza dell'alluminio e delle sue leghe, presenta delle notevoli
difficoltà e questo è dovuto al fatto che questo materiale possiede:
§ Una conducibilità elettrica eccellente. Infatti se diamo un valore alla conducibilità elettrica del rame
elettrolitico puro uguale a 100, l'alluminio puro al 99,97% presenta un valore del 65% mentre il ferro
non ha che una conducibilità elettrica appena superiore al 17,5%
§ Una ridotta resistenza elettrica di contatto fra le superfici dei pezzi, se “decapati”.
§ Una grande conducibilità termica che rende difficile il riscaldamento localizzato necessario alla
saldatura, anche se il suo punto di fusione( 500 / 750°) e di rammollimento (200° –400°)è nettamente
inferiore quello del ferro ( 1450°).
Le calorie hanno una tendenza a diffondersi nella massa a mano a mano che si producono.
Per ovviare a quest’inconveniente sarà quindi necessario saldare con dei tempi molto brevi e quindi
con delle potenze elevate ed, a questo punto, ricordiamo che la densità approssimativa vista al
pag.1/55 è :
Per l’alluminio puro: K = 4000/4500 A per mm2 per 1 periodo
Per le sue leghe: K = 3000/4000 A per mm2 per 1 periodo
Altre importanti considerazioni sono da farsi:
§ Una superficie d’alluminio lasciata all'aria si ricopre di una pellicola di allumina (Al2O2)
Questa coltre d’ossido si forma molto rapidamente all’inizio, poi in seguito la pellicola già formata
protegge la superficie contro l’ossidazione e quindi questa pellicola aumenta di spessore.
formazione estremamente rapida , obbliga una veloce esecuzione della saldatura immediatamente
dopo l'operazione di decapaggio.
La produzione della pellicola d’Allumina, come detto in precedenza, è un processo che inizia molto
velocemente, per questo motivo, è quasi impossibile saldare su dei particolari perfettamente puliti, in
quanto, dopo poche ore dal decapaggio, si sta già formando la coltre d’allumina, che è infinitamente sottile
e sovente discontinua e che provoca delle variazioni della resistenza di contatto, che in certi casi -
sull’alluminio puro - possono variare con un rapporto da 1 a 20
Occorre quindi scegliere con accuratezza il sistema di decapaggio ma, soprattutto, organizzarsi al fine
di poter eseguire la saldatura sui particolari immediatamente dopo l’operazione di pulizia o, almeno
entro le 48 ore successive. Qualora queste tempistiche non siano possibili, occorre avere cura di
proteggere le superfici decapate con pellicole grasse, e poi “lavarle” prima dell’operazione di
saldatura.
La presenza di tracce d'ossido sulla superficie di contatto degli elettrodi presenta inoltre, l’inconveniente di
permettere alle particelle d’allumina di incollarsi ed accumularsi sulle punte deteriorandole e quindi
rendendo necessario un rifacimento delle superfici dopo poche saldature (20 - 30 massimo). In presenza
di elettrodi fortemente ricoperti dal predetto deposito di metallo, durante il passaggio della corrente, si
potranno notare delle vere e proprie esplosioni con proiezioni di materiale fuso con il grosso rischio di
ritrovarsi con le lamiere perforate da parte a parte e con gli elettrodi completamente rovinati
La saldatura dell’alluminio e delle sue leghe può avvenire solo utilizzando dei materiali puliti. In questo
caso però la resistenza di contatto è molto bassa, il che contribuisce ad aumentare notevolmente la
potenza elettrica richiesta.
Per rimediare a quest’inconveniente, si ha sovente l’abitudine di ridurre lo sforzo di compressione
degli elettrodi. Questa riduzione aumenta la resistenza di contatto e permette di saldare con delle
intensità più deboli
Il metodo, assai generalizzato, presenta tuttavia due gravi inconvenienti:
a)L’incrostazione degli elettrodi aumenta rapidamente quando la pressione diminuisce. Diventa quindi
necessario pulirli molto più frequentemente.
b)Le reazioni elastiche dei pezzi da saldare, rischiano di provocare delle differenze importanti sulla
pressione effettiva e di conseguenza si possono riscontrare delle grosse irregolarità sulla saldatura. Le
forcelle di tolleranza della temperatura necessaria alla saldatura essendo, quindi, molto strette
necessiteranno di un controllo molto preciso della corrente utilizzata, mentre, in certe condizioni, si
può anche notare, una grossa recristallizzazione che denoterà una certa fragilità del giunto.
