AREA I - ARTE TECNICO SCIENTIFICA (ATS)
Capitolo ATS.P02: "Metodologie di Restauro: Le Saldature" - Pagina 06

Gli argomenti di questa pagina sono stati inseriti da Ing. Michele Cuzzoni nel 2012, aggiornati il 21/04/2016, e sono desunti dalla Bibliografia riportata a fondo pagina.

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Tecnologia Meccanica - Le lavorazioni per saldatura

 

 

 

INDICE:

 

 

Definizioni

 

Saldatura: Processo di unione permanente di due componenti meccanici

 

 

Una saldatura è detta:

• omogenea

• eterogenea

• autogena

• eterogena

 

 

Saldatura per fusione: Fusione e susseguente solidificazione dei lembi con o senza materiale d’apporto. Fusione con gas o tramite arco elettrico.

 

Saldatura per pressione: Pressione meccanica combinata col riscaldamento dei pezzi da unire.

 

Brasatura: Fusione elettrica o chimica del solo metallo d’apporto.

 

INDICE

 

 

Classificazione dei procedimenti di saldatura

 
Autogene Eterogene
Gas  - Ossiacetilenico Brasatura - Dolce
  - Forte
Arco - Elettrodi rivestiti  
- Arco sommerso Saldobrasatura
- Tig  
- Mig - Mag
 
Resistenza - Rulli
- Punti
 
Stato solido - Attrito
- Ultrasuoni
 
Altre - Laser
- Fascio elettronico
- Alluminotermica
- Plasma
- …..

 

INDICE

 

 

Posizioni del giunto rispetto all'operatore

 

 

 

 

INDICE

 

 

Tipo di giunto (posizione reciproca dei pezzi da saldare)

 

 

INDICE

 

Forme dei lembi

 

Preparazione dei lembi: forma geometrica più opportuna per

• facilitare la saldatura

• caratteristiche meccaniche del giunto

• fusione completa su tutto lo spessore

• buona penetrazione del materiale d’apporto

 

INDICE

 

Procedimento di saldatura

 

 

INDICE

 

Ripresa al rovescio

 

 

  • operazione eseguita se possibile operare dalla parte opposta
  • aumenta la tenacità del giunto
  • Preparazione dei lembi
  • Esecuzione del giunto
  • Solcatura al vertice
  • Passata di ripresa

 

 

 

INDICE

 

Forma della superficie esterna del cordone di saldatura

 

 

  • Cordone a forma piana
  • Cordone a forma concava
  • Cordone a forma convessa
  • Economia del MA
  • Resistenza del giunto
  • Esigenze estetiche e pratiche

 

 

 

 

INDICE

 

 

Saldabilità

 

Attitudine con cui un materiale si presta alla realizzazione di unioni saldate di volute caratteristiche con un determinato procedimento.

 

 

INDICE

 

 

Cicli termici di saldatura

Variazione di temperatura nel tempo

 

 

INDICE

 

 

Variazioni della struttura metallografica - Caratteristiche fisiche e tecnologiche

 

 

INDICE

 

 

Struttura metallurgica del giunto

 

ZF Rapporto di diluizione (Rd)  = (Vmbfuso * 100) / Vtot zona fusa

 

  Rd
Brasatura  0%
Sald senza ma 100%
TIG 20 - 40%
Arco sommerso 10 - 65%
MIG - MAG 5 - 40%

 

Solidificazione da esterno a interno - Struttura dendritica - Dimensione grani dipende dal ciclo termico (velocità di raffreddamento)

Le nuove passate rifondono quelle precedenti - migliora la tenacità

ZTA: trasformazioni allo stato solido

• Massima temperatura

• Severità del ciclo termico

• Composizione chimica MB

Acciai a basso contenuto di carbonio:

- ingrossamento del grano

- affinamento della grana (normalizzazione)

- trasformazione della austenite in ferrite e perlite con grana più fine

Caratteristiche meccaniche simile a MB

Acciai a medio tenore di carbonio: strutture fragili, cricche a freddo

 

INDICE

 

