Acciaio Dolce - Saldatura

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Carpaneto & C. S.p.A Divisione saldatura

SALDATURA A PROIEZIONE

La saldatura a proiezione degli Acciai a basso tenore di Carbonio (acciai dolci e semiduri), può dare lestesse soddisfazioni che si riscontrano nella saldatura a punti.In effetti, questo materiale presenta tutte le caratteristiche atte ad essere preformato, stampato, punzonatoe quindi su questo materiale sono facilmente ottenibili le proiezioni che durante la saldaturaconvoglieranno l’intensità di corrente per arrivare alla fusione e quindi all’ottenimento dei noccioli disaldatura.Riprendendo le regole basi descritte nel capitolo “Saldatura a proiezione” ( pag. 62), in questo contesto,possiamo solo ricordare i principali requisiti per l’ottenimento di saldature affidabili sia come tenutameccanica sia come aspetto superficiale.

I. Precisione e costanza delle dimensioni delle bugne effettuate sul particolare da saldare.II. Precisione nel posizionamento geometrico di queste proiezioni.III. Perfetta adattabilità delle attrezzature di contenimento e assoluta planarità degli elettrodi e

portaelettrodi.IV. Ultimo, ma non meno importante, un cilindro di saldatura , del tipo “a debole inerzia” che riesca,

quindi, a compensare l’affossamento repentino della bugna.

La precisione sulle dimensioni delle bugne è, senza dubbio, il requisito che maggiormente influisce suirisultati ed, a questo proposito, ci permettiamo riportare, qui di seguito, alcune tabelle e note cherichiamano i requisiti principali per la realizzazione delle “proiezioni”.

Nella saldatura a proiezione vengono normalmente usate bugne di forma sferica.Le dimensioni da adottare sono state standardizzate in relazione allo spessore della lamiera e, per quantopossibile, ricordiamo, che dette bugne vanno effettuate sulla lamiera più spessa, ma con le dimensioniproporzionate alla lamiera più sottile.

Nella preparazione della bugna si possono seguire 2 profili (vedi fig.7) e precisamente

Fig.7Fig.7A – Punzone troncoconicoLe dimensioni del punzone e della matrice sono illustrate nelle fig. 8 e 9

Fig.9Fig.8

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Fig. 7B – Punzone rotondoLe dimensioni del punzone e della matrice sono indicate nelle fig.10 e 11

Fig.10

Fig.11

La scelta dei due profili dipende unicamente dalle preferenze dell’utilizzatore; a livello saldatura entrambele soluzioni danno risultati identici.

Al fine di permettere agli operatori di orientarsi sulle prime regolazioni da dare alla macchina durante ilsettaggio della stessa, vengono riportate nelle pagine 15 – 16 - 17 alcune Tabelle che, ancora una volta cipermettiamo ripetere, devono servire unicamente come orientamento per le prime regolazioni.

MANUALE SALDATURA A RESISTENZATABELLE DI REGOLAZIONE

SALDATURA A PROIEZIONE DEGLI ACCIAI A BASSO TENORE DI CARBONIO

DIMENSIONI BUGNA VALORI INDICATIVI PER 1 BUGNA

SPESSORELAMIERAmm

Dmm

Hmm

DISTANZABUGNA “A”mm

SORMONTATURAMINIMA “s”mm

DIAMETRODELPUNTO"D"mm

TEMPO DISALDATURA

Cy

FORZA AGLIELETTRODI Kg

CORRENTE DISALDATURA

A

RESISTENZAALLA

TRAZIONEKg

0.5 2.9 0.55 16 9 4.1 2 68 4400 168

0.6 3.1 0.6 17 9 4.3 2 78 4950 200

0.7 3.2 0.65 17 9 4.5 2 88 5500 227

0.8 3.4 0.7 18 10.5 4.8 3 109 6600 318

0.9 3.5 0.8 18 10.5 4.9 4 130 7300 400

1 3.6 0.9 18 10.5 5.1 4 150 8000 481

1.2 3.7 0.95 19 12.7 5.2 6 181 8800 590

1.5 3.8 1.1 19 12.7 5.1 8 249 10300 816

2 4.6 1.22 23 12.7 6.5 12 363 11850 1100

2.5 6.1 1.40 32 19 8.5 16 563 14100 1740

3 6.9 1.47 38 20.6 9.7 19 681 14850 2177

3.5 7.6 1.58 41 22.4 10.7 20 845 15300 2495

4 8.5 1.67 46 25 12 25 920 16100 2800

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DIMENSIONI BUGNA

VALORI INDICATIVI PER 2 – 3 BUGNE(I valori di forza e corrente vanno moltiplicati per il n: di bugne)

