GENERALITÀ La saldatura è un processo che consente di unire due pezzi metallici, mediante l'azione del calore, realizzandone la continuità. La saldatura può essere ottenuta con o senza materiale di apporto, che può essere fornito in modo diverso nei vari processi utilizzati. Nel linguaggio comune con il termine saldatura si indica anche la zona dove si realizza il collegamento dei pezzi. La saldatura ha avuto in questi ultimi anni un notevole sviluppo, sostituendosi quasi completamente alla chiodatura (nelle strutture metalliche), a complicate operazioni di fusione, di fucinatura e di stampaggio (nei bancali di macchine e nei pezzi con forme geometriche difficili) e ad alcune lunghe lavorazioni alle macchine utensili (nei pezzi flangiati). Vantaggi della saldatura Le unioni saldate presentano i seguenti vantaggi rispetto a quelle chiodate: -maggiore velocità, in quanto la preparazione dei lembi da saldare è più facile dell'esecuzione dei fori per la chiodatura -minor peso e minor costo -maggior robustezza (i fori dei chiodi indeboliscono la struttura) -facilità di modifica (rinforzo con aggiunta di elementi anche in opera). Le strutture saldate presentano i seguenti vantaggi rispetto a quelle fuse: -si ottengono strutture complesse senza la necessità del modello, sempre necessario per le fusioni -si possono ottenere strutture con parti di spessore diverso, senza generare fessurazioni o cricche. -si possono creare pezzi con parti costituite da materiali aventi caratteristiche diverse. -l'operazione di saldatura è più veloce, meno pesante, meno pericolosa e meno inquinante dell'operazione di fusione. Con le nuove tecnologie è possibile saldare tutti i materiali comunemente impiegati nelle costruzioni, come ad esempio acciaio, ghisa, alluminio e sue leghe, rame e sue leghe, zinco, piombo. Generalmente viene garantita una resistenza di collegamento pari a quella posseduta da un pezzo intero costruito con lo stesso materiale. I pezzi complessi ottenuti con procedimento di saldatura vengono di solito sottoposti al successivo trattamento termico di distensione e normalizzazione, per togliere le tensioni interne che nascono durante il raffreddamento dei giunti.
CLASSIFICAZIONE DEI PROCESSI DI SALDATURA (UNI 1307-1a parte) Si riportano in forma schematica i vari processi di saldatura esposti nella tabella UNI 1307-1a parte. Secondo tale norma, i processi di saldatura si possono dividere in due grandi famiglie: saldature autogene, quelle in cui il collegamento avviene per fusione parziale dei lembi da unire, con l'eventuale aggiunta di altro materiale d'apporto. In queste saldature viene realizzata la continuità strutturale tra i pezzi da saldare. saldature eterogene, (brasature saldobrasature), quelle in cui il collegamento avviene per fusione del solo materiale d'apporto che si frappone tra i lembi da unire, i quali non fondono neanche parzialmente. In queste saldature non viene realizzata la continuità strutturale tra i pezzi da saldare. Una classificazione più dettagliata dei procedimenti di saldatura prevede una loro suddivisione nelle quattro categorie di seguito riportate. Saldature per fusione ad arco - con elettrodi fusibili ad aria libera, ad arco sommerso, in gas protettivo MIG (Metal Inerte Gas), MAG (Metal Active Gas), elettrogas - con elettrodi non fusibili TIG (Tungsten Inert Gas) - al plasma (arco trasferito) a gas ad elettroscopia a luce focalizzata - a laser - a luce d'arco
Saldature per resistenza a punti a scintillio a rulli ad alta frequenza a rilievi a induzione testa a testa a scintillio Cenni Generali Giunti Saldati Saldature per pressione a ultrasuoni per diffusione ad attrito per pressione a gas per bollitura per pressione a freddo a esplosione a scarica elettrica Brasature brasatura forte brasatura dolce saldobrasatura Come si può notare, i procedimenti di saldatura sono tanti e diversificati, al punto da costituire una parte importante della tecnologia, peraltro ancora in piena evoluzione.
