Saldatura su lattine di banda stagnata

1. Introduzione

1. Breve descrizione dell’importanza della saldatura nella produzione di lattine.
2. Menzione dei tipi di lattine (due o tre pezzi) e della loro importanza nell’industria conserviera.

La saldatura è un processo essenziale nella produzione di lattine, soprattutto per quelle a tre pezzi, comunemente utilizzate nell’industria conserviera del pesce. Queste lattine sono create da una lastra rettangolare di latta che viene arrotolata in un cilindro e unita da una cucitura verticale saldata. A questa sezione cilindrica si aggiungono due estremità: il fondo o base e il coperchio. Il coperchio viene posizionato dopo aver riempito il contenuto del contenitore. L’unione del coperchio e della base al corpo della lattina avviene attraverso un processo noto come doppia sigillatura, fondamentale per il corretto funzionamento del contenitore, poiché una cattiva esecuzione di questo processo può comportare la perdita dell’ermeticità del contenitore e la possibile contaminazione degli alimenti confezionati dopo il trattamento.

La saldatura elettrica, introdotta negli anni ’60, è un metodo che fornisce energia sotto forma di corrente elettrica per generare il calore necessario a fondere le parti metalliche da unire, senza bisogno di legare. Questa innovazione tecnologica è stata fondamentale per migliorare la produzione di lattine in tre pezzi, come quelle utilizzate per le bevande e le conserve, ed è stata rapidamente adottata nel settore grazie alla sua efficienza.

In breve, la sigillatura è una fase fondamentale nella produzione di lattine che garantisce l’integrità e l’ermeticità del contenitore, proteggendo il contenuto da fattori esterni e impedendone il deterioramento. Ciò è particolarmente importante nell’industria conserviera, dove la qualità e la sicurezza dell’imballaggio sono fondamentali per la conservazione del pesce e di altri alimenti.

• Storia e cronologia

2. Lo sviluppo storico della saldatura delle lattine, con l’evidenziazione di tappe importanti come l’introduzione del processo di saldatura elettrica negli anni ’60.

La saldatura delle lattine è stata una componente cruciale dell’industria dell’imballaggio metallico e il suo sviluppo ha segnato significativi progressi tecnologici nel corso della storia. Una delle pietre miliari più importanti nell’evoluzione della saldatura delle lattine è stata l’introduzione della saldatura elettrica negli anni Sessanta. In questo periodo sono stati sviluppati due diversi processi di saldatura non legati, entrambi finalizzati alla giunzione dei bordi laterali dei corpi delle lattine in tre pezzi.

Il processo di saldatura elettrica si basa sull’applicazione di una certa quantità di energia in un determinato tempo alle aree da unire. Questa energia, fornita sotto forma di corrente elettrica, si trasforma in calore in grado di fondere le parti metalliche da saldare. Continental Can è stata pioniera nell’introduzione di una tecnica nota come “Conoweld”.

Un’altra svolta significativa si è avuta nel 1975 con il sistema di saldatura a filo di spugna (WIMA). Questa tecnica prevedeva l’uso di un filo di rame trafilato e appiattito, aumentando la superficie di contatto nell’area di saldatura e producendo un giunto più resistente e adatto con una larghezza del giro di solo 1 mm. Soudronic ha sviluppato l’uso di questo filo di rame come elettrodo intermedio tra il cordone della lattina e le ruote di saldatura in rame, che ha risolto il problema della contaminazione della superficie dell’elettrodo e migliorato la qualità della saldatura.

Questi progressi hanno permesso ai produttori di lattine di produrre contenitori con cuciture laterali non in lega da utilizzare nell’industria alimentare e in altre applicazioni complesse, segnando un cambiamento significativo nella produzione di lattine e migliorando l’efficienza e la qualità del processo di aggraffatura.

In termini di vantaggi di ciascuna tecnologia:

Conoweld:

• Vantaggi: ha permesso di produrre lattine con un processo di saldatura senza leghe, adatto all’industria alimentare e ad altre applicazioni complesse.

WIMA:

• Vantaggi: La saldatura a filo profilato migliora la qualità della saldatura evitando la contaminazione dell’elettrodo e aumentando la superficie di contatto nella zona di saldatura. Inoltre, i rottami di filo di rame possono essere riciclati, con un conseguente vantaggio economico.

Queste tecnologie hanno rappresentato progressi significativi nella produzione di lattine e hanno migliorato l’efficienza e la qualità del processo di saldatura nel settore.

• Fondamenti di saldatura elettrica

3. Principi fisici che regolano la saldatura elettrica.
4. Descrizione del processo di immissione di energia e della sua trasformazione in calore per la fusione dei metalli.

