Corso di Tecnologia Meccanica ( ING/IND16) CF 8. Saldature. Sistemi di Produzione/ Tecnologia Meccanica

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1 Corso di Tecnologia ( ING/IND16) CF 8 Saldature

2 Saldatura: Processo di unione permanente di due componenti meccanici. Variabili principali: Lega da saldare Spessore delle parti Posizione di saldatura Produzione da effettuare Metallo Base (MB) Metallo d Apporto (MA) * Giunto Saldato * Può essere aggiunto a quello base per la formazione del giunto

3 Classificazione dei procedimenti di Saldatura Saldature AUTOGENE: Saldature ETEROGENE: MB fonde, formando il giunto saldato MB non prende parte alla formazione MA può essere presente o no (dipende del giunto saldato dallo spessore da saldare e dal procedimento) MA sempre presente (forma il giunto) MA metallurgicamente simile al MB MA diverso dal MB e con T fusione inf.

4 Posizioni di Saldatura e Tipi di Giunto Posizioni di Saldatura In piano Verticale Frontale Sopratesta di testa Tipi di Giunto di spigolo a L a T a sovrapposizione

5 SALDATURA CON GAS Saldatura con Gas = Saldatura Autogena per Fusione Sorgente di calore: fiamma ottenuta mediante la combustione di un gas (generalmente acetilene) con l ossigeno Caratteristiche del Gas: alta temperatura di fiamma (la fiamma ossiacetilenica ha la più alta temperatura ottenibile con gas) elevato contenuto termico (la fiamma ossiacetilenica ha la più alta quantità di calore generato nell unità di tempo) bassa reattività della fiamma con MB e MA (la fiamma ossiacetilenica limita l ossidazione del MB poiché ha un basso consumo di ossigeno e prodotti di combustione particolarmente riducenti) stabilità e facilità di regolazione della fiamma

6 SALDATURA CON GAS Schema delle varie zone di una fiamma ossiacetilenica e delle temperature Dardo: avviene la reazione esotermica primaria Zona di Saldatura (o Zona Riducente * ) Fiocco (o Zona Ossidante ** ) Per effettuare una buona saldatura è necessario che i lembi dei pezzi da saldare si trovino nella zona riducente, principalmente non per l alta temperatura ma per motivi di reattività chimica. *Riduzione: acquisto di elettroni **Ossidazione:perdita di elettroni

7 SALDATURA CON GAS Attrezzatura necessaria: bombole di ossigeno e di acetilene cannello: attrezzatura per la miscelazione dei due gas, la regolazione (attraverso rubinetti) e l indirizzamento della fiamma. Deve essere dimensionato in modo che: V gas >V propagazione fiamma (evitando cosìaccensioni nel cannello) Cannello ad Alta Pressione O 2 (0,1-,3 MPa) aspira nel Venturi l acetilene a bassa pressione Cannello a Bassa Pressione O 2 ed acetilene sono alla stessa pressione (0,075 MPa) 1 bar = 10 5 Pa

8 SALDATURA CON GAS Caratteristiche e prestazioni del procedimento: Senza MA nel caso di spessore sottile Nel caso di spessori elevati MA è indispensabile per formare il cordone di saldatura Se MA è necessario, esso deve essere metallurgicamente simile al metallo base Non adatto a leghe refrattarie e reattive Adatto per acciai a basso tenore di carbonio Scarsa penetrazione del procedimento Dipendente dall operatore Equipaggiamento di facile movimentazione

9 SALDATURA AD ARCO ELETTRICO con elettrodo rivestito Saldatura ad Arco Elettrico = Saldatura Autogena per Fusione Saldatura manuale piùdiffusa Calore necessario alla fusione generato da un arco (elettrodo -MB) Elettrodo di materiale fusibile Pinza porta elettrodo per dirigere l arco Rivestimento: sviluppa fumi (H 2 e CO 2 ) di protezione per l arco ed il MB dal contatto con l atmosfera e l ossidazione.

