Saldatrice

Caratteristiche

La saldatrice è un apparecchio che permette la saldatura, cioè di unire due o più parti in un unico oggetto. In base agli oggetti che devono essere saldati, alla procedura utilizzata, ai principi tecnologici, si riconoscono diversi tipi di saldature e quindi diversi tipi di macchine saldatrici. Chiaramente la saldatura non è avvenuta sempre così come la intendiamo oggi. C’è stata, come per tutto ormai, un’evoluzione che è stata accompagnata dallo sviluppo tecnologico. Questo sviluppo sarà affrontato meglio nel prossimo paragrafo.

La saldatrice è composta da un alimentatore che fornisce ai due elettrodi tra i 40 e i 60 volt. Uno di questi elettrodi non è altro che l’oggetto da saldare, mentre l’altro è una barretta situata in una impugnatura simile a una pinza. Se si portano a contatto i due elettrodi, si attiva un arco che scioglie il metallo della barretta portando così a compimento la saldatura. Ne esistono di diversi tipi, tra cui i principali sono a rulli e a punti. Proprio per il suo fine di unire più parti, deve essere facilmente maneggiabile e perciò gli organi di contatto (come ad esempio le pinze) sono solitamente una mobile e l’altra fissa, così da favorire il lavoro.

Differenti possono anche essere le alimentazioni: continua (caratterizzata quindi da un flusso di corrente elettrica invariabile nel tempo) o alternata (flusso di corrente che può cambiare nel tempo sia nell’intensità che nella direzione). A questa differenza di alimentazione corrisponde una piccola diversità di funzionamento dell’apparecchio: se la saldatrice è a corrente continua e presente una semplice dinamo caratterizzata da una bassa tensione. La piccola caduta interna si rivela adatta per questo particolare tipo di funzionamento. Se invece non ci si serve della corrente continua, ma di quella alternata, la saldatrice è rappresentata da una configurazione statica molto simile a un trasformatore.

Evoluzione della saldatrice

Sebbene possa sembrare un procedimento molto moderno, la saldatura ha le sue origini già diversi secoli fa, nel Medioevo. Per unire parti in ferro infatti, si era soliti usare il fuoco e poi, per ottenere una superficie quanto più possibile omogenea, si utilizzava il martello. Mancava quindi una vera e propria macchina saldatrice che è invece relativamente moderna: soltanto all’inizio e durante il secolo scorso, infatti, questa tecnica si sviluppò enormemente. È interessante notare come nemmeno durante la tanto acclamata rivoluzione industriale vi siano stati cambiamenti.

Comunque sia, nel 1901 iniziò ad utilizzare la saldatura ossiacetilenica, che servendo di un gas, l’acetilene, e ossigeno puro, rendeva possibile la fusione. Venne abbandonata l’azione di martellatura, dato che la temperatura altissima, superiore a quella di fusione del ferro, rendeva il materiale facile da lavorare. Si sviluppò in seguito una nuova tecnica, ad elettrodo non protetto, oggi oramai abbandonato a favore della tecnica a elettrodo rivestito, che utilizzò per primo dei generatori in grado di generare un arco con una potenza tale da fondere il ferro.

È datata al 1925 la saldatura a resistenza, oggi ampiamente utilizzata a livello industriale.Uno dei maggiori sviluppi si deve a uno dei periodi più tristi della storia moderna: la Seconda Guerra Mondiale. Per avere ragione dell’avversario, gli Stati Uniti iniziarono dei lavori di miglioramento della lavorazione a elettrodo rivestito, col fine di avere una quantità molto alta e di alta qualità. Certamente furono raggiunti traguardi notevoli, ma il costo furono milioni di vite.

Nel secondo dopoguerra furono sviluppati dei nuovi sistemi, denominati mig, mag e tig. I primi due permettevano una flessibilità di impiego più alta, mentre l’ultimo permetteva una maggior controllo durante la lavorazione. Un maggiore passo avanti è degli anni settanta, con la tecnologia a laser, in grado di concentrarsi su una singola zona di lavorazione.

