LA SALDATURA DEI METALLI
Tecnologie tradizionali ed innovative per connessione
liquido-liquido e per contatto solido-solido

Prof. Emilio Ramous , Università di Padova

     

La saldatura è la tecnica di giunzione con la quale si realizza la continuità del materiale metallico tra i due pezzi da congiungere. Il risultato dell’operazione è il cosiddetto "giunto saldato", chiamato anche più semplicemente "saldatura". La continuità fra il materiale metallico costituente i due pezzi da congiungere può essere ottenuta essenzialmente in due modi:
  • per contatto e connessione liquido-liquido, cioè portando a fusione i due lembi del giunto;
  • per contatto solido-solido, cioè senza fusione: in questo caso la connessione si ottiene per mutua diffusione fra i materiali dei due lembi, che rimangono sempre allo stato liquido.

Le modalità di comportamento dei vari materiali nelle operazioni di saldatura vengono definite dalla loro "saldabilità", che ne esprime l’attitudine ad essere saldati. Si tratta di una caratteristica piuttosto complessa che deve riassumere molte "qualità" e deve essere considerata sotto vari punti di vista: un materiale può essere considerato saldabile quando consente semplicemente di realizzare comunque una giunzione, cosa però ben diversa dalla effettiva possibilità di ottenere una giunzione efficace e tecnicamente valida.

E’ quindi opportuno distinguere e definire:

- la "saldabilità operativa" che riguarda la possibilità di realizzare, con una certa tecnologia operativa, semplicemente una connessione di saldatura fra due pezzi metallici;
- la "saldabilià locale" che si riferisce alle modificazioni microstrutturali locali, cioè nel giunto e nella zona adiacente, che possono essere provocate dalla operazione di saldatura, e che possono essere più o meno accettabili;
-la "saldabilità globale" che si riferisce alla possibilità che il giunto saldato possa correttamente entrare a far parte di una struttura o di una costruzione reale, cioè sia in grado di fornire la necessaria resistenza nelle condizioni di esercizio; questo aspetto della saldabilità viene valutato attraverso prove meccaniche specifiche.

TECNOLOGIE DI SALDATURA

Le tecnologie di saldatura attualmente disponibili sono molto numerose (Figura 1). Un importante criterio di classificazione, che costituisce anche un elemento essenziale di qualificazione delle varie tecniche è il cosiddetto "apporto termico", cioè l’entità del calore fornito dalla sorgente termica alla zona del giunto nella saldatura per fusione.
L’apporto termico determina non solo, com’è ovvio, il transitorio termico che subisce il materiale durante l’operazione di saldatura, ma anche le modalità di fusione e risolidificazione del giunto, le modificazioni strutturali conseguenti, ecc.: in definitiva ha una notevole influenza sulla struttura e quindi sulle caratteristiche tecnologiche finali del giunto.
Le principali tecnologie di saldatura, suddivise in base al sistema di riscaldamento sono:

- Processi all’arco elettronico con elettrodi non fusibili (TIG), con elettrodi fusibili (MIG), elettrodi rivestiti, arco sommerso.
- Processi a resistenza, a scintillio, con riscaldamento a induzione.
- Processi con laser, fascio elettronico, plasma.

Si tratta di tecnologie che adottano tutte accurati sistemi di protezione del giunto durante l’operazione di saldatura per evitare o limitare al massimo ogni interazione con l’ambiente circostante ed in particolare con i gas dell’aria. In effetti una esigenza primaria per la saldatura di qualunque tipo di materiale è quella di evitare ad esempio, la formazione di film di ossido sulle superfici da saldare, che invece viene favorita proprio dal riscaldamento fin oltre la temperatura di fusione, dei materiali da saldare. Questa esigenza è ancor più importante nel caso degli acciai inossidabili che, contenendo sempre notevoli percentuali di cromo, presentano una elevata velocità di ossidazione ad alta temperatura con formazione di film di ossidi prevalentemente di cromo.
La saldatura ad arco con elettrodi rivestiti è un processo manuale, nel quale l’arco si forma fra le parti da saldare e l’elettrodo consumabile. Questo è rivestito con materiali a base di ossidi e carbonati destinati a formare una scoria basso fondente che si deposita sul giunto formando un ricoprimento protettivo, e in parte si decompone liberando gas, anch’essi con funzione protettiva. Il cuore metallico dell’elettrodo fonde e fornisce il materiale d’apporto entrando in lega con i lembi della saldatura portati a fusione. Si tratta di un sistema molto versatile e largamente impiegato per quasi tutte le tipologie di giunti, in tutte le posizioni, verticali e orizzontali, ecc.
La saldatura MIG (Metal Inert Gas) è anch’essa una saldatura ad arco, che scocca tra un elettrodo consumabile costituito da un filo continuo e i pezzi da saldare. La protezione è data da un gas inerte, generalmente argon 98% e ossigeno 2%, insufflato dalla stessa torcia di saldatura. Il sistema può lavorare in automatico o semiautomatico.
La saldatura TIG (Tungsten Inert Gas) è invece una saldatura ad arco con gas di protezione, ma con elettrodo non consumabile, che può operare sia in manuale che in automatico, con o senza materiale d’apporto. È un sistema molto versatile che può essere usato in tutte le posizioni e particolarmente utile per spessori sottili data la ristretta localizzazione dell’apporto termico, mentre diventa più lento per spessori più elevati, oltre 6 mm. È un sistema molto usato per ottenere saldature di elevato livello qualitativo.
Nella saldatura ad arco sommerso la zona da saldare è protetta dall’ossidazione da una copertura di un flusso granulare o pulverulento, erogato da una tramoggia, che mantiene il giunto fuori dal contatto dell’aria. Il flusso può avere anche la funzione di fornire al giunto fuso elementi in lega, disossidanti, ecc. Il processo può essere semi-automatico o completamente automatico e può essere impiegato per una vasta gamma di spessori. Si ottengono giunti di qualità elevata, in condizioni ben controllate, anche perchè con questa tecnica l’effetto di riscaldamento è più elevato che con le altre già citate.