La resistenza meccanica di certe leghe leggere è ottenuta per incrudimento. La fusione del nocciolo di
saldatura altera le qualità del materiale e le caratteristiche di base dello stesso possono andare perdute.
Si possono notare inoltre delle corrosioni intergranulari nella zona di passaggio corrente che avviluppa il
nocciolo di saldatura.
Le leghe leggere hanno tendenza a subire uno scorrimento plastico quando raggiungono la temperatura
di saldatura. Quando gli elettrodi non riescono a seguire velocemente la riduzione dello spessore che ne
risulta, avverrà un cattivo contatto degli elettrodi sul particolare, perciò si noterà un’usura proibitiva delle
estremità degli elettrodi. E’ quindi necessario per ridurre quest’inconveniente utilizzare solo organi di
pressione a debole inerzia.
SALDATURA A PUNTI
Quando si vuole ottenere ottime saldature e, in special modo, saldature costanti ed affidabili è
indispensabile che le operazioni di saldatura a resistenza dell’alluminio e delle sue leghe siano effettuate
dopo un primo trattamento delle superfici. Ogni tipo di impurità, sia meccanica che chimica, presente sulla
superficie dei materiali da saldare, verrà incorporato nel nocciolo creando inclusioni o porosità di fusione e,
di conseguenza, minando la resistenza del giunto, mentre sulle superfici esterne le impurità s’incolleranno
agli elettrodi, riducendone la durata e, nel contempo rovinando gli aspetti esteriori delle superfici con
tracce eccessive, profondi segni ed infossamenti, ed altre imperfezioni.
I trattamenti superficiali che, in generale vengono consigliati sono:
Sgrassatura
E’ indispensabile affinché la successiva operazione di decapaggio avvenga regolarmente.
Decapaggio
Quest’operazione può essere eseguita seguendo due procedure:
1. Decapaggio meccanico
Effettuato con tela smeriglio. Obbligherà una conseguente asportazione dei residui di polvere abrasiva
poiché, costituendo essi un isolante, possono impedire il regolare passaggio di corrente.
2. Decapaggio chimico
E’ il metodo adottato su tutti i procedimenti di alta produzione.
Esistono differenti formule per il decapaggio chimico, applicabili secondo i risultati che si vogliono
ottenere.
Essiccazione od Asciugatura
Dopo il decapaggio chimico, è indispensabile lavare il materiale con molta acqua ed, in seguito, essiccarlo
rapidamente.
Marcatura
Dato che la saldatura deve essere effettuata entro un tempo che non deve essere superiore ai 3 giorni , è
preferibile marcare la data dell’avvenuto decapaggio.
Ingrassaggio
Se i materiali non possono essere saldati entro i tre giorni, diventa indispensabile proteggere le superfici
decapate con una pellicola di grasso.
In seguito, sarà necessario eliminare detta pellicola immediatamente prima della saldatura.
Se si può affermare che l’operazione di decapaggio delle superfici è una operazione da farsi per tutti i
differenti tipi di leghe leggere, si deve ricordare che gli altri parametri di saldatura dovranno essere
adeguati alla composizione ed allo spessore del materiale che sarà oggetto dell’operazione di saldatura
PARAMETRI DI SALDATURA
Elettrodi

L’intensità di saldatura, si è detto, è veramente importante nella saldatura a punti delle leghe leggere e, di
conseguenza, sono molto importanti gli elettrodi in quanto essi devono sopportare queste intensità che
necessariamente sono molto elevate.
Gli elettrodi ideali per la saldatura devono avere le seguenti proprietà:
Un’elevata conducibilità elettrica e termica
Una buona resistenza alla deformazione
Una bassa tendenza a legarsi con il materiale che deve essere saldato
a) Lega adatta

Prendendo, innanzi tutto, in considerazione il materiale con il quale costruire le punte, i migliori risultati si
sono ottenuti con elettrodi costruiti con rame elettrolitico od argento ma, essendo le proprietà elettriche e
termiche, dei due metalli citati, uguali fra di loro, l’argento non è stato considerato, dato il suo elevato
prezzo.
Il rame, perciò, è considerato il metallo ideale se non si tiene conto che a causa della sua malleabilità e
duttilità, obbliga a ricondizionare le punte, troppo frequentemente.
