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Messaggioda Aldebaran » 09/04/2010, 11:53

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Questa particolare e, soprattutto, interessante problematica di saldatura si è sviluppata non solo nella
saldatura di fili e trecciole, ma sta fornendo interessanti applicazioni nella saldatura a punti di fili isolati
senza asportazione preventiva dell’isolamento.
Principi generali
La saldatura di fili isolati fra di loro o con elementi di raccordo o supporto, è molto utilizzata nella
produzione di componenti per apparecchiature elettriche; effettuarla con l’aiuto della saldatura a
resistenza, richiede, imperativamente, che lo strato isolante venga eliminato in qualche modo (meccanico,
chimico, termico) onde permettere il passaggio della corrente di saldatura e quindi la fusione del filo sul
supporto.
Sia l’asportazione meccanica del rivestimento (es. con mole o sabbiatura) sia l’asportazione chimica (es.
con solventi) comportano, tuttavia, un allungamento del tempo di lavorazione, creano difficoltà per
effettuare quest’asportazione, oltre ad un rischio di intaccare la superficie del filo riducendone la sezione.
Si sono quindi cercate soluzioni che permettessero di eliminare l’isolamento e procedere alla saldatura
nello stesso istante, in modo da poter presentare vantaggi risolutivi, particolarmente, quando la
produzione richiede procedure veloci eseguite con sistemi automatici.
I vari procedimenti, messi a punto ed applicati con risultati soddisfacenti, hanno lo scopo di eliminare tutta
la coltre isolante sulla circonferenza del filo, ovviamente su una lunghezza limitata ed, in particolare modo,
in un brevissimo tempo prima del passaggio della corrente di saldatura.
Prima di procedere allo studio dei vari metodi è bene esaminare brevemente i materiali che dovranno
essere impiegati e trattati.
§ Materiali trattati e loro dimensioni
La necessità di collegare conduttori isolati fra di loro o con elementi di raccordo, ottenendo una buona
resistenza meccanica e mantenendo l'ottima conducibilità elettrica e resistenza termica, si ha soprattutto
nella produzione di bobine di ogni tipo (bobine per relè, trasformatori, indotti motori, statori, ecc.) dove è
necessario fissare i capi del filo utilizzato per la bobinatura ,con i relativi terminali e connessioni.
In genere, i materiali da congiungere fra di loro, sono buoni conduttori, come rame, ottone, bronzo o
nickel.
1) Fili
Di regola sono in rame (Cu), ed il loro diametro varia da 0,04 a 1,2 mm.
Nella misura in cui i fili degli avvolgimenti devono essere saldati fra di loro o sugli elementi di raccordo,
anch’essi in rame, è opportuno utilizzare rame disossidato (ECu). I fili isolati in leghe adatte per
semiconduttori, tipo in nichelcromo (Ni/Cr), ferro-cromato (Fe/Cr) ed alluminio (Al), si possono saldare solo
in casi eccezionali
Per la saldatura a resistenza si possono utilizzare dei fili con isolamenti ottenuti con smalti "saldabili"
(poliuretano) od isolamenti che possono essere sciolti con il riscaldamento provocato dalla saldatura .
E’ molto più difficile la saldatura quando ci si trova di fronte ad isolamenti non saldabili, vernici a doppia
immersione o vernici speciali, formate da materiali isolanti che sottoposti al calore di fusione creano scorie
carbonizzate o incrostanti il punto di giunzione.
Effettuare un primo test d’infiammabilità, può essere molto interessante per scoprire immediatamente la
reale fattibilità dell’operazione.
Sono sicuramente da scartare gli strati isolanti resistenti ad alte temperature (PTFE, Kaptom), gli
avvolgimenti in fibre naturali (cotone), le ricoperture completamente isolanti in PVC o gomma.
Ovviamente in questi casi è necessario eliminare l'isolamento con mezzi meccanici o chimici ed in seguito
operare con il metodo tradizionale.
2) Elementi di raccordo
Per elementi di raccordo, si intendono quelle parti che possono fornire ai fili sia un punto di appoggio, sia
un punto di collegamento e contatto con altri componenti come: interruttori, faston, zoccolature ecc.
L'elemento di raccordo deve quindi essere adattato al "partner" e al procedimento di giunzione dal punto
di vista del materiale, del trattamento superficiale, e delle dimensioni e forme.
Per saldare fili in Ecu sono adatti componenti in bronzo e ottone, in certi casi è possibile utilizzare elementi
di raccordo anche di ECu o acciaio non legato.