SPESSORELAMIERAmm

Dmm

Hmm



DIAMETRODELPUNTO "D"mm

TEMPO DISALDATURA

Cy

FORZA AGLIELETTRODI Kg


A

RESISTENZAALLA

TRAZIONEKg

0.5 2.9 0.55 16 9 4.1 4 68 3850 147

0.6 3.1 0.6 17 9 4.3 4 68 4150 170

0.7 3.2 0.65 17 9 4.5 6 68 4450 193

0.8 3.4 0.7 18 10.5 4.8 6 68 5100 237

0.9 3.5 0.8 18 10.5 4.9 7 90 5400 250

1 3.6 0.9 18 10.5 5.1 8 95 6000 397

1.2 3.7 0.95 19 12.7 5.2 14 120 6500 499

1.5 3.8 1.1 19 12.7 5.1 17 165 7650 715

2 4.6 1.22 23 12.7 6.5 24 240 8850 975

2.5 6.1 1.40 32 19 8.5 32 376 10600 1560

3 6.9 1.47 38 20.6 9.7 38 454 11300 1905

3.5 7.6 1.58 41 22.4 10.7 40 499 11850 2200

4 8.5 1.67 46 25 12 43 585 12450 2550

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DIMENSIONIBUGNA

VALORI INDICATIVI PER PIU' DI 3 BUGNE(I valori di forza e corrente vanno moltiplicati per il n. di bugne)

SPESSORELAMIERAmm

Dmm

Hmm



DIAMETRODELPUNTO "D"mm

TEMPO DISALDATURA

Cy

FORZA AGLIELETTRODI

Kg


A

RESISTENZAALLA

TRAZIONEKg

0.5 2.9 0.55 16 9 4.1 5 36 2900 132

0.6 3.1 0.6 17 9 4.3 5 40 3100 143

0.7 3.2 0.65 17 9 4.5 7 45 3300 154

0.8 3.4 0.7 18 10.5 4.8 9 56 3800 193

0.9 3.5 0.8 18 10.5 4.9 10 65 4100 260

1 3.6 0.9 18 10.5 5.1 12 73 4300 327

1.2 3.7 0.95 19 12.7 5.2 16 100 4600 397

1.5 3.8 1.1 19 12.7 5.1 22 150 5400 556

2 4.6 1.22 23 12.7 6.5 29 213 6400 794

2.5 6.1 1.40 32 19 8.5 40 336 8030 1315

3 6.9 1.47 38 20.6 9.7 50 408 9200 1633

3.5 7.6 1.58 41 22.4 10.7 55 454 9900 1930

4 8.5 1.67 46 25 12 6o 520 10950 2220

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Nella precedenti pagine dedicate alla “Saldatura a proiezione” (pag. 65), si è accennato, anche, allapossibilità di operare con proiezioni anulari o circolari.Ricordiamo che dette bugne vengono normalmente utilizzate per ottenere delle saldature a tenuta stagna,su lamiere di spessore non superiore a 0,8 mm e, qui di seguito, sulla fig.12 sono riportate le dimensionidel punzone e della matrice, adatte per ottenere delle proiezioni anulari su lamiere di spessore da 0,3 a0,6 mm.

Fig.12

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Il capitolo della saldatura a proiezione degli Acciai deve prendere nella dovuta considerazione, tre grandiapplicazione di questa tecnologia

v La saldatura di dadi e vitiv La saldatura di tubi in crocev La saldatura di fili e barre

Saldatura di dadi e viti

L'utilizzo, sempre più intensivo, di dadi e viti saldate da parte dell'industria automobilistica e deglielettrodomestici, ha posto in grossa evidenza l’applicazione di questa tecnologia

Oggi in commercio si trovano facilmente dadi e viti adatte per essere saldate a proiezione.La sola difficoltà che si può incontrare nell’utilizzo di questi prodotti, è che il desiderio di riduzione dei costidi fabbricazione, porta sovente il fabbricante di dadi e viti a immettere sul mercato qualche prodotto discarsa qualità, creando così difficoltà nell'ottenimento di produzioni costanti e affidabili.