Con prove pratiche si è, quindi, determinato che la lega migliore che riunisce in concreto i tre attributi
richiesti è la lega Rame-Cadmio.
b) Forma della punta
Si utilizzano, normalmente, due forme di punte:
Punta triconica:
Nella saldatura degli acciai, la punta troncoconica, richiedeva un angolo di 120°, mentre nel caso della
saldatura di leghe leggere è preferibile utilizzare un angolo più ampio: da 140° a 150° e con un raccordo
della faccia attiva al cono di circa 3°. In modo che questo smusso eviti sensibilmente, lo schiacciamento
dell’estremità.La faccia attiva deve essere perfettamente lucida e questa pulizia può essere effettuata sia con lime a taglio molto fine, sia con “carta seppia”.
Punta semisferica .
Questa forma di elettrodo viene generalmente utilizzata nel processo di saldatura che contempla un
tempo di forgiatura. Durante questo tempo la punta arrotondata, che si è ormai raffreddata, penetra nel
materiale saldato e procura un incrudimento del nocciolo di saldatura. Inoltre l’aumento della superficie,
dovuto alla forma semisferica, limita durante l’applicazione della forza di forgiatura, la penetrazione della
stessa nella superficie della lamiera, rendendo l’aspetto della saldatura accettabile sotto al punto di vista
estetico.
Un raggio di curvatura troppo ampio rende inutile l’effetto di incrudimento del punto durante la forgiatura,
un raggio troppo ridotto rende l’azione di penetrazione della punta eccessiva.
La forma ed il diametro della punta si determinano, quindi, in funzione degli spessori e del tipo di lega che
si dovrà saldare.
A. Due materiali simili d’uguale spessore: il profilo della punta ha la stessa geometria. Il nocciolo di
saldatura ha una medesima penetrazione nel materiale.
B. Due materiali dissimili d’uguale spessore: il profilo della punta ha la stessa geometria. Il nocciolo di
saldatura ha una penetrazione disuguale nel materiale.
C. Spessori differenti di materiali simili, con uguale profilo della punta. La penetrazione del nocciolo è
disuguale ed è maggiore nella lamiera più spessa.
D. Spessori differenti di materiali simili. La punta dell’elettrodo è di forma sferica sulla lamiera sottile e
piatta su quella più spessa. La penetrazione del nocciolo è proporzionale sui due spessori.

E. Spessori differenti di materiali simili. La punta dell’elettrodo è di forma sferica sulla lamiera spessa e
piatta su quella più sottile. La penetrazione del nocciolo è disuguale in quanto si sono invertite le
geometrie dell’elettrodo basate sullo spessore della lamiera di contatto.

A. Si presentera' ora una soddisfacente applicazione degli elettrodi ma, nel contempo,si presenta anche
un’eccessiva penetrazione delle punte sulle lamiere e questo, può essere dovuto ad una forza
applicata troppo forte, ad una esagerata quantità di corrente, ad un tempo troppo lungo oppure a una
combinazione dei 3 parametri. Quest’eccessiva penetrazione può, anche, essere causa di espulsioni
di materiale incandescente e di conseguenza ad una ridotta resistenza del punto.
B. Un profilo di punta creato con un raggio troppo ridotto accentua ed aggrava i risultati del punto A
C. I due elettrodi, mal allineati, creeranno profonde incisioni o segni irregolari sulla superficie delle
lamiere.
Da quanto sopra esposto, appaiono evidenti le grosse difficoltà che s’incontrano nella saldatura delle
leghe leggere.

I metodi di saldatura ed i tre parametri fondamentali – Tempo, Intensità di corrente e Forza applicata –
variano, di conseguenza, sia in funzione del tipo di materiale trattato, sia in funzione del sistema di
saldatura che sarà adottato.
Di seguito, cercheremo di dare alcuni esempi di regolazioni al fine di poter fornire una base di
partenza per la ricerca dei parametri idonei al lavoro che si dovrà eseguire.
A.Un’eccessiva penetrazione delle punte sulle lamiere e questo, può essere dovuto ad una forza
applicata troppo forte, ad una esagerata quantità di corrente, ad un tempo troppo lungo oppure a una
combinazione dei 3 parametri. Quest’eccessiva penetrazione può, anche, essere causa di espulsioni
di materiale incandescente e di conseguenza ad una ridotta resistenza del punto.
B. Un profilo di punta creato con un raggio troppo ridotto accentua ed aggrava i risultati del punto A
C. I due elettrodi, mal allineati, creeranno profonde incisioni o segni irregolari sulla superficie delle
lamiere.

