IT202100007253A1 - Processo di saldatura di componenti in rame - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale dal titolo:
?PROCESSO DI SALDATURA DI COMPONENTI IN RAME?
La presente invenzione ? relativa a un processo di saldatura di componenti in rame, in particolare per saldare lamiere, tubi o altri profili tubolari in rame.
Qui e nel seguito, per componenti in rame (tra cui in particolare lamiere, tubi, profili tubolari) si intendono anche componenti realizzati, oltre che in rame puro (commercialmente disponibile con concentrazione di rame superiore a 95% e oltre), anche in leghe di rame (dove il rame ? presente in quantit? superiore ad ogni altro elemento della lega e alla somma di tutti gli altri elementi presenti).
Come noto, in vari settori industriali ? necessario saldare insieme componenti in rame, per esempio in forma di lamiere (lastre) o tubi (di qualsiasi sezione e profilo).
In particolare, ? noto saldare lamiere e tubi rame/rame tramite processi di saldatura ad arco con metallo di apporto sotto protezione di gas (cosiddetta saldatura GMAW ? gas metal arc welding).
Nei processi noti di questo tipo, ma anche in altri analoghi, ? noto usare in particolare un materiale di saldatura scelto tra le leghe di rame e silicio; e operare con un gas di protezione costituito da una miscela di gas inerti, in particolare elio e argon con contenuto di argon relativamente elevato, per esempio una miscela 70% He e 30% Ar.
In tutti i casi, ? conoscenza comune che per saldare componenti in rame (sia tra loro sia con un altro componente metallico), in particolare per realizzare giunti a piena penetrazione, sia necessario preriscaldare i componenti da saldare, a temperature di almeno 250?C. Ad esempio, le linee guida dell?Istituto Italiano della Saldatura (IIS) suggeriscono un preriscaldamento intorno a 300-350?C.
I processi tradizionali di saldatura di componenti e lamiere in rame richiedono pertanto il preriscaldamento dei pezzi da saldare.
I processi di saldatura noti non sono pertanto privi di inconvenienti, in primo luogo proprio in quanto richiedono di preriscaldare i pezzi da saldare.
Inoltre, sebbene generalmente efficienti, i processi noti possono risultare talvolta non pienamente soddisfacenti in termini di qualit? della saldatura.
? pertanto uno scopo della presente invenzione quello di fornire un processo di saldatura di componenti in rame, in particolare lamiere e profili tubolari in rame, che sia privo degli inconvenienti qui evidenziati della tecnica nota.
La presente invenzione ? dunque relativa a un processo di saldatura di componenti in rame, in particolare lamiere e profili tubolari in rame, come definito nell?annessa rivendicazione 1.
Caratteri addizionali preferiti dell?invenzione sono indicati nelle rivendicazioni dipendenti.
L?invenzione fornisce un processo di saldatura che permette di eseguire la saldatura di componenti, lamiere e tubi e profili tubolari in genere in rame a temperatura ambiente, senza preriscaldare i pezzi.
In accordo all?invenzione, non ? infatti necessario preriscaldare i pezzi da saldare ma ? possibile procedere alla saldatura a temperatura ambiente, ottenendo comunque una giunzione di elevata qualit? e conforme ai requisiti previsti dalle principali norme di settore.
? stato infatti sorprendentemente osservato che operando con certi specifici materiali di apporto e specifici gas di copertura ? possibile eseguire la saldatura dei pezzi in rame a temperatura ambiente, senza quindi ricorrere ad alcun trattamento di preriscaldamento.
In accordo all?invenzione, il gas di protezione ? costituito da solo elio (100% elio), oppure ? una miscela contenente elio in quantit? uguale o superiore a 90% vol., preferibilmente uguale o superiore a 95% vol. e pi? preferibilmente uguale o superiore a 98% vol., insieme a uno o pi? altri gas inerti, per esempio argon, oppure ossigeno o biossido di carbonio, anche in miscela tra loro.
In una preferita forma di attuazione, il gas di protezione ? costituito da solo elio (100% elio).
L?uso di una elevata percentuale di elio nel gas di protezione non solo migliora la saldabilit?, contribuendo ad evitare il preriscaldamento dei pezzi da saldare; ma garantisce anche la piena penetrazione.