Le figure 13,14,15,16 illustrano differenti tipi di dadi e viti di normaleFornitura.

Fig.13 Dado a 3 bugne

Fig.14 – Vite con 3 bugne sopra testa

Fig.15 – Vite con proiezione anulare

Fig.16 Vite con proiezione naturale

Per l'ottenimento di buoni risultati in questo campo occorre tenere presente alcune importanti precauzionida prendere durante la lavorazione:• Intensità di corrente relativamente importanti• Tempi di saldatura molto brevi per non riscaldare troppo il filetto interno del dado e, di conseguenza,

modificarne il profilo.• Usare elettrodi di centratura d’ottima qualità, costruiti con tecniche e materiali specifici, al fine di

evitare proiezioni di materiale fuso sulle parti operanti del particolare finito.

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Nella fig.17. si è voluto illustrare un elettrodoparticolarmente adatto per la saldatura di dadi e viti.Come si può osservare l’elettrodo, in questa configurazioneè dotato di un cono di innesto alla candela porta elettrodo,ma lo stesso può essere dotato di una piastra di fissaggio inmodo da poterlo montare sulle piastre scanalate di unasaldatrice a proiezione.La superficie di contatto è costruita in lega di rame etungsteno (30% Cu-70% W) che, pur mantenendo unadiscreta conducibilità, possiede una durezza atta asopportare gli innumerevoli e forti impatti delle 3 proiezioni.La molla di scarico permette al perno isolato di rientraredurante l’applicazione della forza agli elettrodi, onde nontrovarsi a contatto con l’elettrodo superiore.L’eventuale possibilità d’immissione aria nel condottospecifico, facilita le operazioni di pulizia ed espulsione dellescorie di saldatura, sovente causa principale dideterioramento e quindi di cattive saldature.Una vite di bloccaggio esagonale consente l’asportazionedel perno di centraggio quando si vuole operare per saldareviti a proiezione, mentre il condotto isolato rimane a difesadi eventuali contatti elettrici sul delicato filetto esterno dellavite.

Fig.17

Come detto in precedenza, la saldatura di viti e dati richiede delle intensità di corrente discretamenteelevate con tempi di saldatura molto brevi.Qui di seguito riportiamo una tabella di regolazione relativa alla saldatura di dadi e viti.

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Una ultima considerazione da farsi è relativa allo spessore della lamiera su cui verranno saldati i dadi o leviti.Sulle regolazioni da effettuarsi, questo spessore ha, in sostanza, poca influenza, in quanto nella saldaturaa proiezione, l’unico parametro che può influenzare le varie regolazioni è la forma e la dimensione dellebugne.Dato che i dadi e le viti da saldare sono forniti, dai costruttori, con dimensioni normalizzate, in pratica leregolazioni, varieranno molto poco in funzione dello spessore della lamiera, ma potranno variare infunzione dello stato superficiale della lamiera stessa.

Pur non essendo una pura applicazione della saldatura a proiezione, riteniamo che l’esame dellasaldatura di fili o di tubi in croce, sia di pertinenza di questo capitolo sfruttando, essa, il principio diutilizzazione di proiezioni naturali..

Saldatura di tondi e fili in croce

La saldatura di fili e barre in croce (fig.18) riunisce le migliori condizioni per l’applicazione della tecnologiadella saldatura a proiezione. In effetti , due pezzi cilindrici posizionati in croce, hanno fra di loro un solopunto di aderenza molto ridotto, per cui la resistenza di contatto è notevolmente elevata e, diconseguenza, le calorie che si formano, sempre nel punto di contiguità, possono essere raggiunte o conbasse potenze od in tempi molto brevi.