Lo spessore del raccordo può quindi essere scelto, per fili sottili (es. Æ 0,4 mm) da 0,3 a 0,5 mm, e per fili
con diametro maggiore, fino a 0,8 a 1 mm di spessore.
Una stagnatura della superficie del supporto , che può andare da 5 - 20 μm, è in ogni caso vantaggiosa
anche se, può creare difficoltà dal punto di vista pulizia della superficie di contatto elettrodi (deposito di
stagno).
Il luogo dove eseguire il punto di saldatura, deve essere facilmente agibile per semplificare il passaggio
delle punte degli elettrodi.
3) Elettrodi
Come indicato nella prima parte di questo studio, gli elettrodi utilizzati a contatto con il rame, sono
generalmente in materiale refrattario, ossia Tungsteno (W) o Molibdeno (Mo), od eventualmente, in leghe
contenenti anche percentuali di Rame (Cu), mentre gli elettrodi utilizzati a contatto con supporti in Ottone,
Bronzo, Nickel, Ferro ramato, ed altri sono, in generale, in lega di Rame con aggiunte di Cromo, Zirconio,
Berillio, Cobalto, al fine di aumentarne la durezza all'usura, mantenendo la relativa conducibilità elettrica
molto vicina, come valore, al Rame.
Fra il Tungsteno ed il Molibdeno, la scelta è basata unicamente sulle differenze di durezza che i due
materiali presentano. In effetti, essendo simile la loro resistenza elettrica, la scelta è dovuta al fatto che il
Molibdeno è lavorabile meccanicamente con utensili di normale, utilizzo (torni, fresatrici, trapani ecc.)
mentre il Tungsteno può essere solo lavorato con rettificatrici.
4) Procedimenti
In pratica si utilizzano 5 procedimenti:
1. L'elemento di raccordo o di supporto da collegare deve avere una forma che permette l'inserimento del
filo isolato, in una posizione ininfluente al passaggio della corrente di saldatura.
2.L'elemento di raccordo o di supporto deve avere una forma che permette l’inglobamento a caldo (Hot
Stacking) del filo isolato, racchiudendolo in una parte fusa dell'elemento di raccordo
3.Il filo isolato viene messo a contatto con elettrodi preriscaldati per mezzo di impulsi di corrente (Termod)
o con un sistema ad induzione, in modo da fondere l’isolamento
4.Con forme particolari d’elettrodi che superino l’isolamento.

5.Con asportazione meccanica della superficie isolata.
Questo sistema viene qui citato in quando utilizzato nei casi di fili con Æ superiori ad 1,2 mm. o con
isolamento non asportabile con il calore.
Con fili di diametro inferiore questo procedimento presenta tempi di realizzazione antieconomici.
Dopo aver proceduto all’asportazione dell’isolamento, il filo è messo a contatto con l’elemento di supporto,
per mezzo dell'elettrodo superiore della puntatrice, quindi la saldatura può essere effettuata come nella
normale puntatura di componenti puliti.
I due particolari vengono pressati fra di loro con una forza predeterminata e la corrente di saldatura può
passare con una intensità e tempo preimpostati con un corretto e preciso settaggio della macchina.
Qui di seguito, vengono riportati alcuni esempi di conformazioni particolari adatte alla risoluzione di
problematiche relative alla saldatura di fili isolati.
1.1 Puntatura con supporto provvisto di un gancio
Questo metodo è molto adatto all’automazione del processo ma, la zona di saldatura deve essere agibile
da due lati.
Sull’elemento di raccordo viene creato, in genere al momento della formatura dell’elemento, un gancio che
in seguito verrà ripiegato a forma di U. Nell’occhiello così formato viene inserita l’estremità del filo,
che, qualora presentasse le caratteristiche di un filo terminale, dovrà essere avvolto su se stesso per
ottenerne il bloccaggio durante la movimentazione del particolare.
Gli elettrodi sono ovviamente sistemati in modo da racchiudere il filo isolato fra le due parti del raccordo.
La corrente di saldatura passerà fra queste due parti (in pratica in corto circuito). Il calore creato servirà,
durante il primo impulso, a fondere ed eliminare l'isolamento del filo e, con il secondo impulso, a chiudere e compattare tutto il giunto.
Il procedimento è adatto per una vasta gamma d'utilizzazioni, come ad esempio: bobine per relè, piccoli
trasformatori, ecc.