10 SALDATURA AD ARCO ELETTRICO con elettrodo rivestito L = lunghezza arco V = tensione ai capi dell arco R = resistenza I = corrente Se L aumenta Ł V ed R aumentano Ł I diminuisce Arco difficile da controllare Se L > 7-8 mm Ł Dispersione di calore notevole Penetrazione della saldatura scarsa Assorbimento di O 2 ed N 2 da parte del MB Cordone con scarse qualità meccaniche e metallurgiche

11 SALDATURA AD ARCO ELETTRICO con elettrodo rivestito Se L < 3 mm Ł Surriscaldamento eccessivo del pezzo Incollamento dell elettrodo Spegnimento dell arco Cordone con scarse qualità meccaniche e metallurgiche Il mantenimento della corretta lunghezza dell arco dipende dall operatore

12 SALDATURA AD ARCO ELETTRICO con elettrodo rivestito Trasferimento del metallo d apporto Il calore generato dall arco provoca la fusione sia del MB che del MA (anima dell elettrodo). Le forze che provocano il passaggio del MA (sotto forma di gocce la cui dimensione dipende dalla corrente di saldatura e dal rivestimento) attraverso l arco sono: peso proprio forze elettromagnetiche gas che si sviluppano dal rivestimento forze magnetodinamiche tensione superficiale.

13 SALDATURA AD ARCO ELETTRICO con elettrodo rivestito Soffio Magnetico sull Arco I di saldatura Ł Campo Magnetico che avvolge l arco elettrico Ł l arco èsoggetto a forze elettromagnetiche che tendono a deviarlo Ł serpeggiamenti Ł mantenere l arco il piùcorto possibile Preparazione del MB Perché preparare i lembi? Per assicurare: Giusta penetrazione Giunto sano La preparazione dipende da: Penetrazione richiesta dalla saldatura Spessore delle lamiere e tipo di giunto Posizione di saldatura Tipo di MB

14 SALDATURA AD ARCO ELETTRICO con elettrodo rivestito Caratteristiche e prestazioni del procedimento: Di facile utilizzo in operazioni di manutenzione e riparazione sul campo velocità di saldatura maggiore rispetto alla saldatura a gas costo di saldatura minore rispetto alla saldatura a gas Possibilitàdi saldare spessori diversi Adatto per acciai al carbonio, basso-legati, inossidabili, leghe leggere, ghisa, rame Non adatto per leghe a basso punto di fusione dato l intenso calore generato dall arco Non adatto per spessori troppo sottili Non economico nel caso di grossi spessori e/o notevoli lunghezze di cordone

15 SALDATURA TIG (Tungsten InertGas) Saldatura ad Arco Elettrico * in Atmosfera Inerte Il Tungsteno non prende parte alla fusione (il MB si) MA sotto forma di bacchette (sistema manuale) o di filo (sistema automatico) La zona di saldatura (arco, elettrodo, MB fuso e MA) si trova immersa in un ambiente inerte, costituita da gas argon o elio o entrambi. Ciò impedisce l ossidazione del giunto saldato. Il gas protettivo fuoriesce dall ugello in punta alla pistola. * Saldatura Autogena per fusione

16 SALDATURA TIG (Tungsten InertGas) Saldatura ad Arco Elettrico * in Atmosfera Inerte Tipologie di corrente utilizzate per la saldatura TIG di vari materiali

17 SALDATURA TIG (Tungsten InertGas) Saldatura ad Arco Elettrico * in Atmosfera Inerte Caratteristiche e prestazioni del procedimento: Metodo efficace che consente di ottenere saldature di elevata qualità Adatta per leghe di Alluminio e Magnesio e materiali reattivi (titanio, zirconio) Adatta per spessori sottili, dato che l elettrodo di Tungsteno consente di mantenere archi stabili con correnti basse (fino a circa A) Meno adatta per spessori medi e grossi, da un punto di vista economico Procedimento costoso (costo del tungsteno e dei gas inerti) Riservato ai materiali piùpregiati ed agli spessori sottili Possibilità di contaminazione del MB da parte del Tungsteno, formando inclusioni dure e fragili

