Saldatura dei cavi: come funzionano i cavi di saldatura e cosa dovrebbe sapere ogni saldatore

Nel settore due cose vanno sotto il nome di "saldatura di cavi" e confonderle fa perdere tempo. Il primo è il cavo di saldatura stesso, il conduttore pesante e flessibile che trasporta la corrente da una saldatrice all'elettrodo e viceversa. Il secondo è il processo di saldatura o brasatura dei cavi insieme, un compito che si presenta nelle infrastrutture elettriche, nella costruzione navale e nella manutenzione industriale pesante. Entrambi contano ed entrambi hanno conseguenze reali se gestiti in modo errato.

Questa guida tratta la costruzione, la selezione e l'uso sicuro dei cavi di saldatura, nonché il modo in cui le apparecchiature per la saldatura a gas entrano in gioco per unire le terminazioni dei cavi e i conduttori.

Cosa significa realmente la saldatura dei cavi

Nella maggior parte dei contesti tecnici e commerciali, "cavo di saldatura" si riferisce ai conduttori del circuito secondario utilizzati nei sistemi di saldatura ad arco. Questi sono i cavi flessibili che collegano il generatore di saldatura al portaelettrodo da un lato e al morsetto di massa del pezzo dall'altro. Senza di essi non circola corrente, non si forma arco e non avviene saldatura.

Il secondo significato è più letterale: l'atto di saldare o brasare insieme le estremità o i corpi dei cavi, unendo conduttori di rame, terminando i capicorda su conduttori di grosso spessore o giuntando a caldo fasci di cavi isolati. Ciò si verifica frequentemente nei lavori sulle infrastrutture elettriche, nelle operazioni minerarie, nelle costruzioni navali e ovunque i conduttori di grosso calibro necessitino di una connessione permanente a bassa resistenza anziché di un connettore meccanico.

Entrambe le applicazioni condividono la stessa sfida fondamentale: corrente elevata, calore elevato e ambienti fisici impegnativi che penalizzano apparecchiature scelte in modo inadeguato o con scarsa manutenzione.

Come sono costruiti i cavi di saldatura

Un cavo di saldatura non è un cavo elettrico standard messo in servizio. È stato progettato da zero per flessioni ripetute, esposizione al calore, spruzzi di saldatura e movimentazione brusca nei cantieri dove nulla rimane pulito o fermo a lungo.

Il conduttore è sempre rame a filamento sottile. Laddove un cavo da costruzione standard potrebbe utilizzare una manciata di fili spessi, un cavo di saldatura utilizza centinaia di fili di rame sottilissimi raggruppati insieme. Questo è ciò che conferisce al cavo la sua caratteristica flessibilità: si piega senza attorcigliarsi, si arrotola senza rompersi e si srotola senza memoria. Le due classi di trefoli più comuni sono la Classe K (trefoli da 30 AWG, lo standard industriale per la saldatura manuale e l'alimentazione portatile generale) e la Classe M (trefoli da 34 AWG, l'opzione più flessibile utilizzata nei bracci di saldatura robotizzati, nelle installazioni in spazi ristretti e nel lavoro su tubazioni).

La giacca isolante è termoindurente, non termoplastico. EPDM (etilene propilene diene monomero) e neoprene sono i materiali dominanti. Entrambi resistono agli spruzzi di saldatura, all'abrasione, all'umidità e all'esposizione ai raggi UV. L'EPDM gestisce meglio le temperature estreme e mantiene la flessibilità in condizioni di freddo. Il neoprene offre una maggiore resistenza agli oli e ai fluidi a base di petrolio. Nessuno dei due funziona bene a contatto prolungato con benzina o idrocarburi simili: una considerazione importante nei cantieri in cui il carburante e le apparecchiature di saldatura condividono lo stesso spazio.

La maggior parte dei cavi per saldatura hanno una tensione nominale di 600 volt, sebbene esistano anche cavi da 100 volt per specifiche applicazioni a bassa tensione. La temperatura operativa nominale è generalmente di 90°C o 105°C a seconda del composto isolante utilizzato.

Scegliere il cavo di saldatura giusto per il lavoro

Tre variabili per la selezione del cavo di comando: portata, lunghezza totale del circuito e tipo di isolamento. Sbagliare uno qualsiasi di essi provoca caduta di tensione, surriscaldamento, degrado accelerato del cavo o un vero e proprio guasto sotto carico.