Saldatrice a filo Mig e mag

Con queste due sigle si indica un procedimento di saldatura sviluppatosi di anno in anno ampiamente dopo la Seconda Guerra Mondiale. Le ragioni di questo notevole sviluppo sono soprattutto nel continuo abbassamento del costo dei materiali di elettronica, portando vantaggio alle aziende di dimensioni medie o piccole con la creazione di macchinari per la saldatura semi automatiche. Bisogna dire comunque che, sebbene vi sia questa differenzazione di nome, il procedimento di saldatura non differisce molto, ma è dovuto soltanto al tipo di gas utilizzato per la difesa del bagno di saldatura.

Il nome completo per queste due tecniche, così come ci viene presentato dalla terminologia AWS è la stessa, GMAW (Gas Metal Arc Welding, ossia Saldatura ad arco con metallo protetta da gas). Il procedimento, in linea generale, è a filo continuo e la saldatura è resa possibile da un gas che fluisce sul pezzo da saldare. La presenza del filo continuo e del gas garantisce una grande produzione e salvaguarda l’ambiente, dato che non crea scorie. Oltretutto, considerando che i prezzi relativamente bassi per l’acquisto di questi macchinari (si parte addirittura da 900 euro per i modelli più piccoli e semplici, fino a un massimo di 10.000 per quelli più potenti) si capisce facilmente che sono acquisti sicuri e convenienti, sotto ogni punto di vista. Anche questa tecnica presenta comunque sia dei punti deboli, come ad esempio quelli geometrici legati perlopiù a una quantità di calore apportata non consona, quindi o troppo bassa o troppo alta, che possono fornire quantità di calore non adeguate al lavoro.

Le applicazioni di questa tecnologia sono molteplici e può essere usata su numerosissimi materiali, dall’acciaio inossidabile a quello strutturale, fino alle leghe di metalli leggeri, di rame, nickel, titanio. La necessità di utilizzare il gas fa sì che sia meglio utilizzare questa tecnica al chiuso, perché un po’ di vento potrebbe complicare notevolmente il lavoro disperdendo il gas.

Saldatrice a resistenza

Questo tipo di saldatura, denominato RW (Resistance Welding) nella terminologia AWS, è una saldatura a fusione che si serve della resistenza elettrica per riscaldare il materiale. La procedura di saldatura è solitamente divisa in tre parti:

1. si avvicinano gli elettrodi, comunemente di rame, alle superfici che devono essere saldate (che sono per lo più due lame) e vengono pressate in modo tale da comprimere le parti;
2. si libera una quantità di corrente prefissata che viene fatta passare tra gli elettrodi;
3. si allontano dalle superfici i due elettrodi. Le due parti risultano unite da un corpo piccolo e solidificato.

Il passaggio tra la fase 2 e la fase 3 non è assolutamente brusco, ma anzi graduale. Ciò viene fatto per evitare fenomeni di tempra (termine con cui si indica per l’appunto questo fenomeno, il raffreddamento brusco di un materiale). La variazione di temperatura non deve comunque particolarmente colpire, anzi, questo tipo di saldatura pretende cambiamenti di temperatura meno vistosi.

Esistono due diverse tipologie di saldature con questo metodo: la prima, detta a punti, serve soprattutto per unire non più di quattro lastre metalliche. Il funzionamento è il seguente: si usano due elettrodi per bloccare e per far passare l’elettricità tra le lastre e, tramite il calore, avviene la fusione delle lastre. Questo procedimento non si rivela facilmente eseguibile con tutti i materiali: alcuni, infatti, come lo zinco, possono causare alcuni problemi.

La saldatura a cordone, così come quella a punti si serve di due elettrodi. In questo caso però gli elettrodi non sono puntiformi e fissi ma a forma di rotella e ruotano continuamente. Questo tipo di saldatura si rivela necessaria per saldature lunghe e continue. Nonostante questo vantaggio, la saldatura a cordone è ormai poco utilizzata, dopo aver abbandonato uno dei suoi campi di lavoro, la produzione di lattine per bevande.