Il materiale di apporto ? una lega di rame e alluminio con contenuto di alluminio compreso tra 5 e 10% in peso, preferibilmente compreso tra 7 e 9% in peso, in particolare intorno a 8% in peso.
La fase di saldatura pu? essere condotta con diverse tecniche. In generale, la fase di saldatura ? una fase di saldatura ad arco.
Preferibilmente, soprattutto nel caso si debba realizzare un giunto a piena penetrazione, la fase di saldatura ? una fase di saldatura ad arco con metallo sotto protezione di gas.
La fase di saldatura ? opportunamente preceduta da una fase di cianfrinatura, in cui i lembi dei componenti da saldare vengono opportunamente sagomati.
Il processo dell?invenzione pu? essere comunque attuato con diverse forme di cianfrino, e anche con diverso numero di passate se necessarie, anche a seconda della geometria della giunzione e del volume da riempire.
Il processo dell?invenzione ? particolarmente adatto a realizzare saldature rame/rame, ma si presta anche alla saldatura tra rame e un altro metallo, per esempio acciaio inossidabile.
Preferibilmente, il processo per la saldatura rame/rame ? un processo di tipo GMAW (Gas Metal Arc Welding), cio? un processo di saldatura ad arco con metallo sotto protezione di gas.
In caso di saldatura tra rame e altro metallo, pu? essere invece preferito un processo di saldatura TIG (Tungsten Inert Gas) o GTAW (Gas Tungsten Arc Welding), cio? un processo di saldatura ad arco con elettrodo infusibile di tungsteno sotto protezione di gas inerte.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione dei seguenti esempi non limitativi di attuazione, con riferimento alle figure dei disegni annessi, in cui:
? la figura 1A ? una vista schematica in sezione di due componenti predisposti per essere saldati tramite il processo dell?invenzione;
? la figura 1B ? una vista schematica in sezione dei componenti di figura 1A dopo la saldatura tramite il processo dell?invenzione;
? la figura 2A ? una vista schematica in sezione di altri due componenti predisposti per essere saldati tramite il processo dell?invenzione;
? la figura 2B ? una vista schematica in sezione dei componenti di figura 2A dopo la saldatura tramite il processo dell?invenzione;
? la figura 3 ? una vista schematica in sezione di altri due componenti saldati tramite il processo dell?invenzione;
? le figure da 4A a 4G sono rispettive immagini di campioni di giunti saldati con il processo dell?invenzione.
ESEMPI
Una serie di campioni di prova sono stati predisposti, saldati e controllati in accordo alle norme UNI EN ISO 15613 Ed. 2005.
In particolare, sono stati predisposti vari campioni di componenti in rame e altro metallo (in particolare, acciaio inossidabile) da saldare insieme (saldando un componente in rame con un altro componente in rame oppure con un componente in altro materiale metallico).
In particolare, una serie di campioni ? stata realizzata in lega di rame C10200 H02 (ASTM B152-13).
Sono stati preparati campioni per realizzare giunti testa a testa e giunti a T, sia a completa penetrazione sia a parziale penetrazione.
I campioni sono stati quindi sagomati in una fase di cianfrinatura in modo da definire giunti aventi varie forme tipiche, come mostrato ad esempio nelle figure 1A e 2A.
In ciascuna delle figure 1A e 2A sono mostrati un primo componente 1 e un secondo componente 2 aventi rispettivi lembi 3, 4 affacciati uno all?altro. Uno o entrambi i componenti 1, 2 sono realizzati in rame o lega di rame.
I campioni sono stati quindi saldati tramite il processo dell?invenzione, usando un materiale di apporto e un gas di copertura come sopra definiti, ottenendo i giunti 5 schematicamente mostrati nelle figure 2A, 2B, dove i lembi 3, 4 sono uniti da un cordone 6 di saldatura.
Un ulteriore esempio ? mostrato schematicamente in figura 3, dove i componenti 1, 2 aventi rispettivi lembi 3, 4 sono collocati ad angolo (cosiddetta saldatura ?fillet?).
In particolare, sono stati impiegati materiali di apporto costituiti da leghe di rame e alluminio con contenuto di alluminio di 5%, 6%, 7%, 8%, 9%, 10% in peso.
Ad esempio, sono stati usati un materiale designato ER CuAl-A1; e materiali analoghi con diverso contenuto di alluminio.