Ampiezza è la corrente massima che un cavo può trasportare senza superare l'aumento di temperatura nominale. Un cavo 2/0 AWG gestisce circa 200 A con una lunghezza totale del circuito di 50 piedi. Un cavo 4/0 AWG gestisce circa 300 A alla stessa lunghezza. Questi non sono massimi rigidi: il ciclo di lavoro è importante. Un cavo valutato per 200 A con un ciclo di lavoro del 60% si surriscalderà se utilizzato continuamente a quella corrente.

Lunghezza del cavo aggrava il problema. La resistenza aumenta con la lunghezza, il che significa che la caduta di tensione aumenta e la potenza effettiva all'arco diminuisce. La regola pratica è aumentare la sezione del cavo di almeno un AWG per ogni 50 piedi aggiuntivi di lunghezza totale del circuito oltre la linea di base. Una saldatrice da 300 A con 100 piedi di cavo totale necessita di 3/0 AWG, non di 2/0 AWG che sarebbe sufficiente a 50 piedi. In caso di dubbio, aumentare le dimensioni: un cavo più grande funziona a temperature più basse, dura più a lungo e mantiene la qualità dell'arco.

Tipo di isolamento dipende dall'ambiente. L'EPDM è la scelta giusta per la maggior parte delle operazioni di saldatura, in particolare lavori all'aperto o applicazioni in climi freddi. Il neoprene è l'opzione migliore quando è probabile il contatto del cavo con oli, fluidi da taglio o lubrificazione. Negli ambienti in cui sia le apparecchiature per il taglio del gas che i sistemi di saldatura ad arco operano in stretta vicinanza (una configurazione comune nelle officine di fabbricazione e nei cantieri navali) scegliere un isolamento in grado di gestire l'esposizione accidentale al calore derivante dal lavoro con cannello e dagli spruzzi di saldatura.

Dove si inserisce l'attrezzatura per la saldatura a gas

Le apparecchiature per la saldatura ad arco e l'ossitaglio spesso operano fianco a fianco e vi sono attività specifiche in cui le apparecchiature a gas assumono un ruolo guida, in particolare nei lavori di terminazione dei cavi e di brasatura dei capicorda.

Il collegamento dei capicorda in rame ai cavi di saldatura di grosso diametro richiede calore concentrato e controllato per far fluire la saldatura o il metallo d'apporto per brasatura nel cilindro del capocorda e nel fascio di trefoli senza bruciare l'isolamento o ossidare il rame. Una crimpatura a resistenza gestisce questo problema meccanicamente, ma per giunti permanenti ad alta conduttività, soprattutto in ambienti minerari, navali e industriali pesanti, un giunto brasato riscaldato a gas offre una resistenza inferiore e una migliore affidabilità a lungo termine rispetto a una connessione crimpata sottoposta a cicli termici ripetuti.

Torce di riscaldamento ossiacetilenico costruite per lavori di brasatura e giunzione precisi dei cavi fornire la potenza termica localizzata e regolabile necessaria per questo processo. La capacità di regolare la dimensione della fiamma e l'intensità del calore fa sì che l'area del giunto raggiunga la temperatura di brasatura senza surriscaldare l'isolamento adiacente: un equilibrio difficile da ottenere con fiamme di taglio o saldatura più grandi. Per il lavoro sul campo in cui è importante la portabilità, a Torcia portatile per saldatura e riscaldamento a gas per lavori sul campo fornisce la stessa precisione in un formato compatto adatto a spazi ristretti e siti remoti.

Le apparecchiature di riscaldamento a gas vengono utilizzate anche per preriscaldare le aree di terminazione dei cavi prima della stagnatura, per rimuovere i capicorda corrosi o grippati su apparecchiature obsolete e per ammorbidire e riformare i rivestimenti isolanti esterni durante le operazioni di riparazione dei cavi dove la sostituzione completa non è praticabile.

Sicurezza nella saldatura dei cavi: cosa richiede l'OSHA

I cavi di saldatura trasportano corrente elevata in ambienti difficili e i requisiti normativi esistono per un motivo. Sotto Standard OSHA sulla saldatura ad arco per il settore edile (29 CFR 1926.351) , tutti i cavi di saldatura e taglio ad arco devono essere completamente isolati, flessibili e dimensionati per la corrente massima del lavoro in corso. Lo standard specifica inoltre che il cavo deve essere esente da riparazioni o giunzioni per almeno tre metri dall'estremità del portaelettrodo. Quando i cavi vengono uniti, i connettori devono essere isolati e dimensionati almeno per la stessa capacità del cavo stesso.