Ritiri, deformazioni e tensioni residue

Tutti comportano: Trattamenti termici di distensione

INDICE

 

Difetti nelle saldature

 

Cricche a caldo (ZF) Cricche a freddo (ZTA) Rottura fragile
Elevato tenore di carbonio Strutture dure e fragili Strutture che lavorano a bassa T
Elevato tenore di impurezze nel MB Presenza di idrogeno Strutture con intagli
Tensioni di ritiro elevate Tensioni di ritiro elevate Tensioni di ritiro elevate

 

INDICE

 

Saldatura con gas

• Fiamma ottenuta mediante la combustione di un gas con l’ossigeno

• Cannello: ossigeno: comburente - gas: combustibile

• Caratteristiche gas:

Ø alta temperatura di fiamma

Ø elevato contenuto termico

Ø bassa reattività della fiamma con il metallo base e d’apporto

Ø stabilità e facilità di regolazione della fiamma

INDICE

 

 

Saldabilità dei materiali alla fiamma

 

• Acciaio: • Gas utilizzati
C < 0.4 facilmente saldabile.

0.4 < C < 0.6 cattiva saldabilità (MA basso tenore di C).

C > 0.6 preriscaldo dei lembi.

Combustibile

 Fiamma  Temperatura
• Ghise: preriscaldo del pezzo. Acetilene Ossiacetilenica  3200 °C
• Rame: ottima saldabilità. Butano Ossibutanica 2850 °C
• Alluminio: pericolo ossidi. Propano Ossipropanica 2750 °C
• Ottone: cattiva saldabilità. Metano Ossimetanica 2750 °C
• Bronzo: cattiva saldabilità. Idrogeno Ossidrica 2500 °C

 

• Metallo d’apporto

Filo metallico di diverse dimensioni, composizione e caratteristiche

Spessore pezzi ø Bacchetta
1 ÷ 2 1 ÷ 2
3 ÷ 4 2,5 ÷ 3
5 ÷ 6 3,5 ÷ 4
7 ÷ 8 5 ÷ 6
9 ÷ 12 6 ÷ 7
oltre 12 7 ÷ 8

 

INDICE

 

 

Saldatura ossiacetilenica

 

C2H2

• T di fiamma 3200 °C

• Maggior quantità di calore generato nell’unità di tempo

• Minor consumo di ossigeno

• Prodotti di combustione (CO e H) riducenti

C2H2 + O2 2CO +H2 + 106.000 Cal

2CO +O2 2CO2 + 137.000 Cal

H2 + 1/2O2 H2O + 58.000 Cal

Fiamma neutra (acciai, ghisa, rame, Al)

carburante (processo di indurimento superficiale)

ossidante (bronzi e ottone)

Attrezzature

• alimentatore di ossigeno

• alimentatore di acetilene

• organi di collegamento e regolazione

• cannello

• posto di lavoro con utensili e attrezzature ausiliarie

 

Cannello

• miscela i due gas

• permette la regolazione della fiamma

• dirige la fiamma localizzando l’apporto termico

Potenza del cannello: litri di C2H2 bruciati in un’ora

Spessore (mm) Potenza (l/h di C2H2)

0,3 – 1

25 – 100

1 – 2

100 – 200

2 – 4

200 – 400

4 – 6

400 – 600

6 – 9

600 – 900

9 - 12

900 - 1200

 

 

Cannello a bassa pressione

O2: 0,1 – 0,3 MPa

C2H2: 0,01 MPa

 

Cannello ad alta pressione

O2 -C2H2: 0,075 MPa

Più pericolosi

Erogazione fissa

Modalità operative

• Senza metallo d’apporto per spessori sottili

• Materiale d’apporto simile a metallo base

• Pulizia superfici

Caratteristiche e prestazioni

• no leghe reattive

• acciai a basso tenore di carbonio

• buona controllabilità del processo

• scarsa penetrazione

• adatto a spessori sottili

• costi e tempi elevati per grossi spessori

• equipaggiamento versatile, trasportabile e di basso costo

 