La potenza della macchina da utilizzare sarà determinata dal diametro dei fili e dallo spessore del
supporto su cui detti fili dovranno essere congiunti. In tutti i casi si consiglia l'utilizzo di una
apparecchiatura di comando e controllo sulla puntatrice, che permetta la saldatura con 2 impulsi di
potenza differenziata.
In questo caso, gli elettrodi non toccano direttamente il filo, e la regolazione della macchina, deve essere
proporzionale allo spessore ed al tipo di materiale con cui è formato il supporto, passando in secondo
ordine, il diametro del filo. Normalmente l’elettrodo superiore è costituito da un inserto di materiale
refrattario, Tungsteno (W) al fine di ridurre al minimo le fermate di produzione per la ravvivatura della
punta.
Utilizzando macchine di saldatura ad azionamento pneumatico, è possibile inserire la stazione di saldatura
sul complessivo della macchina bobinatrice, in modo da poter effettuare le due operazioni
automaticamente, risparmiando il tempo di gestione e spostamento dei particolari da bobinatrice a
saldatrice.
1.2 Compattatura a caldo su collettore dotato di gancio.
La zona di saldatura è agibile da un solo lato .
In questa configurazione si opera con una testina in "doppio punto" con discesa verticale e
contemporanea dei 2 elettrodi
In questo caso è corretto utilizzare un elettrodo
in rame/cromo per ottenere il contatto di
“massa”, mentre per l’elettrodo a contatto con
il gancio, si usa un inserto in Tungsteno, sia
per ottenere una lunga durata del profilo della
punta, ma anche per aumentare la resistenza.
1.3 Puntatura con supporto a fessura
La zona di saldatura è agibile da due lati.
L’estremità del filo viene inserita in una fessura o tacca, ottenuta per fresatura o stampaggio, sul corpo del
supporto. Sotto la pressione degli elettrodi e con il passaggio della corrente, i bordi della fessura saranno
pressati insieme racchiudendo il filo .
Il supporto, in genere ottone, deve avere uno spessore congruo (da 0,5 a 0,8 mm) e avere,
preferibilmente, una superficie stagnata.
Lo stesso tipo di giunzione può essere effettuato anche con componenti in acciaio e rame ma, in questo
caso, la fessura deve essere più larga di qualche centimetro e più profonda rispetto allo spessore del filo
Come precedentemente accennato, l’estremità del filo viene dapprima avvolta con alcuni giri intorno al
raccordo (per evitarne lo svolgimento) e, quindi, inserita nella tacca.
Al momento della saldatura, le pareti della fessura si fondono, l’isolamento evapora ed il filo viene
inglobato nel materiale di base.
Secondo la cadenza di produzione, il procedimento può essere eseguito su una piccola macchina con
comando a pedale, sulla quale si ottiene un punto ogni discesa della testa, oppure su macchine
automatiche o semiautomatiche dove, se necessario, con una doppia testa si possono ottenere due
giunzioni contemporanee.
Con tali metodi è possibile ottenere cadenze fino a 1000 - 3000 giunzioni/h.
1.4 Compattatura a caldo su collettore a fessura
La zona di saldatura è agibile da un solo lato
Sulla testina a "doppio punto" l’elettrodo di contatto o di “massa” è in lega di rame-cromo ed è situato
vicino all’elettrodo di saldatura, che normalmente ha un inserto in tungsteno (W).
Sul collettore è stata creata una fessura in cui sono inserite le estremità del filo dell'avvolgimento.
Qualora fosse necessario evitare la fuoriuscita dei fili durante le operazioni di manipolazioni, il bordo della
fessura può essere leggermente serrato meccanicamente.
Le procedure 1.2 e 1.4 sono usate nella produzione in serie di piccoli motori su impianti di saldatura
meccanizzati o automatici.
Nella fabbricazione dei collettori sia di forma “ a gancio” che “ a fessura”, l’utilizzo di elettrodi di
compattatura in tungsteno ha consigliato l’uso di controlli di saldatura che possano lavorare con un
“feedback” in Energia Costante e con programmi di saldatura istantaneamente applicabili, se necessario,
su ciascuna fase di compattatura dello stesso rotore.
In effetti, l’utilizzo d’elettrodi in materiale refrattario
(W o Mo) produce una sensibile variazione della
resistenza di contatto, mano a mano, che il
Tungsteno o Molibdeno si scaldano.
Ecco il motivo per cui, nell’esempio in fig. 62 vengono indicati 2 valori di calore: CALORE 1 per i primi tre
inglobamenti e CALORE 2 per i successivi, essendo ormai, entrato in temperatura l’elettrodo in materiale
refrattario.