I cavi con isolamento danneggiato, conduttori scoperti esposti o giunzioni compromesse devono essere messi fuori servizio. Lo standard industriale generale dell'OSHA va oltre: richiede la sostituzione anziché la riparazione dei cavi di saldatura danneggiati nella maggior parte dei casi. Tentare di coprire con nastro adesivo un taglio o un'abrasione nell'isolamento e continuare a utilizzare il cavo costituisce sia una violazione della conformità che un vero e proprio rischio di elettrocuzione.

Ulteriori requisiti di sicurezza specifici per gli ambienti di saldatura dei cavi includono:

• I saldatori non devono avvolgere o avvolgere i cavi degli elettrodi attorno a nessuna parte del corpo durante la saldatura
• I cavi di ritorno a terra devono avere una capacità di trasporto di corrente pari o superiore alla potenza totale delle unità di saldatura che servono
• Tutti i telai delle saldatrici ad arco devono essere messi a terra tramite il cavo del circuito o un conduttore di terra separato
• I cavi devono essere tenuti lontani da fonti di calore, spigoli vivi e punti di schiacciamento che potrebbero danneggiare l'isolamento

Quando le apparecchiature a gas operano nello stesso spazio dei cavi di saldatura e dei sistemi di saldatura elettrica, è necessario un ulteriore livello di sicurezza. Le linee dell'ossitaglio e i cavi elettrici devono essere instradati separatamente per evitare che i tubi del gas vengano danneggiati dagli spruzzi dell'arco o che l'isolamento del cavo venga deteriorato da perdite di gas. Scaricatori di ritorno di fiamma che proteggono le linee del gas in ambienti di saldatura ad alta corrente sono attrezzature essenziali ovunque torce a gas e sistemi ad arco condividano lo spazio di lavoro: un evento di ritorno di fiamma vicino a una linea di fornitura di gas non protetta è molto più pericoloso di entrambi i pericoli presi singolarmente. Per una panoramica completa dei requisiti di sicurezza lato torcia, la guida su precauzioni di sicurezza per il cannello da taglio che ogni operatore dovrebbe seguire copre l'intero protocollo.

Ispezione e manutenzione dei cavi di saldatura

I cavi di saldatura si guastano gradualmente, poi all'improvviso. La fase graduale (rottura dell'isolamento, affaticamento del filo di rame, allentamento dei connettori) è interamente rilevabile con un'ispezione disciplinata prima dell'uso. La fase improvvisa solitamente comporta un cortocircuito, un arco elettrico o un guasto dell'apparecchiatura che interrompe la produzione e può ferire il personale.

Prima di ogni turno, ispezionare l'intera lunghezza sia del cavo dell'elettrodo che del cavo di lavoro per individuare eventuali crepe, tagli o danni da abrasione nell'isolamento. Prestare particolare attenzione alle estremità dei cavi in ​​prossimità di connettori e supporti, dove si concentrano le sollecitazioni meccaniche. Controllare la tenuta e la corrosione di tutti i collegamenti: un capocorda allentato o un collegamento in rame con sfumature verdi introduce resistenza che genera calore e degrada la qualità dell'arco.

L'isolamento dei cavi in ​​EPDM e neoprene è resistente ma non indistruttibile. Le fonti di danno più comuni includono apparecchiature che rotolano su cavi, cavi appoggiati su bordi strutturali affilati e contatto prolungato con scintille abrasive o calore della torcia da taglio. Far passare i cavi attraverso guaine protettive in aree ad alto traffico e tenerli sollevati dal pavimento, ove possibile, prolunga significativamente la durata.

Sostituisci i cavi nei tempi previsti, non solo in caso di guasto. Un cavo utilizzato quotidianamente per due o più anni ha accumulato un notevole affaticamento del filo conduttore anche se il rivestimento esterno sembra intatto. La resistenza di un cavo usurato è misurabilmente superiore a quella di un cavo nuovo della stessa dimensione e il degrado delle prestazioni dell'arco è reale prima che si manifesti qualsiasi danno visibile. Mantenere i cavi di riserva sul posto significa che lo scambio dei cavi richiede pochi minuti anziché spegnere un'intera stazione di saldatura.