Saldatrice tig

Questo altro tipo di saldatura (secondo la denominazione più completa: Tungsten Inert Gas, o anche Gas Tungsten Arc Welding) sfrutta un materiale, il tungsteno, e un gas inerte. Costituisce una delle saldature meglio riuscite, in quanto è molto efficace, ma al tempo stesso necessita di un personale molto esperto per riuscire al meglio. La sua nascita si deve alla seconda guerra mondiale quando per migliorare gli aerei, cominciò a essere utilizzata.

Il procedimento avviene tramite un contenitore in cui viene posto l’elettrodo di tungsteno. Attorno a questa torcia scorre il gas di protezione. Spetta poi al tecnico muovere la torcia e, eventualmente, la bacchetta del materiale per portare a termine il lavoro. Il tipo di lavorazione fa sì che sia facilmente utilizzabile per la realizzazione di tubi saldati o per saldare materiali poco spessi, mentre se si tratta di materiali abbastanza spessi (5 o 6 millimetri) questa tecnica di rivela inefficace. Non a caso viene spesso utilizzata solo per dare la “prima mano” alle saldature, per poi procedere con altre tecniche quantitativamente più redditizie.

Dato che si usa il gas è sconsigliato utilizzare questa pratica di lavorazione in un ambiente aperto, al fine di evitare dispersioni con danni sia all’azienda che alla natura. Sono ad ogni modo possibili difficoltà o difetti nella saldatura tig, come ad esempio le infiltrazioni di tungsteno: urti o mancanze di attenzione possono causare la frammentazione dell’elettrodo. Onde evitare questi spiacevoli disguidi è solo necessaria una grande preparazione da parte del saldatore, lavoro per il quale è tra l’altro indispensabile un particolare tipo di attestato.

Altri difetti possono essere mancanza di protezione di gas o porosità, cricche e mancanze di fusione: la prima può essere evitata effettuando le opportune verifiche prima di iniziare la fusione, mentre per il resto sono indispensabili prove accurate per verificare l’effettivo corretto funzionamento del procedimento.

Saldatrice ad elettrodo rivestito

L’ultimo tipo di saldatura qui analizzato viene indicato nella terminologia ufficiale come SMAW – Shielded Metal Arc Welding – vale a dire Saldatura ad arco con metallo protetto e, grazie ai costi contenuti delle apparecchiature e per la molteplicità dei valori di impiego, rappresenta una delle saldature di maggior diffusione. Inoltre a differenza di altre tecniche può essere impiegata senza alcun problema anche all’aperto, senza danni per l’ambiente e problemi logistici, dato che non viene utilizzato nessun tipo di gas.

Il sistema di utilizzo di questa tecnica si è evoluto notevolmente nell’ultimo secolo: tra il XIX e il XX secolo, infatti, si cominciò a far uso di questa pratica ma l’elettrodo non era protetto. Ciò causava una veloce ossidazione e rendeva il lavoro ben poco preciso. Si cominciò quindi a pensare di utilizzare materiali non ossidanti: quindi furono posti prima all’interno dell’elettrodo (molto simile a un tubo) poi all’esterno, facendo da copertura all’elettrodo stesso.

Oggi esistono numerose varianti di elettrodo. Avvicinando l’elettrodo al pezzo da saldare scocca il così detto “arco elettrico” che fonde allo stesso tempo il materiale metallico dell’elettrodo, la protezione e il metallo del pezzo da saldare.

Un problema può essere rappresentato dal fatto che le pinze, lunghe qualche decina di centimetri, vanno sostituite più volte durante il lavoro, causando una notevole perdita di tempo e influendo in modo negativo sulla produttività. Le applicazioni di questa saldatura possono aver luogo anche in ambienti chiusi per la maggior parte dei materiali, esclusi quelli basso fondenti (come ad esempio il Piombo), quelli reattivi con l’ossigeno (ad esempio l’alluminio) ed i metalli rarefatti, come ad esempio il niobio e il tantalio.

Per motivi per lo più economici se ne sconsiglia l’utilizzo per materiali abbastanza spessi o che superino i 35-40 millimetri. Il difetto maggiormente riscontrato è l’inclusione di scoria, dovuto a un errato maneggio dell’elettrodo.