Stessa considerazione si può fare per quanto concernela forza applicata che, anche in questo caso, viene adessere concentrata su un piccolo punto e diconseguenza i suoi effetti, senza dubbio, sarannosuperiori a quelli della forza applicata su una superficiepiana.Ne consegue che una puntatrice che abbia disponibiliuna corrente di saldatura di 15 kA ed una forza di 600daN, può saldare 2 spessori di lamiera da 2,5 mm.(totale 5mm ), oppure 2 tondi di 12 mm (totale 24 mm.).

Fig.18

La tabella sottostante(Fig. 19) riporta alcuni dati relativi alla saldatura di tondi in croce.

Fig.19

Su questa tabella, come si noterà, non sono stati indicati i tempi di passaggio della corrente di saldatura in quanto glistessi saranno da scegliersi in funzione della percentuale di penetrazione dei due tondi fra di loro.

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In effetti la “penetrazione”, e con tale termineintendiamo il rapporto fra le dimensioni dellaparte A – Fig. 20 prima e dopo la saldatura, cidà la misura della tenuta del giunto.

Non bisogna tuttavia dimenticare che maggioreè l’infossamento dei due particolari fra di loro,minore sarà la sezione restante del tondo.

Si dovrà, allora, scegliere fra il valore finaledella resistenza alla trazione della barra, nelsenso 2↔2, e la resistenza allo strappo delpunto di saldatura secondo il senso 1↔1.

Fig.20Abbiamo quindi riportato, nella pagina successiva, una nuova tabella, sulla quale sono stati indicati valoridi saldatura proporzionati ad una percentuale di infossamento

TABELLA INDICATIVA DELLE REGOLAZIONI PER LA SALDATURA DI TONDI INACCIAIO DOLCE

(Saldatura in croce)

Diametrodelfilo

mm.

Tempodi

saldatura

periodi

Forzaapplicata

suglielettrodi

daN

Intensità di saldatura

Stirati a Stirati afreddo caldo A. A.

Resistenza

Stirati a Stirati a freddo caldo Kg. Kg.

INFOSSAMENTO pari al 15%3 7 60 1800 1850 430 340

4.5 9 160 3300 3500 900 6806.5 12 260 4500 4900 1680 12708 15 375 6200 6600 2300 2090

9.5 18 500 7400 7700 3050 280011 20 635 9300 10000 4350 4000

12.5 25 770 10300 11000 5350 5220INFOSSAMENTO pari al 30%

3 7 120 2650 2770 510 3904.5 9 270 5000 5100 1090 7806.5 12 390 6700 7100 1900 13608 15 660 9300 9600 2770 2270

9.5 18 930 11200 11800 3790 308011 20 1320 13800 14000 5130 4350

12.5 25 1540 15800 16500 6170 5620INFOSSAMENTO pari al 50%

3 7 160 3400 3500 560 4104.5 9 340 6000 6300 1130 8206.5 12 560 8600 9000 2000 14008 15 910 11000 12000 2950 2400

9.5 18 1360 14400 14900 3990 327011 20 2020 17400 18000 5400 4630

12.5 25 2400 21000 22000 6620 5900

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Sempre in via indicativa qui di seguito sono riportati i coefficienti di correzione da applicare per iltrattamento di Acciai Inossidabili e Monel

Materiale Inox 18-8 Monel

Pressione sugli elettrodi x 2,5 x 2

Intensità di saldatura x 0,6 x 1

Tempo di saldatura x 1 x 1

Questi valori sono dati a titolo puramente indicativo poiché, nella saldatura di fili in croce, i parametri disaldatura possono essere modificati con ampie variazioni scelte ed impostate dall’utilizzatore.

La forma degli elettrodi, da utilizzarsi nella saldatura dei fili in croce, dovrà essere modificata in ragionedella conformazione del giunto che si sta trattando. In effetti, gli elettrodi con una punta a formatroncoconica, creerebbero tre grosse difficoltà sia al momento della messa in pressione del giunto siadurante il passaggio della corrente di saldatura:I. Durante la messa in pressione del giunto, la punta dell’elettrodo potrebbe scivolare sulla superficie

arrotondata della barra.II. Al momento di passaggio della corrente, dato che la stessa viene concentrata su una superficie

ridotta, non si potrà contenere il materiale in fusione e la penetrazione della punta potrebbe esserecosì importante da tranciare il tondo.

