Sebbene la scelta del processo di saldatura sia fondamentale, anche le tecniche più esperte non possono compensare una fonte di alimentazione inadeguata. Questo articolo demistifica i generatori di saldatura per aiutare i professionisti ad abbinare le apparecchiature a processi di saldatura specifici per ottenere risultati ottimali.

La scelta di un processo di saldatura dipende principalmente dalle caratteristiche della saldatura, dal tipo di materiale, dalle forme e dagli spessori e dalla progettazione del giunto. È inoltre necessario considerare i requisiti di produzione, tra cui la velocità e la qualità della saldatura. Solo dopo aver stabilito il processo di saldatura è necessario selezionare le fonti di alimentazione e le apparecchiature ausiliarie. Il processo di saldatura rimane il fattore principale nella scelta della fonte di alimentazione.

Questa guida si concentra sulla selezione della fonte di alimentazione per le tecnologie di saldatura maturate negli ultimi dieci anni. Una volta considerati specializzati o limitati alla produzione di massa, questi metodi ora compaiono praticamente in ogni settore della fabbricazione dei metalli. La crescente produzione di metalli precedentemente difficili da saldare, unita ai vantaggi economici e qualitativi dei processi avanzati, ha reso queste tecnologie accessibili anche alle officine di lavorazione dei metalli su piccola scala.

Questi processi richiedono requisiti di potenza e controllo più complessi rispetto alla saldatura ad arco di metallo schermato convenzionale (SMAW). Poiché la maggior parte dei metallurgisti e degli ingegneri della saldatura non sono specialisti elettrici, selezionare le fonti di alimentazione adeguate può rivelarsi difficile. Questo esame dei requisiti di potenza per i processi di saldatura di produzione mira a chiarire queste considerazioni tecniche.

Due tipi fondamentali di fonti di alimentazione dominano le applicazioni di saldatura: sistemi a corrente costante (CC) e a tensione costante (CV), ciascuno adatto a processi e applicazioni specifici.

• Fonti di alimentazione a corrente costante (CC):Spesso chiamate macchine "drooper" a causa della loro caduta di tensione all'aumentare della corrente di saldatura, creando una caratteristica curva di uscita volt-ampere cadente.
  • Quando sono alimentati ma non creano arco (senza flusso di corrente), mantengono una tensione a circuito aperto relativamente elevata, tipicamente 70-80 volt. La saldatura generalmente avviene sulla parte più ripida della curva, rendendoli ideali per la saldatura manuale ad elettrodo.
  • La tensione dell'arco dipende dalla lunghezza fisica tra l'elettrodo e il pezzo da saldare ed è impossibile mantenerla perfettamente costante nella saldatura manuale. Tuttavia, poiché la corrente determina la velocità di fusione del metallo d’apporto, una corrente costante garantisce una fusione stabile.
  • Esistono variazioni in base all'ingresso di potenza (monofase o trifase), all'uscita (CA, CC o CA/CC) e al tipo di controllo dell'uscita (meccanico o elettrico).
• Fonti di alimentazione a tensione costante (CV):La corrente può variare da zero a livelli di cortocircuito estremamente elevati con qualsiasi impostazione di tensione. Progettate specificatamente per la saldatura ad arco metallico a gas (GMAW), queste macchine generalmente non sono adatte per la saldatura ad arco metallico schermato.
  • Nessuna saldatrice fornisce una tensione veramente costante: le unità pratiche mostrano una caduta di almeno 1 volt per 100 amp di uscita. Le correnti di cortocircuito possono raggiungere migliaia di ampere.
  • Le macchine CV in genere presentano una tensione a circuito aperto inferiore (massimo 50 volt) rispetto alle macchine CC (80 volt). Gli operatori impostano la tensione a circuito aperto anziché la corrente, con intervalli tipici da 10 a 48 volt.
  • La corrente di saldatura si autoregola durante il cortocircuito per mantenere la lunghezza dell'arco alla tensione impostata, mentre la velocità di avanzamento dell'elettrodo determina l'entità della corrente.

Tutte le saldatrici sono dotate di valori di ciclo di lavoro, una specifica spesso fraintesa ma critica. Sulla base di un periodo di dieci minuti, un ciclo di lavoro nominale del 100% significa che la fonte di alimentazione può funzionare continuamente alla corrente nominale o al di sotto di essa. Un ciclo di lavoro del 60% non indica un funzionamento indefinito al 60% della capacità, ma piuttosto sei minuti di funzionamento alla corrente e alla tensione nominali per ciclo di dieci minuti, che richiedono quattro minuti di tempo di raffreddamento al minimo. Le macchine con cicli di lavoro inferiori al 100% possono funzionare ininterrottamente riducendo la corrente erogata.

I principali processi di saldatura avanzati e i relativi requisiti di alimentazione includono:

• Saldatura ad arco di tungsteno a gas (GTAW/TIG):Sebbene non sia una novità, la saldatura TIG merita di essere inclusa per la sua efficacia con materiali difficili, tra cui acciaio inossidabile, alluminio, magnesio, rame, rame berillio, Hastelloy, Inconel, Invar e Kovar, in particolare in sezioni trasversali sottili.
  • Il TIG richiede fonti di alimentazione simili a SMAW, quelle con curve volt-ampere cadenti. Tuttavia, considerazioni specifiche del processo rendono preferibili macchine dedicate.
  • Le fonti di alimentazione CA standard non progettate per TIG richiedono un declassamento per il servizio TIG CA a causa del raddrizzamento parziale che introduce componenti CC che possono surriscaldare i trasformatori. Ulteriori sfide specifiche del TIG includono l'innesco dell'arco, la stabilità e il controllo preciso della variabile per lavori delicati.
• Saldatura ad arco gas-metallo (GMAW/MIG):L'alimentazione continua del filo di GMAW ha sostituito il gas inerte di tungsteno (TIG) e SMAW in molte applicazioni principalmente grazie alla velocità, spesso più volte più veloce rispetto ai processi alternativi.
  • Ulteriori vantaggi includono saldature più pulite (ridotta formazione di ossido dal gas di protezione), sprechi di elettrodi ridotti al minimo, proprietà metallurgiche superiori e semplicità operativa che migliora la coerenza della qualità riducendo al contempo le variabili umane.
• Saldatura a punti ad arco:Guadagnando popolarità per la capacità di saldatura a punti su un lato e per la produzione rapida e ripetibile di saldature a punti multipli.
  • Eseguito tramite processi TIG o GMAW. La saldatura a punti TIG utilizza fonti di alimentazione TIG standard ma richiede pistole e controlli di saldatura a punti specializzati, che in genere fondono materiali di base senza filo di apporto, comune per l'acciaio laminato a freddo e l'acciaio inossidabile.
  • La saldatura a punti GMAW impiega correnti elevate (500-750 A) con fili di diametro inferiore, che richiedono macchine ad alta tensione e alimentatori di filo e unità di controllo specializzati.
• Saldatura ad arco plasma:Un'estensione della tecnologia di taglio al plasma, che condivide somiglianze con TIG ma offre vantaggi rispetto alla saldatura a fascio di elettroni, laser e ultrasuoni per quanto riguarda limitazioni e costi iniziali.
  • Come il TIG, la saldatura al plasma tipicamente fonde i materiali (anche se è possibile utilizzare filo di apporto freddo). Gli elettrodi di tungsteno toriato raffreddati ad acqua resistono a temperature estreme provenienti da fiamme al plasma focalizzate in grado di penetrare in profondità e in modo stretto.