18 MIG = Metal Inert Gas MAG = Metal Active Gas TIG = Tungsten Inert Gas SALDATURE MIG e MAG Elettrodo fusibile (MA) (saldatura a filo continuo) saldatura semiautomatica la velocità di avanzamento del filo è controllata pistola raffreddata da un sistema di circolazione di acqua MIG: gas protettivi Argon o Elio (costo elevato, non giustificato nella saldatura di acciai a basso tenore di carbonio) MAG: gas protettivi CO 2 Shutgas o

19 SALDATURE MIG e MAG Trasferimento del metallo d apporto: short arc : formazione di gocce di grosse dimensioni che, allungandosi verso MB, creano un corto circuito e spengono momentaneamente l arco. Deposizione oraria bassa. No limiti relativamente alla posizione della saldatura. spray arc : elevato numero di gocce che passano attraverso l arco senza spegnerlo. Deposizione oraria elevata ed elevata penetrazione. pulsed arc : in corrispondenza ad impulsi di corrente superiori ad un valore di transizione, si ha il distacco dal filo di una goccia che si deposita sul MB.

20 Caratteristiche e prestazioni del procedimento: Saldatura Semiautomatica o Automatica per acciai, acciai inossidabili, leghe di rame, leghe leggere Minore professionalità richiesta all operatore Elevata penetrazione SALDATURE MIG e MAG Elevata velocità di esecuzione ed assenza di scoria Attrezzatura costosa, poco maneggevole e piùcomplessa.

21 Saldatura Automatica SALDATURA IN ARCO SOMMERSO Moto relativo tra la testa saldante ed il MB Elettrodo, costituente anche il MA, caratterizzato da avanzamento a velocità controllata Arco elettrico e cratere di fusione sul MB sono continuamente ricoperti dal flusso (limitata ossidazione e nitrurazione) L arco non èvisibile dall esterno causa il flusso. Parte del flusso fonde e solidifica sopra il cordone. Inoltre il flusso può reagire chimicamente con le impurezze del MB (zolfo e fosforo) trasformandole in scoria e può limitare la velocità di raffreddamento del cordone con vantaggi metallurgici. Risultato: cordone di elevata qualità e di forma regolare.

22 Unità di Controllo: SALDATURA IN ARCO SOMMERSO Regola corrente (I), tensione d arco (V) e velocitàdel filo (v) Velocità di fusione del filo PROPORZIONALE a I Tensione d arco (V) PROPORZIONALE alla Lunghezza dell arco La Lunghezza dell arco viene mantenuta costante misurando la tensione d arco e variando di conseguenza la velocità di trascinamento del filo.

23 SALDATURA IN ARCO SOMMERSO Se I aumenta Ł Penetrazione aumenta insieme al consumo di flusso Se V (tensione d arco) aumenta Ł Penetrazione diminuisce ma il consumo di flusso aumenta Se velocità di saldatura (moto relativo tra testa e pezzi da saldare) aumenta Ł Penetrazione diminuisce ed aumenta la possibilità di inclusioni di scoria

24 SALDATURA IN ARCO SOMMERSO Caratteristiche e prestazioni del procedimento: Ottima per saldare acciai al carbonio, debolmente e mediamente legati, acciai inossidabili, il nickel e le sue leghe (no per leghe leggere, acciai per utensili, ghisa) Alta Penetrazione e Deposizione Oraria Valida soluzione per grossi spessori Posizione di saldatura: in piano o d angolo, causa la presenza del flusso saldature di grossi elementi di travature nel settore della carpenteria saldature su grossi pannelli nel campo della cantieristica navale.

25 EFFETTI TERMICI DELLA SALDATURA Ciclo termico di saldatura I cicli termici di saldatura dipendono da: posizione del punto procedimento di saldatura

26 EFFETTI TERMICI DELLA SALDATURA Ciclo termico di saldatura I cicli termici di saldatura dipendono da: posizione del punto procedimento di saldatura spessore e tipo di giunto materiale base temperatura iniziale

27 EFFETTI TERMICI DELLA SALDATURA Caratteristiche metallurgiche del giunto saldato Influenza della temperatura sui ritiri, deformazioni e tensioni residue Trattamento termico di distensione: caratteristiche e vantaggi