La saldatura a resistenza elettrica è un processo utilizzato per unire i metalli mediante fusione e può essere eseguita con o senza materiale d’apporto. Questo tipo di saldatura si basa sulla generazione di calore dovuta alla resistenza dei materiali al passaggio di una corrente elettrica ad alta intensità.

Il calore generato durante la saldatura è funzione della resistenza dei materiali e dei contatti (R), dell’intensità della corrente elettrica (I) e del tempo di passaggio della corrente (t), secondo la legge di Joule. La formula matematica che descrive questa relazione è W = R x I^2 x t, dove W è l’energia termica dissipata in Joule, I è la corrente in Ampere, R è la resistenza in Ohm e t è il tempo in secondi.

La configurazione di base della saldatura a resistenza prevede due elettrodi che applicano una forza (F) sui metalli da saldare. Nel frattempo, una corrente elettrica attraversa i metalli per un certo periodo di tempo, generando il calore necessario a fondere i metalli e, insieme alla pressione esercitata, a legarli insieme.

La temperatura di fusione dello stagno, uno dei componenti della banda stagnata, è di 232°C, mentre la temperatura di fusione dell’acciaio di base è di 1200-1300°C. Durante la saldatura, lo stagno si scioglie rapidamente e può depositarsi sugli elettrodi, aumentando la resistenza di contatto. Per evitare questo problema e mantenere l’efficienza del processo, si utilizza un filo di rame tra le pulegge per trasportare la ghiera, evacuare lo stagno e dissipare parte del calore generato.

• Materiali e rivestimenti

4. Descrizione dei materiali utilizzati per la produzione di lattine, come la banda stagnata e l’acciaio cromato (TFS).
5. Importanza della passivazione e peso della stagnatura.

La banda stagnata è un materiale tradizionalmente utilizzato nella produzione di imballaggi metallici, soprattutto per i prodotti alimentari. È costituito da una base di acciaio rivestita da un sottile strato di stagno. Questo rivestimento di stagno è importante perché garantisce la resistenza alla corrosione ed è adatto alla saldatura elettrica, essenziale per la produzione di lattine. Il peso del rivestimento di stagno varia generalmente da 2,8 a 11,2 g/m2, con incrementi di 2,8 g/m2. Per le lattine non rivestite, il peso è solitamente di 8,4 g/m2 o 11,2 g/m2. Lo stagno contribuisce anche alla protezione elettrochimica delle aree esposte della base in acciaio.

D’altra parte, il TFS, o acciaio senza stagno, noto anche come lamiera al cromo, è emerso come alternativa alla banda stagnata in risposta all’aumento del prezzo dello stagno e alle preoccupazioni per l’esaurimento delle sue fonti. Il TFS ha un supporto in acciaio di base ed è protetto da un rivestimento di cromo e ossido di cromo applicato su entrambi i lati. Questo rivestimento è ottenuto per deposizione elettrochimica da soluzioni di acido cromico. Sebbene lo spessore dello strato di rivestimento sia molto inferiore rispetto alla banda stagnata, offre un’elevata uniformità e l’area del metallo ferroso esposto nei pori è minore rispetto alla banda stagnata.

La passivazione è un pretrattamento fondamentale applicato sia alla banda stagnata che al TFS per migliorarne la resistenza alla corrosione. Questo processo comporta la creazione di uno strato protettivo che diminuisce la reattività del metallo e quindi la sua tendenza alla corrosione. Nel caso della banda stagnata, la passivazione si ottiene con un film di passivazione, mentre nel TFS si utilizza un rivestimento misto composto da cromo e ossido di cromo.

La verniciatura è un altro processo che può essere applicato a questi materiali per ridurre ulteriormente il rischio di corrosione. Tuttavia, l’uso di rivestimenti laccati non è sempre fattibile o conveniente e la loro applicazione dipende dal prodotto che la lattina conterrà e dalle condizioni di conservazione a cui sarà sottoposta.

5. Attrezzature e macchinari
   • Regolazioni iniziali e manutenzione delle attrezzature per garantire la qualità della saldatura.

Nel processo di saldatura, una corretta regolazione e manutenzione delle attrezzature è essenziale per garantire la qualità della saldatura. Questo include:

1. Regolare la corrente di saldatura e la forza di saldatura per ottenere una corretta fusione del metallo senza causare ustioni o perforazioni.
2. Mantenere pulite tutte le parti della stazione di saldatura, poiché l’accumulo di sporcizia o detriti può compromettere la qualità del processo. Questo include la pulizia della polvere elettrostatica, la pulizia del distributore di vernice e la pulizia delle ruote di saldatura.
3. Controllare e regolare la geometria della saldatura, come la sovrapposizione, e rettificare il profilo dei cordoni di saldatura per garantire un giunto coerente e resistente.
4. Garantire un’efficace autorizzazione della linea per i cambi di ordini di produzione o per i cambi di turno.

