Dispositivi di Decapaggio

Quando la scelta giusta fa la differenza (parte 1)

Dispositivi di decapaggio (parte 1)
Dispositivi di decapaggio (parte 1)

Differenti modelli Clinox per diverse applicazioni

Con il passare degli anni la tecnologia post saldatura si è evoluta, garantendo una pulizia (o lucidatura) del cordone di saldatura molto veloce e con un buon ripristino dello strato passivo dell’acciaio inox. In commercio esistono diversi modelli e diverse tecnologie che promettono grandi risultati. L’idea di avere tra le mani un dispositivo di decapaggio con potenze esagerate potrebbe essere la scelta giusta ma a quale prezzo? Molto spesso si scelgono dei dispositivi che, all’interno della propria azienda, non centrano l’obiettivo di minimizzare i costi e massimizzare il campo d’applicazione. In altri casi l’obiettivo è soprattutto quello di minimizzare i rischi che ne derivano dall’utilizzo di un sistema che utilizza sostanze pericolose e che deve essere utilizzato con tutte le accortezze possibili. In un mondo, come quello del decapaggio elettrochimico, è facile ricevere delle delusioni quando le aspettative sono alte e la macchina non riesce a soddisfarle. Le aspettative sono legate soprattutto alla scelta delle caratteristiche tecniche delle macchine e ai possibili vantaggi che il dispositivo offre.
Quindi i parametri adatti a differenziare i dispositivi possono essere:

Tra i vari parametri non abbiamo nominato la qualità della saldatura. Questo parametro rimane costante in quanto riteniamo opportuno considerare che il cordone sia esente da difetti e che la saldatura non generi:

  • Proiezioni;
  • Composti non metallici (silicati, solfuri, ecc…);
  • Intermetallici (carburi di cromo, ecc…);
  • Cricche e fratture;
  • Forma del giunto non conforme (effetto “colla”).
Dispositivi di decapaggio (parte 1)

A sinistra: Saldatura pulita con il sistema Clinox
A destra: Difetti di saldatura

La promessa di una pulizia del giunto facile e veloce è sempre legata alla volontà del cliente di realizzare un giunto saldato con una qualità tale da agevolare il processo di decapaggio. Le aspettative quindi devono ricadere sul fatto che l’elettro-decapaggio rimuova residui metallici che reagiscono efficacemente con la soluzione elettrolitica accelerata da una forza elettromotrice e non per risolvere eventuali difetti della saldatura. Quest’ultimi devono essere risolti impostando correttamente tutti i parametri del processo di saldatura. Non esistono vie d’uscita fittizie per elevare il prodotto finito a una qualità superiore e battere la concorrenza.

Potenza elettrica e Tecnologia elettronica

La maggior parte delle macchine di decapaggio si suddivide in due categorie:

  • Tecnologia a Inverter;
  • Tecnologia a Trasformatore.
Dispositivi di decapaggio (parte 1)

Inverter vs Trasformatore

L’inverter è un convertitore di energia elettrica. Trasforma la tensione di alimentazione che riceve in ingresso (se alternata) in tensione continua (eventualmente alzando o abbassandone il valore, proprio come fa il trasformatore, pur con un principio completamente diverso), per poi ricreare, in modo completamente elettronico, una tensione in uscita, che può essere fissa o variabile, alternata (periodica o aperiodica) o continua.

I rendimenti dell’inverter sono tipicamente migliori di quelli del trasformatore, non dipendono dai pesi dell’apparecchiatura e dipendono minor parte dal costo dei componenti. Dipendono, invece, dal tipo di circuito (sono svariate le soluzioni circuitali che consentono di ottenere la conversione voluta), dalla qualità e dalla quantità dei componenti utilizzati. Ovvio che circuiterie complesse ed elevato numero di componenti utilizzati possono esporre l’inverter a maggior incidenza dei guasti, e coefficienti di affidabilità tipici delle apparecchiature elettromeccaniche semplici, quali i trasformatori, sono raggiungibili con l’elettronica degli inverter solo utilizzando singoli componenti ad elevatissima affidabilità (con effetto sui costi dell’apparecchiatura).

A parità di potenza convertibile l’inverter, rispetto al trasformatore, può pesare la metà della metà di un trasformatore, unendo alla leggerezza la versatilità di utilizzo (il trasformatore lavora a tensioni di ingresso e uscita fisse, l’inverter può essere costruito per adattarsi a una vasta gamma di tensioni di ingresso e fornire tensioni praticamente arbitrarie in uscita).

Il trasformatore è una macchina elettrica che, attraverso una doppia conversione di energia da elettrica a magnetica e poi, di nuovo, da magnetica a elettrica, trasforma tensione e corrente in ingresso in tensione e corrente diverse in uscita. A seconda delle tecnologie costruttive ha rendimenti elettrici massimi che vanno dal 55-60% all’85-90%. I trasformatori con rendimenti più elevati sono costruiti con tecnologie e materiali pregiati e hanno costi piuttosto elevati.

I trasformatori, inoltre, sono fatti per lo più di rame e ferro (o, in alternativa al ferro, con materiali ferromagnetici a più alto rendimento energetico), quindi sono tipicamente pesanti. Tanta più energia elettrica dovranno trasferire dal loro ingresso alla loro uscita, tanto più materiale deve essere impiegato nella loro costruzione, appesantendo sensibilmente, quindi, le apparecchiature nelle quali vengono integrati.