La saldatura si distingue in: Cenni Generali Giunti Saldati manuale Saldatura Autogena: si realizza con la partecipazione attiva del metallo base ( il metallo d'apporto può anche non esserci). Nella saldatura Autogena si intende raggiungere nella giunzione la stessa resistenza meccanica dei pezzi da saldare. Per fusione Per pressione ad arco ossiacetilenica - alluminotermica - elettronica - con laser bollitura - laminazione - esplosione a resistenza sommerso sotto gas per punti - per rilievi - a rulli - per forgiatura - a scintillio automatica - semiautomatica - a doppio filo - sotto scoria TIG - MIG - MAG dei prigionieri - ultrasonora Saldatura Eterogena Brasatura: si realizza essenzialmente per l'azione del metallo d'apporto che si bagna ed attraverso un processo di capillarità entra tra i lembi non fusi del metallo base. Saldobrasature: sono quelle brasature che richiedono smussi aperti sui pezzi da unire in analogia a quanto normalmente richiesto nelle saldature autogene per fusione. Brasatura propriamente detta o capillare: il metallo d'apporto si infiltra per attrazione capillare tra le parti da unire che vengono preparate con superfici quasi accostate ( attrazione capillare). dolce: metallo d'apporto con temperatura di fusione inferiore a 450 C Forte: metallo d'apporto con temperatura di fusione maggiore a 450 C
DEFINIZIONI Cenni Generali Giunti Saldati Saldabilità In termini generali, la saldabilità è "l'attitudine con cui un materiale si presta alla realizzazione di costruzioni nelle quali sia garantita la continuità strutturale con caratteristiche e qualità desiderate". Per determinare la saldabilità devono essere presi in considerazione diversi fattori: temperatura di fusione del materiale base; temperatura di fusione degli ossidi; necessità di protezione gassosa per prevenire fenomeni di ossidazione; preparazione dei lembi; necessità di pulire meccanicamente e/o chimicamente le parti prima di unirle; sensibilità ai cicli termici severi possibile comparsa di porosità; sensibilità alle cricche a caldo; fluidità problemi durante la saldatura sopratesta o in verticale; conduttività termica ed elettrica; fenomeni di ritiro.
La saldabilità di un materiale deve essere riferita al processo di saldatura applicato per esempio, le leghe di Al sono ben saldabili con le tecniche MIG o TIG ma non possono essere saldate con fiamma ossiacetilenica. I procedimenti MIG e TIG prevedono l uso di gas inerti al fine di proteggere il bagno di saldatura ed il materiale circostante. Oltre ai metodi di saldatura per fusione, per saldare le leghe di Al vengono utilizzati i procedimenti di saldatura allo stato solido, quali ad esempio la saldatura per attrito o la Friction Stir Welding. Al fine di unire alluminio con materiali caratterizzati da temperatura di fusione molto superiore (ad esempio acciaio) si usa il procedimento di saldatura per esplosione, oppure si possono effettuare brasature. Metallo base (Mb): è il materiale di cui sono costituiti i pezzi da saldare. Metallo d apporto (Ma): è il materiale che, fuso insieme al metallo base, concorre alla formazione del cordone di saldatura e quindi alla formazione del giunto. Cordone di saldatura: è costituito dal metallo base e da quello d apporto ( se presente ), solidificati per raffreddamento dopo la fusione. Cianfrino: spazio esistente tra i lembi da saldare, destinato a essere riempito dal materiale d'apporto. Lembi: superfici delle lamiere che delimitano il cianfrino. Energia termica: è il calore necessario per la fusione del metallo base e di quello d apporto. La fonte di calore può essere di natura diversa (fiamma ossiacetilenica, arco elettrico, laser etc ). Arco elettrico Nella saldatura ad arco la fonte di calore che genera la fusione del materiale è fornita grazie ad un fenomeno chiamato arco elettrico, che si genera per effetto termoionico tra un elettrodo e il pezzo da saldare. tale fenomeno consiste nell'accelerazione degli elettroni che per effetto termoionico lasciano
il catodo, che è l'utensile con il quale si salda, e si muovono verso l'anodo che è il pezzo. molti libri dicono che tale fenomeno risulta essere notevolmente instabile, e si può attenuare tale instabilità attraverso una alimentazione in corrente continua oppure attraverso le schermature con flussi o con gas. Zona fusa (ZF): rappresenta la porzione di lega metallica che raggiunge la temperatura di fusione; è composta dal metallo base e dall eventuale metallo d apporto. Zona termicamente alterata (ZTA): parte del giunto saldato che non raggiunge la fase liquida ma subisce le modifiche microstrutturali per i cicli termici di saldatura. L estensione e le proprietà della Z.T.A. dipendono da: temperatura raggiunta, velocità di raffreddamento, parametri di saldatura,calore specifico e conducibilità termica