Da quanto sopra esposto, appaiono evidenti le grosse difficoltà che s’incontrano nella saldatura delle
leghe leggere.
I metodi di saldatura ed i tre parametri fondamentali – Tempo, Intensità di corrente e Forza applicata –
variano, di conseguenza, sia in funzione del tipo di materiale trattato, sia in funzione del sistema di
saldatura che sarà adottato.
Nelle pagine seguenti, cercheremo di dare alcuni esempi di regolazioni al fine di poter fornire una base di
partenza per la ricerca dei parametri idonei al lavoro che si dovrà eseguire.
1. 1. Saldatura su macchine alimentate in corrente alternata monofase.
E’ possibile saldare l’alluminio e le sue leghe con puntatrici alimentate in corrente alternata monofase.
I tempi di saldatura dovranno essere molto brevi e, dato le alte correnti che saranno necessarie per
l’operazione, è consigliabile utilizzare gli Slope Control, al fine di evitare l’applicazione di queste alte
correnti quando la resistenza di contatto è ancora troppo elevata.
2. Saldatura su macchine alimentate in corrente trifase.
Confrontando le due tabelle di regolazione, è evidente che, gli alti valori di intensità richiesti per
l’ottenimento di punti di ottima qualità, hanno, praticamente, reso sempre meno utilizzabili le saldatrici ad
alimentazione monofase, e questo per l’alta richiesta di corrente sulle linee di alimentazione.
Per ridurre questa alta richiesta di corrente sulla rete di alimentazione, nel passato si sono utilizzate
macchina ad accumulazione di energia e macchine con una batteria di condensatori che alimentano il
trasformatore di saldatura.
I risultati ottenuti non sono stati particolarmente buoni ed, attualmente, la saldatura delle leghe leggere
viene effettuata con macchine ad alimentazione polifase diretta.
La corrente di alimentazione viene inviata direttamente su tre trasformatori monofasi oppure su uno
speciale trasformatore alimentato sul primario in corrente trifase.
La corrente è trasformata sul secondario in monofase, raddrizzata per mezzo di SCR, ed inviata
direttamente sul circuito secondario per l’utilizzo in saldatura.
Teoricamente, l’assorbimento della corrente su ognuna delle 3 fasi è sempre molto importante, ma viene
equilibrato sulle 3 fasi; inoltre , dato che il fattore di potenza di una macchina polifase è molto più alto di
una monofase, i kVA richiesti sono inferiori.
Altra prerogativa del sistema trifase è di poter ottenere un parziale controllo sulla salita della corrente, cosa
che su una macchina monofase può essere effettuata solo con lo SLOPE CONTROL.
3. Saldatura con macchine alimentate in corrente trifase a media frequenza.
Le ultime innovazioni tecnologiche hanno introdotto, nel campo della saldatura a resistenza dell’alluminio,
la tecnologia della Media Frequenza (MFDC).
L’utilizzazione di generatori ad Inverter e dei relativi trasformatori trifasi con elevazione della frequenza da
50 a 1000 Hz, ha permesso di ottenere ulteriori vantaggi nella saldatura delle leghe leggere.
Si è infatti detto che, l’ottima conducibilità elettrica e termica delle leghe leggere richiede l’utilizzazione di
correnti alte, erogate per un tempo molto breve e, se si riesamina la curva di calore ottenibile con un
sistema ad Inverter, si può facilmente comprendere i vantaggi di una tecnologia che può erogare
una corrente molto stabile con una rampa di calore ad andamento costante, calibrata in modo molto
preciso (millisecondi).
SALDATURA A PROIEZIONE
Saldare a proiezione le leghe leggere è sconsigliato in quanto, vista la relativa resistenza meccanica delle
stesse, le bugne ottenute per stampaggio su lamiere in alluminio, sprofonderebbero sotto la spinta della
forza applicata prima del passaggio di corrente.
In casi di assoluta necessità si possono utilizzare proiezioni “piene” ottenute per coniatura. Queste
applicazioni sono, in effetti, molto rare e poco utilizzate.
SALDATURA A RULLI
La saldatura a rulli delle leghe leggere è difficile, ma non impossibile.
Valgono, praticamente, tutte le raccomandazioni fatte per la saldatura a punti.
La ricerca delle nuove regolazioni dovrà essere,
particolarmente indirizzata con la verifica della tenuta stagna del giunto e, di conseguenza, al numero di
saldature da effettuarsi sul cordone di saldatura che si desidera ottenere.
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