III. In ogni caso, a penetrazione dei due particolari, sarà troppo evidente e si avrà una anomaladeformazione delle barre con una notevole incurvatura delle stesse.

Per evitare quanto sopra descritto, si consiglia quindil’utilizzazione di elettrodi con una conformazionesimile a quella illustrata sulla fig. 21.La lunghezza della superficie di contatto, non èdeterminante, deve solo essere stimata in funzionedi evitare l’effetto di incurvatura descritto più in alto.

Agli elettrodi, di cui alla figura a lato, è stata datauna forma di contenimento “ a culla”: Questo profilodeve rispettare sempre il diametro del tondo che si deve Fig.21saldare.

La necessità di saldare tondi di diametro diverso,consiglierà la modifica del profilo di contenimento, ein questo caso ci si avvalerà di un profilo a “V”.

Una particolare applicazione della saldatura aproiezione di fili o tondi, è quella che si utilizza per laformazioni di reti, griglie, graticci ecc.

In questo caso, la necessità di velocizzare ilprocesso produttivo renderà indispensabile lasaldatura contemporanea di molti incroci

Ovviamente i parametri di saldatura da adottaredovranno essere proporzionali oltre che al diametroed alle caratteristiche intrinseche del filo o tondoutilizzato, anche al numero di incrodi ed alla lorodislocazione sull’area di saldatura.

Gli elettrodi di saldatura saranno conformati consuperficie piana o con un profilo “ a coltello”, Fig.22

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vedi Fig. 22.e la loro messa in pressione dovrà essere particolarmente curata al fine di ottenere sia uncontatto sia una forza di pressione perfettamente bilanciati su tutti i punti di congiunzione.

Il perfetto allineamento dei “coltelli” sarà decisivo per una perfetta ed identica fusione di tutti gli incroci.

Saldatura di tubi in croce

Allo studio sulla saldatura di tubi in croce, occorrerebbe dedicare numerose pagine. Riteniamo comunqueinteressante esaminare sia pur brevemente, alcuni aspetti del problema.Dobbiamo supporre che sia impossibile far entrare un elettrodo all’interno del tubo e di conseguenzadobbiamo procedere come nel caso della saldatura a proiezione.

Per ottenere buoni risultati si può quindi procedere in modo da localizzare il riscaldamento del tubo su unsolo punto di contatto ed in seguito, mantenere lo stesso, onde evitare la sua deformazione sottol’influenza della forza applicata agli elettrodi.

Per localizzare il riscaldamento del punto di contatto, sarànecessario utilizzare delle intensità secondarie elevate condei tempi di saldatura brevi e, per mantenere il tubo inposizione, si dovranno utilizzare degli elettrodi di formaparticolare cioè con sede a “V” o con sede a “culla” fig.23.

Come detto precedentemente, la saldatura deve essereeseguita osservando alcune precauzioni:• Si possono saldare tubi in croce con un orientamento Fig.23da 90° a 30°• Lo spessore dei tubi deve essere uguale anche se illoro diametro è differente.

La fig. 24 illustra i risultati ottenuti dopo la saldatura senza imbutitura dei particolari e con regolazioni attead ottenere un punto di diametro quasi uguale al diametro del tubo e con una penetrazione dei due pezzidel 15%.

Fig. 24

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Qui di seguito, proponiamo una tabella di regolazione (fig.25), sempre da utilizzarsi come primaimpostazione macchina, scusandoci per il fatto che su questa tabella, un poco “datata”, vengono indicati itempi di saldatura in secondi.Per l’ottenimento dei tempi in cicli o periodi, è sufficiente moltiplicare i dati espressi in secondi per 50.Es.: 0,25” x 50 = 12,5 cicli e quindi la scelta sarà: 12 o 13 cicli.

Fig.25E’ indubbio che, la semplice saldatura di due tubi in croce, ha per risultato un giunto che resisterà moltoalla trazione, ma sarà sempre soggetto a rischi di poca tenuta meccanica se il giunto viene sottoposto aduna torsione.

In tutti quei casi in cui si voglia ottenere una resistenza alla torsione massima, e nel contempo avere unpiano di saldatura dello stesso diametro dei tubi che costituiscono la giunzione, si procederà ad unaimbutitura dei due tubi nel senso longitudinale (fig.26).