I sensori di voltaggio permettono al feedback del controllo di procedere al mantenimento costante
dell’energia ( W = A x I) che si ritiene valida per il raggiungimento della migliore qualità.
1.5 Puntatura con elemento aggiuntivo tubolare
Questo metodo è utilizzato principalmente per la giunzione fra di loro di fili oppure quando non sia
possibile utilizzare i metodi in cui si prevede il “ gancio” o la “ fessura”. La soluzione è di avvalersi di un
elemento aggiuntivo che faccia da crogiolo alla fusione degli isolamenti e, conseguentemente, permetta la
giunzione di due fili isolati.
La zona di saldatura deve essere agibile da due lati.
I fili isolati da congiungere vengono inseriti in un elemento aggiuntivo a forma di manicotto metallico (ad
es. sezioni di tubo) .
Per questa si possono anche utilizzare dei rivetti cavi o dei capocorda.La saldatura avviene come nella normale puntatura.
L’elemento aggiuntivo viene inserito fra i due elettrodi ed il calore eliminerà l'isolamento dei fili,
permettendo il loro congiungimento all’interno del manicotto fuso.Questo procedimento è particolarmente usato per
collegamenti su bobine magnetiche, testine di
registrazione, avvolgimenti di statore, trasmettitori.
1.6 Puntatura con elemento aggiuntivo aperto
Nell’impossibilità di utilizzare manicotti di collegamento, causa l’impossibilità d’avere terminali di filo liberi,
l’elemento aggiuntivo utilizzato è aperto su di un lato. Può essere realizzato come elemento da
stampaggio oppure ci si può servire di sezioni di nastro.
In questo modo è possibile eseguire la giunzione anche operando su bobinatrici automatiche, per
collegare le estremità delle bobine di statore.
La fascetta può essere in Cu stagnato o acciaio
ramato. Il procedimento è del tutto simile a quello
illustrato al punto 1.5.
1.7 Puntatura a doppio impulso- sistema "Termod"
E’ il primo caso di saldatura di fili isolati su supporto, senza inglobamento del filo La zona di saldatura è agibile da due lati.
Sull’elettrodo a contatto con il filo isolato, si trova un secondo elettrodo, anche esso collegato
elettricamente con la parte inferiore del supporto.
In questo modo, si viene ad avere un elettrodo superiore alimentato da una delle due fasi del
trasformatore di saldatura, mentre l'altra fase verrà portata al secondo elettrodo superiore e,
contemporaneamente anche all'elettrodo inferiore. Con il primo impulso di corrente, che attraverserà i due
elettrodi superiori, si otterrà il riscaldamento della punta superiore. Al raggiungimento di un’adeguata
temperatura, l’isolamento sulla superficie del filo fonde e, a causa della trasmissione termica nel filo,
anche nel lato inferiore si libererà dell'isolamento.
Adesso la resistenza di contatto nel punto di saldatura è molto inferiore di quella del circuito secondario e,
pertanto, la corrente di saldatura sarà portata a scorrere attraverso il circuito – elettrodo superiore ed
elettrodo inferiore – e quindi attraverso i particolari per operare la saldatura.
E’ molto importante poter effettuare con il controllo, due impulsi consecutivi, di diversa intensità di corrente
e di tempo; il primo impulso deve essere appena sufficiente per eliminare l’isolamento dalla sezione di filo
dove si vuole effettuare la saldatura, il secondo impulso di corrente, dovrà fornire il calore necessario per
saldare fra di loro i materiali di base.
Il procedimento è adatto per fili di vari diametri come ad es. bobine, relè, piccoli motori, interruttori,
trasformatori ecc.
Si possono saldare fili ECu da 0,2 a 1,2 mm di diametro
1.8 Puntatura con elettrodo “ congiunto “
E’ una variazione al punto 1.7 per utilizzare questa tecnologia sui punti accessibili da un solo lato, ad
esempio saldatura di fili su piastre conduttrici.
E’ comunque utilizzabile sui punti accessibili dai due lati.
L’elettrodo che tocca il filo viene sezionato al centro, nel senso della lunghezza, e fra le due parti viene
inserita una lamina di materiale isolante. All’estremità inferiore, in pratica quella che sarà a contatto con il
filo da saldare, sarà inserita una pastiglia di materiale refrattario (W o Mo).
