Il Rame è un metallo dall’utilizzo millenario, impiegato fin dalla preistoria e ampiamente presente nelle moderne applicazioni ingegneristiche, quali tubature, fili elettrici e dispositivi tecnologici. Il Rame e le leghe di Rame sono materiali importanti in molte applicazioni per via della buona conducibilità elettrica e termica, la resistenza alla corrosione, all’usura e per l’aspetto estetico distintivo. Saldare il Rame è arduo se non si conoscono le sue proprietà e le fasi chiave del processo.
Proprietà e Applicazioni del Rame
- Eccellente per la creazione di leghe: Nelle applicazioni industriali, il Rame si presta bene all’aggiunta di altri metalli che ne migliorano le prestazioni.
- Proprietà antibatteriche: Il Rame presenta notevoli proprietà antimicrobiche, rendendolo particolarmente utile in settori in cui il controllo dei germi è cruciale, come quello sanitario e alimentare.
- Resistente e duraturo: Il Rame e le sue leghe mostrano una notevole resistenza meccanica, resistendo a crepe, usura e tagli.
Composizione e Tipi di Leghe di Rame
La composizione del Rame puro si attesta intorno al 99,3% minimo. Esistono diverse leghe di Rame, tra cui:
- Leghe ad alto tenore di Rame: come il Rame a lavorazione libera, in cui l’aggiunta di piccole quantità di Zolfo o Tellurio migliora la lavorabilità della lega, ma la rende molto suscettibile alle cricche durante il processo di saldatura; o le leghe di Rame temprabili per precipitazione, in cui piccole aggiunte di Berillio, Cromo o Zirconio vengono seguite da un trattamento termico di tempra per precipitazione per migliorare le proprietà meccaniche.
- Leghe Rame-Zinco (Ottone): possono essere a basso contenuto di Zinco (fino al 20%) o ad alto contenuto di Zinco (30-40%). Con l’aggiunta di Zinco, la lega di Rame diminuisce la sua temperatura di fusione, la densità, la conducibilità elettrica e termica, mentre aumenta la resistenza, la durezza, la duttilità e il coefficiente di espansione termica. Le leghe ad alto contenuto di Zinco sono rintracciabili nei nuclei e nei serbatoi dei radiatori automobilistici, lampade, serrature, raccordi idraulici e cilindri delle pompe.
- Leghe Rame-Stagno (Bronzo fosforoso): il contenuto di Stagno può variare dal 1% al 10%. Esse sono soggette a cricche a caldo in condizioni di stress.
- Leghe Rame-Alluminio (Bronzo alluminio): contengono dal 3% al 15% di Alluminio con aggiunte di Ferro, Nichel e Manganese.
- Leghe di Rame-Silicio (Bronzo al Silicio): disponibili in forma di ferro o ghisa, sono importanti a livello industriale per la buona saldabilità e l’elevata resistenza. Il bronzo a basso tenore di Silicio (1,5%) è utilizzato per le linee di pressione idraulica, i tubi degli scambiatori di calore, la ferramenta marina e industriale e i dispositivi di fissaggio.
- Leghe Rame-Nichel: contengono il 10%-30% di Nichel.
- Leghe Rame-Nichel-Zinco (Nickel Silvers): contengono Zinco (17%-27%) e Nichel (8%-18%). L’aggiunta di Nichel conferisce loro un aspetto argentato e migliora la forza e la resistenza alla corrosione, ma possono essere soggette a de-zincificazione e cricche da tensocorrosione.
Sfide nella Saldatura del Rame
Viste le numerose leghe di Rame e le loro esigenze specifiche, affrontare la saldatura del Rame può rappresentare una sfida complessa. Nel caso di saldatura di componenti in Rame e relative leghe, il calore si disperde rapidamente dalla zona saldata, creando il rischio di insufficiente penetrazione, soprattutto se si lavora con spessori considerevoli. La vasta differenza di temperatura tra lo stato liquido e solido del Rame rende alcune leghe, come il Rame-Nichel e il Rame-Stagno, suscettibili di cricche a caldo durante il processo di solidificazione della saldatura. Le leghe di Rame, soprattutto quando legate all’Alluminio o al bronzo al Silicio, tendono ad ossidarsi, formando incrostazioni. Inoltre, elementi di lega a basso punto di ebollizione come Cadmio, Fosforo e Zinco possono causare porosità nella saldatura, vaporizzandosi durante il processo. Infine, il Rame e le sue leghe possono contenere elementi nocivi per la salute del saldatore, come Zinco, Alluminio, Cadmio, Arsenico, Cromo e Piombo.
Accorgimenti per una Saldatura Professionale del Rame
In sintesi, gli accorgimenti specifici necessario per eseguire una saldatura del Rame in modo professionale non mancano:
- Preparazione e rimozione dell’ossido: è essenziale eseguire una pulizia accurata del giunto di saldatura da oli, vernici, grassi, polveri, sporcizia o altri contaminanti.
- Preriscaldamento del Rame: a differenza di leghe come Rame-Alluminio, Rame-Stagno, Rame-Nichel che non richiedono preriscaldamento, il Rame puro e altre sue leghe possono trarre beneficio da questa pratica. Il preriscaldo è particolarmente utile quando si saldano sezioni di spessore elevato, al fine di favorire una saldatura meno porosa.
Tecniche di Saldatura: TIG e MIG
Per la maggior parte dei lavori di saldatura del Rame si consiglia di utilizzare il processo di saldatura TIG (GTAW). L’utilizzo della saldatura TIG è raccomandata per unire pezzi di Rame con spessori sottili o medi. È possibile eseguire la saldatura TIG su spessori di Rame fino a 20 mm circa, ma per procedere con spessori così consistenti è consigliabile un notevole preriscaldamento del pezzo. Meglio adottare tecniche di saldatura a dritto o rovescio con una velocità di avanzamento relativamente elevata, anche se una velocità eccessiva potrebbe compromettere il riempimento lungo i bordi. Nel caso di saldature a più passate (necessarie per sezioni spesse), è essenziale pulire tutte le zone ossidate prima di ogni passata. Per la maggior parte dei lavori di saldatura del rame, è preferibile l’uso di una polarità DCEN (configurazione con elettrodo negativo in corrente continua) e di elettrodi in tungsteno toriati.
Quando si tratta di unire pezzi di Rame di spessore considerevole, la procedura di saldatura MIG è da preferire. Nel caso della saldatura MIG del rame con trasferimento spray arc, si consiglia l’uso di cordoni a trama stretta. Analogamente alla saldatura TIG, un’eccessiva oscillazione dell’arco può portare all’ossidazione dei bordi del cordone.
Gas di Protezione Ottimale
Per quanto riguarda il gas di protezione ottimale, bisogna operare una distinzione. Per la saldatura TIG del Rame e delle sue leghe, sebbene sia possibile utilizzare l’Argon, è preferibile l’uso di Elio o miscele 75% Elio e 25% Argon, specie per giunti con uno spessore superiore a 1,5 mm. Nel caso di processo MIG, il gas di protezione deve essere Argon al 100% o una miscela di Argon ed Elio.
Termopiastre per saldatura tubi in materiale plastico
Le termopiastre sono utilizzate per la saldatura di tubi in materiale plastico come PE, PP, PVC e PVDF. Solitamente, hanno un'alimentazione di 230V - 50/60Hz e vengono fornite con una taratura predisposta per tubi in PE e supporto.
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