Fig.26In questo caso la saldatura è realizzata, in pratica, su quattro proiezioni quindi la resistenza alla torsione èmassima.I tubi non vengono appiattiti, anche se hanno diminuito la loro altezza della metà, mentre invece la sezionea “U” che hanno formato si è raddoppiata e di conseguenza la loro resistenza è notevolmente aumentata.

Le figure 27, 28, 29 vogliono illustrare alcuni particolari tipi di giunzioni che si possono ottenerenell’assemblaggio di particolari forme di tubi.

Fig. 27Saldatura di due tubi “fianco a fianco”.Buoni risultati con punti senza sbavature.

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Fig.28 Saldatura di tubi paralleliQuando si vogliono assemblare due tubi orientatiparallelamente, la lunghezza di contatto dellageneratrice è troppo importante per ottenere unriscaldamento di saldatura localizzato. E’ quindiindispensabile interporre fra i tubi, dei piccoli cilindri o

delle pastiglie di diametro non eccedente tre volte lo spessore del tubo.La saldatura sarà quindi effettuata utilizzando elettrodi assai lunghi; fra i due tubi rimarrà sempre unleggero spazio. E’ scontato che questa saldatura può difficilmente applicarsi ad un lavoro di serie inragione del complicato modo operazionale.

Fig.29 Saldatura di fili su tuboI fili o tondini si saldano molto bene su un tubo purchénon siano disposti parallelamente ad una generatrice.Tuttavia anche in questo caso la saldatura può esserepossibile se il tondino è di piccolo diametro e se si può ammettere. una deformazione sui punti che devonoessere saldati.

Dovendo saldare una lamiera su un tubo si può procedere con due metodologie.

Fig.30 Fig.31

1. Se la lamiera da saldare ha uno spessore inferiore allo spessore del tubo, può essere possibilerealizzare questi punti utilizzando una saldatura a punti con un elettrodo a culla a contatto con il tuboed un elettrodo standard a contatto con la lamiera.

2. Quando invece lo spessore della lamiera è superiore allo spessore del tubo occorre procedere, comeillustrato alle fig. 30 – 31, utilizzando delle proiezioni che devono essere saldate, tutte,contemporaneamente.

Le fig. 32, 33. 34 illustrano alcune possibilità di saldatura a “T” di tubi tondi o quadri su se stessi o sulamiera.

Fig. 32 Saldatura a “T” con tubo rastremato.

Fig. 33 Tubo triangolare su lamiera spessacon bugne a parete sottile.

Fig. 34 Saldatura tubo quadro su lamiera con bugne.

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SALDATURA A RULLI

La saldatura a rulli degli acciai a basso tenore di carbonio non è altro che un derivato della saldatura apunti come già, in precedenza, segnalato nella prima parte di questo piccolo trattato.

Per quanto concerne le regolazione dei vari parametri, come pure le precauzioni da seguire per ottenerebuoni risultati nell’utilizzo di questa tecnologia, non possiamo far altro che rimandare il lettore al capitoloSALDATURA A RULLI, Pag. 70 della prima parte.

Come ulteriore approfondimento è stata qui riportata una tabella sulla quale sono indicate le regolazioniper ottenere cordoni di saldatura “ a tenuta stagna” su lamiere di acciaio dolce.

Fig.34 b

La figura a lato (Fig.34C) illustra la forma dei rulliconsigliata per questo tipo di saldatura .

Fig. 34cQualora il cordone di saldatura non fosse consono ai requisiti desiderati, i parametri di saldatura espressinella tabella della fig. 34C, possono essere variati.

Ad esempio:

* Nel caso si volesse una maggior tenuta stagna, è consigliabile ravvicinare i punti di saldatura ed, inquesto caso, si può aumentare il ritmo della modulazione (più lungo il tempo caldo o più corto il tempofreddo)

** Se invece, si vuole ridurre le deformazioni sul cordone di saldatura a scapito della tenuta stagna, èsufficiente prolungare il tempo freddo (mantenendo inalterata la velocità di saldatura), distanziando così ipunti fra di loro.

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