Saldatura dell'ottone: Tecniche e parametri per giunzioni di successo

1. Saldabilità dell'ottone

L'ottone, una lega di rame e zinco, presenta sfide uniche nella saldatura a causa del basso punto di ebollizione dello zinco (907°C). Questa caratteristica è la principale preoccupazione nella saldatura dell'ottone, poiché ha un impatto significativo sul processo e sulla qualità finale della saldatura.

Durante la saldatura ad arco con bacchette d'ottone, l'ambiente ad alta temperatura può causare tassi di evaporazione dello zinco fino a 40%. Questa consistente perdita di zinco porta a effetti dannosi sul giunto saldato, tra cui:

1. Proprietà meccaniche ridotte
2. Diminuzione della resistenza alla corrosione
3. Maggiore suscettibilità alla cricca da tensocorrosione (SCC)

Lo zinco evaporato si ossida rapidamente nell'aria, formando ossido di zinco (ZnO) che si manifesta come fumo bianco. Questo fenomeno non solo complica le operazioni di saldatura, ma comporta anche seri rischi per la salute dei saldatori, rendendo necessari robusti sistemi di ventilazione e dispositivi di protezione individuale (DPI).

La scarsa saldabilità dell'ottone può dare origine a diversi difetti:

• Porosità: A causa dell'intrappolamento di gas
• Cricche: Sono possibili cricche sia a caldo che a freddo
• Evaporazione dello zinco: Che porta a cambiamenti nella composizione
• Ossidazione: Influenza la qualità della superficie e la resistenza dei giunti

Per attenuare questi problemi, si possono utilizzare diverse strategie:

1. Uso di fili per saldatura contenenti silicio: Il silicio forma una densa pellicola di ossido sulla superficie del bagno fuso, che si trasforma in una pellicola di ossido:
   • Inibisce l'evaporazione dello zinco
   • Previene l'ossidazione
   • Riduce la penetrazione dell'idrogeno
2. Trattamento termico post-saldatura: La ricottura a 470-560°C contribuisce a:
   • Alleviare le tensioni residue
   • Prevenzione della fessurazione ritardata (nota anche come "autofessurazione")
3. Controllo del processo:
   • Utilizzare tecniche a basso apporto di calore (ad esempio, saldatura MIG pulsata).
   • Mantenere una lunghezza d'arco inferiore per ridurre la diffusione del calore
   • Utilizzate velocità di marcia più elevate per ridurre al minimo l'esposizione al calore
4. Selezione del metallo d'apporto:
   • Scegliere metalli d'apporto con un contenuto di zinco leggermente superiore per compensare le perdite.
   • Considerare un riempimento in bronzo al silicio o in bronzo fosforoso per alcune applicazioni.
5. Ottimizzazione del gas di schermatura:
   • Utilizzare miscele a base di argon per garantire una migliore stabilità dell'arco e ridurre l'ossidazione.

Implementando queste tecniche e mantenendo un controllo rigoroso sui parametri di saldatura, è possibile ottenere saldature di ottone di alta qualità riducendo al minimo le sfide intrinseche associate a questa lega.

2. Metodi di saldatura per l'ottone

I metodi di saldatura comunemente utilizzati per l'ottone in produzione sono la saldatura ad arco a bastone e la saldatura ad arco a filo. saldatura ad arco di argone i punti chiave del processo sono i seguenti:

(1) Saldatura ad arco vivo: Ottone bacchetta per saldatura con filo di bronzo, come ECuSn-B (T227), ECuAl-C (T237). Il filo di rame puro, come l'ECu (T107), può essere utilizzato per le fusioni di ottone che non richiedono elevati requisiti di saldatura.

L'alimentazione deve essere a corrente continua e l'angolo della scanalatura a V non deve essere inferiore a 60°-70°.

Quando lo spessore della piastra supera i 14 mm, la superficie della saldatura deve essere accuratamente pulita prima della saldatura per rimuovere tutte le impurità di olio che possono generare idrogeno gassoso.

Breve saldatura ad arco Durante l'operazione, la bacchetta di saldatura non deve oscillare orizzontalmente o longitudinalmente, ma solo muoversi lungo la linea retta della saldatura. Il velocità di saldatura deve essere veloce, non inferiore a 0,2-0,3 m/min.