Alle due sezioni dell’elettrodo è collegato il circuito di erogazione della corrente di saldatura. Se si agisce
con la tecnica del doppio punto, accanto all’elettrodo di saldatura verrà applicato un secondo elettrodo di
contatto, che tocca la superficie di saldatura.
Se si agisce con la tecnica standard, il secondo elettrodo si troverà nella parte inferiore del giunto.
In entrambi i casi, il secondo elettrodo sarà collegato ad una delle due fasi del circuito di corrente, tramite
un teleruttore di potenza.
Con questa applicazione, data la necessità di utilizzare
tempi molto brevi, diventa indispensabile, lavorare in
corrente continua con la tecnica dell’Inverter
Con il primo impulso di corrente da 2 a 3 ms. la pastiglia di materiale sinterizzato viene riscaldata a
1000°C. Il suo calore si trasmette immediatamente al filo ottenendo la fusione dell’isolamento. A quel
momento il filo nudo, si trova a contatto con il supporto, in condizione da essere immediatamente saldato:
Con l’azionamento del teleruttore di potenza, si devia il circuito di corrente, portando la seconda fase sulla
superficie del supporto.
Con un secondo impulso da 3 a 4 ms. si ottiene la saldatura desiderata.
Qualora non si volesse utilizzare il teleruttore di potenza, gli stessi risultati potrebbero essere raggiunti con
l’applicazione di due trasformatori: uno per il riscaldamento della pastiglia e l’altro per la saldatura.
1.9 Puntatura con elettrodo scanalato
E’ uno dei metodi eseguibili con attrezzature molto semplici e, in genere per elementi di contatto agibili sui
due lati.
La sua semplicità è, tuttavia, fonte di incostanza di risultati, in quanto necessita di un posizionamento
accurato, nonché di un perfetto profilo dell’elettrodo a contatto del filo
La superficie anteriore dell’elettrodo di saldatura dispone di una scanalatura prismatica, in cui viene
posizionata l’estremità del filo.
La profondità, di questa scanalatura, è tale per cui le punte dell’elettrodo toccano anche la parte superiore
del supporto e questo per poter far passare la corrente all’inizio dell’operazione, quando l’isolamento del filo non permette ancora la fusione dello stesso.
Al momento del passaggio della corrente, come
accennato più sopra, il calore creato con il
contatto delle punte dell’elettrodo e la base del
supporto, scioglie l’isolamento e con un secondo impulso di corrente, si può effettuare la saldatura.
Si usa nella produzione di relè con avvolgimenti molto sottili e maschere stagnate in rame o ottone e,
principalmente, su macchine singole con comando a pedale, per controllare costantemente il
posizionamento del complessivo.
1.10 Puntatura con elettrodo a riscaldamento costante
Con questa tecnologia, si è cercato di ovviare ai vari dispositivi precedentemente illustrati, che avevano lo
scopo di riscaldare il filo isolato per eliminare l’isolamento.
In generale questa tecnologia viene applicata sulle saldature di particolari agibili sui due lati.
L’elettrodo di saldatura è, in pratica, avvolto in un sistema termico. Questo sistema permette di mantenere
costantemente, l’elettrodo, a una temperatura idonea alla fusione dell’isolante, e di conseguenza con un
valore opportunamente regolabile.
In questo caso è necessario creare un circuito di raffreddamento per le restanti parti della macchina, in
modo da evitare un riscaldamento anomalo delle stesse.
Operando in queste condizioni, l’applicazione dell’elettrodo a temperatura, provoca la fusione
dell’isolamento, ed è quindi possibile effettuare il normale ciclo di saldatura.
A causa del tempo richiesto per eliminare l’isolamento, (periodo che dipende dallo spessore e resistenza
termica dei pezzi) è preferibile mettere a contatto l’elettrodo di riscaldamento qualche decimo di secondo,
antecedentemente, all’applicazione dell’effettiva pressione di saldatura.
5 ) Saldatrici e Controlli relativi
Nella saldatura dei fili con isolamento, in genere si devono collegare materiali che per le loro
caratteristiche fisiche (conducibilità elettrica e termica, temperatura di fusione, durezza), per la loro
compatibilità metallurgica (unione di metalli diversi) e per le loro configurazioni dimensionali (breve
distanza della saldatura dal bordo del pezzo da raccordare o di componenti termosensibili), rendono
l’operazione di saldatura molto complessa e di difficile gestione.
Le possibilità di ottenimento di risultati validi e soprattutto affidabili e ripetitivi, richiedono attrezzature
tecnologicamente perfette, capaci di fornire dati certi e costantemente controllati in tempo reale.
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