• Problemi e soluzioni nella saldatura

6. Discussione dei problemi di saldatura più comuni.
7. Strategie per prevenire e risolvere questi problemi.

Nella saldatura a resistenza, un metodo comunemente utilizzato nell’industria metallurgica, possono verificarsi diversi problemi che influiscono sulla qualità della saldatura. Di seguito vengono illustrati alcuni dei principali difetti di saldatura e le loro possibili cause:

1. Saldatura a freddo: questo difetto si verifica quando non si raggiunge un calore sufficiente per fondere correttamente i materiali, con il risultato di un giunto debole. Le cause possono essere una corrente insufficiente, una forza dell’elettrodo inadeguata o un tempo di saldatura troppo breve.
2. Saldatura a caldo: Si verifica quando il calore generato è eccessivo e può causare deformazioni o fori nei materiali. Questo può essere il risultato di una corrente troppo alta, di un tempo di saldatura prolungato o di una pressione dell’elettrodo non corretta.
3. Estrusione irregolare: si riferisce all’incoerenza nella forma della saldatura, che può essere causata da una geometria inadeguata dei cordoni di saldatura o da una pressione non uniforme durante il processo.
4. Sovrapposizione conica: un difetto che si manifesta con una sovrapposizione non uniforme dei bordi del foglio, che può essere causato da una regolazione errata della macchina o da un’alimentazione non corretta dei corpi nelle pulegge.
5. Estremità inarcata: si riferisce a una deformazione all’estremità della saldatura, che può essere il risultato di una corona di calibrazione non correttamente regolata.
6. Cortocircuito con il filo: Questo problema si verifica quando si verifica un contatto indesiderato tra il filo e una parte del macchinario, che può causare un’interruzione del processo di saldatura.
7. Contaminazione della saldatura: la presenza di sporco o di particelle estranee nella zona di saldatura può causare un giunto di scarsa qualità.
8. Coda di pesce e ghiere doppie: si tratta di difetti specifici che possono essere legati alla posizione e alla velocità del trasportatore di uscita o a impostazioni errate nel processo di saldatura.
9. Cordone di saldatura a punti freddi: indica aree in cui la saldatura non è stata eseguita correttamente, forse a causa di una corrente insufficiente o di una resistenza di contatto eccessiva.
10. Ossidazione nella saldatura: può essere causata da un’eccessiva esposizione all’aria durante il processo di saldatura, con conseguente formazione di ruggine nel giunto saldato.

7. Protezione per la saldatura
   • Metodi per proteggere la saldatura, sia internamente che esternamente, dagli attacchi del prodotto contenuto e dell’ambiente.
   • Passaggio dall’applicazione di vernici liquide a tecniche più moderne e meno inquinanti.

Per proteggere la saldatura dei contenitori metallici, sia internamente che esternamente, dagli attacchi del prodotto contenuto e dell’ambiente, è stata inizialmente sviluppata una tecnica basata sull’applicazione di una vernice liquida subito dopo la saldatura. Questa vernice è stata applicata con un rullo di feltro impregnato o per nebulizzazione con una piccola pistola a spruzzo, e poi polimerizzata in un forno lineare. Tuttavia, questa tecnica richiedeva la diluizione della vernice con un solvente per ottenere la giusta viscosità e necessitava di attrezzature ausiliarie per ridurre la contaminazione ambientale, cosa che non sempre si otteneva in modo efficiente.

Col tempo, questa tecnica è stata sostituita da metodi più moderni e meno inquinanti. Uno dei progressi in questo settore è stato l’uso di polveri elettrostatiche, che offrono un’applicazione più controllata e riducono l’inquinamento ambientale. La polvere elettrostatica si lega alla saldatura mediante un processo di carica elettrica della polvere, che migliora l’efficienza dell’applicazione e riduce al minimo lo spreco di materiale. Inoltre, si raccomanda di raffreddare la saldatura prima e dopo l’applicazione della vernice per migliorare l’adesione e aumentare la flessibilità della vernice, necessarie per le operazioni di flangiatura e bordatura.

Per la protezione esterna della saldatura, vengono applicate vernici per proteggere dall’umidità e dall’ambiente e vengono eseguiti test di controllo per garantire la qualità dell’applicazione, come il test di assorbimento dell’acqua.