Come gas di copertura si ? usato elio (100% elio); oppure una miscela di elio e argo con contenuto di elio uguale a 90%, 92%, 95%, 98%, 99% vol.; oppure una miscela di elio e uno o pi? altri gas (gas inerti, CO2, O2) sempre con elio superiore ad almeno il 90% vol.
A seconda della forma e delle dimensioni del giunto, la fase di saldatura ? stata condotta in una o pi? passate. Per esempio, nell?esempio della figura 1B sono state condotte 3 passate, nell?esempio della figura 2B sono state condotte 9 passate.
Tutte le prove sono state condotte senza preriscaldare i componenti da saldare, cio? a temperatura ambiente (intorno a 20?C).
Sono stati quindi condotti vari test sperimentali per verificare la qualit? delle giunzioni ottenute, in accordo alle norme di riferimento e in particolare alle norme UNI EN ISO 15613 Ed. 2005.
Tutti i campioni hanno superato le prove risultando conformi ai requisiti previsti da tali norme.
Sono stati eseguiti test sia su giunzioni ottenute tra due componenti realizzati entrambi in rame (o lega di rame), sia su giunzioni tra un componente in rame (o lega di rame) e un componente in acciaio inossidabile.
Le saldature rame/rame sono state preferibilmente condotte con tecnica GMAW; le saldature tra componenti in rame e componenti in altro metallo (acciaio inossidabile) sono state condotte con tecnica GTAW.
Le immagini delle figure 4A-4G sono immagini macrografiche di alcuni dei campioni sottoposti ad analisi, tutti risultati conformi alle norme.
A scopo di confronto, sono stati condotti test comparativi saldando campioni del tutto analoghi ai precedenti, ma operando con materiali di apporto e gas di copertura secondo la tecnica nota. In tutti questi casi, la saldatura condotta a temperatura ambiente, senza preriscaldamento dei pezzi, si ? dimostrata inefficace, non superando le prove di qualifica prevista dalla citata norma di rifermento.
Solo operando in accordo al processo dell?invenzione ? stato possibile superare i test operando a temperatura ambiente e senza eseguire il preriscaldamento dei pezzi.
Resta infine inteso che al processo qui descritto ed illustrato possono essere apportate ulteriori modifiche e varianti che non escono dall?ambito delle annesse rivendicazioni.
Claims (11)
1. Processo di saldatura di componenti in rame, comprendente le fasi di: predisporre un primo componente e un secondo componente con rispettivi lembi affacciati uno all?altro, almeno il primo componente essendo un componente realizzato in rame o lega di rame; saldare detti lembi con apporto di un materiale di apporto e sotto protezione di un gas di protezione; il processo essendo caratterizzato dal fatto che i componenti non sono preriscaldati prima della fase di saldatura; e dal fatto che il materiale di apporto ? una lega di rame e alluminio contenente alluminio in quantit? compresa tra 5 e 10% in peso, e il gas di copertura contiene elio in quantit? superiore o uguale a 90% vol.
2. Processo secondo la rivendicazione 1, in cui la fase di saldatura ? condotta a temperatura ambiente.
3. Processo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il materiale di apporto ? una lega di rame e alluminio contenente alluminio in quantit? compresa tra 7 e 9% in peso, preferibilmente intorno a 8% in peso.
4. Processo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui il gas di copertura ? interamente costituito da elio.
5. Processo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui il gas di copertura contiene elio in quantit? superiore o uguale a 95% vol., in miscela con almeno un altro gas.
6. Processo secondo la rivendicazione 5, in cui il gas di copertura contiene elio in quantit? superiore o uguale a 98% vol.
7. Processo secondo la rivendicazione 5 o 6, in cui il gas di copertura contiene elio e almeno un altro gas scelto tra gas inerti, ossigeno, biossido di carbonio, loro miscele.
8. Processo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui la fase di saldatura ? condotta tramite saldatura ad arco con metallo sotto protezione di gas (GMAW - Gas Metal Arc Welding), oppure tramite saldatura ad arco con elettrodo infusibile di tungsteno sotto protezione di gas (GTAW - Gas Tungsten Arc Welding).
9. Processo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui anche il secondo componente ? un componente realizzato in rame o lega di rame.
10. Processo secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui i componenti sono disposti per una saldatura testa a testa.
11. Processo secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente una fase di cianfrinatura, in cui i lembi sono sagomati in modo da definire un giunto a piena penetrazione.
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