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Difetti di saldatura

Air Liquide illustra i difetti di saldatura più frequenti e spiega come evitarli.

Molto spesso i saldatori si trovano a dover affrontare i difetti saldatura e porvi rimedio. Tali difetti non sono sempre facili da individuare con la semplice osservazione. Air Liquide spiega nel dettaglio quali sono i principali difetti e come fare per evitarli.

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saldatura

I materiali da saldare 

In generale, la maggior parte dei metalli può essere saldata con i processi TIG / MIG / MAG o LASER con più o meno difficoltà sotto il profilo metallurgico o operativo.

I diversi tipi di acciaio

Esistono differenti tipologie di acciaio 

  • Acciai non legati o acciaio al carbonio
  • Acciai inossidabili ferritici o martensitici
  • Acciai inossidabili austenitici

Ciascuna di queste categorie si comporta in modo diverso e, all'interno di queste stesse categorie, determinate leghe possono presentare specificità proprie.

È opportuno quindi, nella pratica, definire con metodo gli ambiti operativi di saldatura per ciascuno dei materiali e dei processi utilizzati.

I principali difetti di saldatura 

I difetti di saldatura possono essere suddivisi in due categorie: difetti connessi al processo o ai parametri operativi e difetti metallurgici.

Cricca a caldo 

Per garantire la geometria dell'assemblaggio, i pezzi vengono generalmente bloccati. L'aumento della temperatura durante le operazioni di saldatura provoca una dilatazione termica che si traduce in sollecitazioni meccaniche dato che il il pezzo non può dilatarsi liberamente. In funzione dell'energia lineare e delle proprietà meccaniche del giunto connesso alla lega con un impatto potenziale degli elementi di lega aggiunti nel metallo d'apporto, sul cordone può comparire una cricca durante la solidificazione.

Porosità/soffiature 

A seconda del materiale, nel cordone possono comparire porosità o soffiature. L'arco elettrico va infatti a rompere i legami delle molecole presenti e favorisce il passaggio di elementi atomici nel bagno di fusione. Al momento della solidificazione, possono quindi formarsi delle ‘bolle’ in funzione del limite di solubilità degli elementi nella matrice metallica.

Ad esempio alcune sostanze non sono compatibili tra loro in funzione della qualità richiesta:

  • L'acciaio al carbonio supporta esclusivamente basse quantità di azoto
  • L'alluminio è incompatibile con l'idrogeno (che può provenire dall'umidità dell'aria o dallo strato di allumina)

Va osservato che l'impiego di un gas di protezione svolge un ruolo importante nel prevenire la comparsa di porosità. Molto spesso non si tratta esclusivamente  della purezza del gas quanto piuttosto della posizione della torcia, della regolazione della portata, ecc. Anche la preparazione della superficie riveste particolare importanza, soprattutto nel caso di lamiere preverniciate in acciaio o di pezzi in alluminio.

Difetti geometrici

L'energia lineare è un elemento importante. A velocità di avanzamento costante è opportuno osservare i parametri elettrici per definire il trasferimento di calore alla lamiera facendo riferimento alle schede di calcolo che riuniscono gli effetti incrociati del processo, del tipo di configurazione (angolo, ecc.).

Anche il tasso di metallo depositato è di fondamentale importanza per garantire una buona tenuta meccanica.

Una volta definiti questi parametri, deve essere ottimizzata la geometria del cordone. Nei processi regolati, il risultato è indicato nelle schede di qualifica dei procedimenti (WPS)  nelle quali sono identificati tutti i parametri critici quali ad esempio  tipo di posizione di saldatura, configurazione della saldatura, ecc.

È opportuno prestare particolare attenzione a:

  • Penetrazione: profondità massima della zona fusa. Deve essere sufficiente senza tuttavia essere eccessiva, onde evitare il rischio di foratura della lamiera. In determinati processi, vengono utilizzati supporti a  rovescio per garantire la penetrazione senza infossamento. Tali supporti possono essere in rame raffreddato ad acqua, a meno che tale materiale non sia vietato dal codice di costruzione.
  • Forma della penetrazione: per la saldatura ad angolo, ad esempio, la penetrazione cosiddetta "a dito" è sinonimo di mancata penetrazione alla radice; sono preferibili penetrazioni compatte, ad esempio a ‘calice’.
  • Sovraspessore di cordone gestito: benché indispensabile, è opportuno limitare il sovraspessore, con riferimento ai codici di costruzione applicabili, al fine di ottimizzare il tasso di deposizione e la produttività.
  • Forma del cordone: gli angoli di collegamento (legati alla bagnatura) devono essere i più raccordati possibile. Ad esempio, nel caso di assemblaggi soggetti a usura, angoli troppo netti possono concentrare le sollecitazioni e portare alla rottura.

Per tutti questi parametri esistono calibri o sagome che permettono di verificare con semplicità i parametri geometrici osservabili del cordone.

Cavità: talvolta, vicino al cordone, si nota una mancanza di fusione (in casi estremi anche la formazione di humping), che è spesso correlata a una velocità eccessiva o a un'inadeguata regolazione della tensione elettrica.

Cricca a freddo

La cricca a freddo è l'incubo dei saldatori: si tratta di fratture che possono apparire su determinati materiali diversi giorni dopo la saldatura, spesso al momento della messa in tensione o della messa in funzione del pezzo.

Il principio è piuttosto complesso: a seconda del materiale (acciaio inox ferritico, ad esempio), dell'idrogeno, detto diffusibile, può inserirsi nella matrice metallica durante la saldatura. Questi atomi di idrogeno migrano sul bordo di grano della struttura e avviano delle fratture al momento della messa in tensione. È pertanto particolarmente importante verificare la sensibilità del materiale da assemblare alle cricche  a freddo al fine di adottare le opportune misure.

Alterazione delle proprietà meccaniche

È opportuno scegliere le migliori coppie filo/gas per garantire le proprietà meccaniche. Gli effetti di un'eccessiva concentrazione di ossigeno disciolto o di un trasferimento scorretto degli elementi di lega nell'arco possono essere rilevanti.

Allo stesso modo, nel caso della saldatura degli acciai inox austenitici, l'eccessiva ossidazione crea la precipitazione dei carburi di cromo che riducono localmente  la resistenza alla corrosione.

I soli parametri elettrici di corrente/tensione possono influire significativamente sulle variazioni di taglia dei grani di solidificazione e inficiare pesantemente le prestazioni meccaniche.

Aspetto della saldatura

Sono numerosi i parametri che possono alterare l'aspetto e quindi la qualità del cordone. Si possono citare:

  • colorazioni dei cordoni in inox. Se il cordone non è adeguatamente protetto, è necessario verificare i parametri operativi, ad esempio l'utilizzo di uno scudo (scarpetta di protezione) protettivo in automatico per proteggere il cordone ancora caldo dopo il passaggio dell'elettrodo.
  • silicati, di norma sotto forma di agglomerati di materiale di aspetto vetroso in superficie. Possono causare difetti nella saldatura multipass o porre ulteriori problemi, ad esempio in seguito alla verniciatura (scagliatura).

Ancora una volta, la scelta della coppia filo/gas riveste una grande importanza.

Riassumendo, la formazione dei saldatori deve includere l'esecuzione di un'ispezione visiva finale dell'operazione di saldatura per soddisfare i criteri di qualità prescritti.

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