Durante la saldatura multistrato, è necessario rimuovere il film di ossido e le scorie tra gli strati. Il rame liquido dell'ottone ha un'elevata fluidità, quindi il bagno fuso deve essere in posizione orizzontale. Se il bagno fuso deve essere inclinato, l'angolo di inclinazione non deve essere superiore a 15°.

(2) Saldatura ad arco di argon: Il filo per saldatura a stagno-ottone HSCuZ-1 (HS221), il filo per saldatura a ferro-ottone HSCuZn-2 (HS222) e il filo per saldatura a silicio-ottone HSCuZn-4 (HS224) sono utilizzati nella saldatura manuale ad arco di argon con tungsteno.

Questi fili di saldatura contengono un elevato contenuto di zinco e producono grandi fumi durante la saldatura. È possibile utilizzare anche fili di saldatura in bronzo come HSCuSi (HS211) e HSCuSn (HS212).

I parametri di saldatura per la saldatura manuale ad arco di argon tungsteno dell'ottone sono riportati nella tabella.

A causa dell'evaporazione dello zinco, che distrugge l'effetto protettivo del gas argon, per la saldatura dell'ottone è necessario scegliere un ugello di maggiore apertura e una maggiore portata di gas argon.

In genere, il preriscaldamento non è necessario prima della saldatura, tranne che per i giunti di spessore superiore a 10 mm e per i giunti con una differenza significativa di spessore tra i bordi di saldatura, nel qual caso è necessario preriscaldare solo la parte più spessa del bordo di saldatura.

L'alimentazione può utilizzare una connessione positiva CC o CA. Quando si utilizza un alimentatore CA per la saldatura, la quantità di zinco che evapora è relativamente bassa.

Per una maggiore corrente di saldatura e una velocità di saldatura più elevata è necessario utilizzare parametri di saldatura.

I parametri di saldatura per la saldatura di lastre di ottone spesse 16-20 mm sono: corrente di saldatura di 260-300A, diametro dell'elettrodo di tungsteno di 5 mm, diametro del filo di saldatura di 3,5-4,0 mm, apertura dell'ugello di 14-16 mm e portata del gas argon di 20-25L/min.

Per ridurre l'evaporazione dello zinco, il filo di riempimento può essere "cortocircuitato" con il pezzo durante il funzionamento e l'arco può essere avviato e mantenuto il più possibile sul filo di riempimento, evitando il contatto diretto dell'arco con il metallo base. Il metallo di base viene riscaldato e fuso principalmente dal trasferimento di calore del metallo fuso.

Durante la saldatura, è necessario eseguire il più possibile una saldatura a strato singolo. Per i giunti con uno spessore inferiore a 5 mm, è meglio saldarli in una sola passata.

Dopo la saldatura, il pezzo saldato deve essere riscaldato a 300-400℃ per la ricottura, per eliminare le tensioni di saldatura ed evitare che il componente in ottone si incrini durante l'uso.

3. Saldatura a Tig dell'ottone

1. Saldabilità dell'ottone

L'ottone è una lega di rame e zinco. Poiché lo zinco ha un punto di ebollizione più basso, solo 907°C, è soggetto a evaporazione durante il processo di saldatura, il che rappresenta una sfida significativa per la saldatura dell'ottone.

Alle alte temperature di saldatura, fino a 40% di zinco possono evaporare durante la saldatura ad arco.

Questa consistente evaporazione di zinco porta a una diminuzione delle proprietà meccaniche e di resistenza alla corrosione del giunto saldato, aumentando anche la sua suscettibilità alla corrosione da stress.

Lo zinco evaporato viene immediatamente ossidato in ossido di zinco nell'aria, formando un fumo bianco che complica l'operazione e influisce sulla salute del saldatore.

Pertanto, è essenziale rafforzare la ventilazione e altre misure di protezione nei luoghi in cui l'ottone viene saldato. La scarsa saldabilità dell'ottone può causare problemi quali porosità, cricche, evaporazione e ossidazione dello zinco durante la saldatura.

Per risolvere questi problemi, viene spesso utilizzato un filo di saldatura contenente silicio, che forma uno strato denso di silice sulla superficie del bagno fuso, inibendo l'evaporazione e l'ossidazione dello zinco e impedendo l'intrusione di idrogeno.