I trasformatori sono tipicamente impiegati applicazioni nelle quali la tensione di alimentazione non è soggetta a variazioni (né in ingresso, né in uscita), anche se possono essere impiegati come primo stadio di conversione dell’energia in sistemi più complessi (misti elettromagnetici/elettronici). I trasformatori restano, comunque, in una fascia di potenze fra il centinaio di Watt e svariati  kW, il più economico convertitore di energia che può essere scelto in un’installazione elettrica.
Il trasformatore non ha la capacità di adattare i parametri elettrici. Questo determina un notevole dispendio di energia.

Il fatto di non modulare i parametri elettrici comporta la fornitura della massima potenza che potrebbe portare alla creazione di pitting nel momento in cui il la fibra di carbonio non è completamente bagnata dal liquido elettrolitico, causando continue scintille e microscopici danni superficiali. Purtroppo questo difetto è visibile attraverso un microscopio ottico e quindi l’operatore riconosce il danno ormai quando l’acciaio inox è stato installato e riceve i primi segni di corrosione (generalizzata o pitting).

Dispositivi di decapaggio (parte 1)

Corrosione da pitting inseguito alla pulizia utilizzando un trasformatore toroidale

Il trasformatore come tutti i conduttori deve far fronte all’effetto Joule. Quest’ultimo dipende dalla resistenza e dal quadrato della corrente. Al fine di minimizzare tale effetto si deve quindi diminuire la resistenza o l’intensità di corrente. Per ridurre la resistenza, bisogna aumentare la sezione dei conduttori, ma esiste un limite economico e tecnologico nel dimensionamento delle linee elettriche, legato anche al fenomeno della caduta di tensione delle linee stesse. Al fine quindi di abbassare l’intensità di corrente si effettua una trasformazione aumentando la tensione a parità di potenza. Abbassando l’intensità di corrente si rischia di avere un processo di decapaggio lento rispetto a quello con la tecnologia a inverter il quale mantiene costante la corrente e modula invece la tensione.

Tipologie di elettroliti

Gli elettroliti sono molto importanti al processo di decapaggio perché contribuiscono al distacco dei residui di saldatura, creando uno scambio ionico tra l’anodo e il catodo. La reazione è catalizzata dalla corrente elettrica. Quindi una corrente alternata permette di accelerare gli ioni di idrogeno della soluzione contro la superficie del metallo e la dissoluzione dei residui della saldatura. La quantità degli ioni di idrogeno è determinata dal pH della soluzione. Più acida è la soluzione più la concentrazione di ioni è alta, favorendo quindi il distacco dei residui. Potrebbe essere un elemento favorevole ma se la soluzione contiene acidi troppo aggressivi, potrebbe portare a rovinare la finitura superficiale del metallo base, cambiando l’effetto estetico e la finitura superficiale. Soluzioni contenenti acidi forti possono portare ad aggredire eccessivamente la superficie fino, per esempio, a lasciare inclusioni acide che potrebbero portare a fenomeni di corrosione se non neutralizzati in maniera corretta.

Un aspetto molto importante è il ripristino dello strato passivo. Quindi se la soluzione elettrolitica rimane ancorata sulla superficie oppure aggredisce troppo la superficie, l’acciaio inox che potrebbe trovarsi in una sezione dell’azienda immerso in una polvere di ferro o da altri agenti contaminanti non ha la possibilità di formare quello strato protettivo che lo rende molto interessante da molti costruttori.

Un altro importante fattore è la conducibilità delle soluzioni elettrolitiche. A parità di pH, per esempio, una soluzione elettrolitica che ha una conducibilità più alta ha la possibilità di pulire molto più velocemente la superficie dell’acciaio inox. La conducibilità è fortemente legata alla quantità di acido presente in soluzione. All’aumentare della concentrazione di acido in soluzione aumenta la conducibilità elettrica della soluzione fino a un valore massimo che, superato il quale, la conducibilità decresce fortemente. Sfruttando questi due parametri si può ottenere una soluzione elettrolitica che abbia la giusta quantità di ioni di idrogeno (pH), massimizzando la conducibilità elettrica della stessa.La variabilità del pH e della conducibilità elettrica ci permette di differenziare i prodotti elettrolitici in base all’applicazione e pericolosità:

  • Concentrazioni di acido superiore al 50%: Applicazioni per pulire/lucidare le saldature impegnative come quelle a elettrodo e MIG/MAG;
  • Concentrazioni di acido fino al 25%: Applicazioni per pulire saldature TIG;
  • Concentrazioni di acido allo 0%: Applicazioni nel campo della farmaceutica, nucleare, alimentare oppure in situazioni in cui l’azienda sceglie un approccio ecologico e sicuro.

A parità di potenza sprigionata dalla sorgente elettrica e tipologia di saldatura, la riduzione della quantità di acido all’interno di una soluzione elettrolitica determina un abbassamento della velocità di decapaggio. Con queste conclusioni si potrebbe pensare di utilizzare una concentrazione di acido molto alta per ottimizzare il processo di decapaggio anche su saldature non impegnative come il TIG ma se l’operatore gestisse il processo di decapaggio in modo tale da incrementare la potenza elettrica e ridurre la quantità di acido,a parità di velocità di decapaggio,  avrebbe il vantaggio di:

  • Mantenere inalterata la finitura superficiale dell’acciaio inox;
  • Assenza di aloni;
  • Aumentare la sicurezza del processo di decapaggio.

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