Dopo la saldatura, è possibile effettuare un trattamento di ricottura a 470-560°C per alleviare le tensioni e prevenire l'"autofrattura".

2. Metodi di saldatura dell'ottone

Nella produzione, i metodi più comuni per la saldatura dell'ottone includono la saldatura ad arco di bastone e la saldatura ad arco di argon. I punti essenziali di questi processi sono i seguenti:

(1) Saldatura ad arco vivo

L'elettrodo utilizzato è un elettrodo con anima in bronzo, come ECuSn-B (T227), ECuAl-C (T237). Per le fusioni di ottone che non richiedono una saldatura di alta qualità, è possibile utilizzare un elettrodo con anima in rame puro, come ECu (T107).

L'alimentazione utilizza corrente continua con l'elettrodo collegato al terminale positivo e l'angolo della scanalatura a V non deve essere inferiore a 60°-70°.

Per le piastre di spessore superiore a 14 mm, la superficie delle parti da saldare deve essere accuratamente pulita prima della saldatura per rimuovere tutte le impurità di olio che possono produrre idrogeno gassoso.

Durante l'operazione, si deve utilizzare una saldatura ad arco corto e l'elettrodo non deve essere spostato da un lato all'altro o avanti e indietro, ma solo in linea retta lungo la saldatura.

La velocità di saldatura deve essere rapida, non inferiore a 0,2-0,3 m/min. In caso di saldatura multistrato, il film di ossido e le scorie tra gli strati devono essere puliti accuratamente.

L'ottone ha un'elevata fluidità, quindi il bagno di saldatura dovrebbe essere idealmente in posizione orizzontale. Se il bagno deve essere inclinato, l'angolo non deve superare i 15°.

(2) Saldatura ad arco di argon

Nella saldatura manuale ad arco di argon con elettrodo di tungsteno, i fili di saldatura utilizzati sono lo stagno-ottone HSCuZ-1 (HS221), il ferro-ottone HSCuZn-2 (HS222), il silicio-ottone HSCuZn-4 (HS224).

Questi fili contengono un'elevata quantità di zinco, che provoca una grande quantità di fumo durante la saldatura. È possibile utilizzare anche il filo di bronzo per saldatura HSCuSi (HS211), HSCuSn (HS212).

I parametri di saldatura per la saldatura manuale ad arco di argon con elettrodo di tungsteno dell'ottone sono elencati nella tabella.

Poiché l'evaporazione dello zinco interrompe l'effetto protettivo del gas argon, quando si salda l'ottone è necessario utilizzare un ugello di diametro e flusso di gas argon maggiori.

Il preriscaldamento non è generalmente necessario, tranne nei casi in cui giunti di saldatura con spessori superiori a 10 mm e giunti con spessori dei bordi significativamente diversi. In quest'ultimo caso, è necessario preriscaldare solo il bordo più spesso del pezzo.

Come alimentazione si può utilizzare la corrente continua con l'elettrodo collegato al terminale positivo o la corrente alternata. Quando si salda con corrente alternata, la quantità di zinco che evapora è minore.

I parametri di saldatura dovrebbero prevedere una corrente di saldatura maggiore e una velocità di saldatura più elevata.

I parametri di saldatura per piastre di ottone di 16-20 mm di spessore sono: corrente di saldatura 260-300A, diametro dell'elettrodo di tungsteno 5 mm, diametro del filo 3,5-4,0 mm, diametro dell'ugello 14-16 mm, flusso di gas argon 20-25L/min.

Per ridurre l'evaporazione dello zinco, il filo d'apporto può essere "cortocircuitato" con il pezzo in lavorazione durante l'operazione, innescando e mantenendo l'arco sul filo d'apporto per evitare che l'arco colpisca direttamente il materiale di base, che viene riscaldato e fuso principalmente dal calore trasferito dal metallo nel bagno di saldatura. Quando si salda, si dovrebbe eseguire il più possibile una saldatura a strato singolo e i giunti con uno spessore inferiore a 5 mm dovrebbero essere saldati idealmente in una sola volta.

Dopo la saldatura, il pezzo deve essere riscaldato a 300-400℃ per la ricottura, per eliminare le tensioni di saldatura ed evitare che il componente in ottone si incrini durante l'uso.