Taglio con cannello ossiacetilenico

Taglio per ossidazione - Adatto per acciai al carbonio o debolmente legati

- Tinnesco reazione di ossidazione <Tfusione metallo

- reazione di ossidazione fortemente esotermica

- Tfusione ossido < Tfusione metallo

Manuale: spessori 50mm, vel 7/9 m/h

A CN: spessori fino a 500mm, vel 34 m/h

Se Tfusione ossidi >Tfusione metallo

(Acciai inox e ghisa)

iniezione polvere di ferro nella zona di taglio

 

 

INDICE

 

Arco elettrico

 

• Elettrodi rivestiti

• Arco sommerso

• TIG

• MIG/MAG

 

Sorgente di calore di natura termoelettrica

Il calore è fornito da un arco voltaico che scocca tra i pezzi da saldare e il materiale d’apporto

Scarica elettrica continua tra i due poli a diverso potenziale

Iniziale contatto fra i due elettrodi

Corrente ionizza aria che permette passaggio di corrente anche senza contatto elettrodi

L’arco può essere:

• DIRETTO

• INDIRETTO

 

INDICE

 

 

Richiami

 

Circuito elettrico

- generatore

- utilizzatore

- cavi di collegamento

Grandezze caratteristiche

I [A]

?V [V]

Legge di Ohm

?V=R I

 

 

Corrente continua

I costante nel tempo

Senso di percorrenza costante

Polo + e polo -

 

Corrente alternata

I non costante nel tempo

Senso di percorrenza varia

 

Gli elettroni vanno verso l’anodo (+)

Gli ioni positivi sono diretti verso il catodo (-)

Corrente continua

temp anodo 3500-4000 °C

temp catodo 2600-2800 °C

Corrente alternata

temp catodo = temp anodo

 

 

 

 

INDICE

 

 

Schema di funzionamento

• Calore (4000°C) fornito da arco elettrico tra pezzo e elettrodo

• Innesco arco con iniziale contatto

• Scorre corrente di intensità elevata che surriscalda elettrodo e metallo base, ionizza aria e innesca arco

• Energia arco si trasforma in calore

 

Anima e rivestimento fondono

Arco proietta gocce di anima fusa sul pezzo che si amalgamano nel bagno di fusione

Rivestimento:

parte gassosa avviluppa l’arco

parte liquida galleggia sopra bagno di fusione e solidifica (scoria)

 

 

INDICE

 

Elettrodi

1) materiale da saldare

2) bacchetta

 

Anima (Filo metallico metallurgicamente simile a metallo base)

• conduce corrente

• fornisce metallo d’apporto

 

Materiale rivestimento

La composizione del rivestimento influenza sensibilmente i risultati dell’operazione di saldatura

Ossidante: a base di ossidi di ferro, manganese e silicio

Bassa penetrazione, scoria spessa e solida, facilmente asportabile

Caratteristiche meccaniche e tecnologiche del giunto basse

Saldature in piano

Acido: a base di ossidi metallici e ferroleghe

Buona qualità del giunto, penetrazione buona

Anche per saldature frontali e verticali

 

Basico: a base di carbonato di calcio e fluorite

Elevate proprietà meccaniche e tecnologiche del giunto

Saldature di qualunque posizione

 

Cellulosico: a base di materie organiche

Buone qualità meccaniche e tecnologiche del giunto, scoria facilmente asportabile

Bassa penetrazione, elevato sviluppo di fumi

Saldature in tutte le posizioni

 

Al rutilo: a base di ossidi di titanio

Buona stabilità dell’arco, Aspetto cordone buono

 

Ad alto rendimento: a base di polvere di ferro, rende fino a 160%

Rendimento = Peso metallo depositato sul cordone/Peso anima metallica consumata

 

A forte penetrazione: a base di ossido di titanio e cellulosa

Penetrazioni doppie rispetto al normale

Rivestimento (miscela di sostanza particolari)

Parte gassosa:

• protegge il bagno di fusione dalle ossidazioni

• favorisce la stabilità dell’arco (in caso di corrente alternata) con lo sviluppo di

• gas ionizzanti

 

Parte liquida:

• trattiene impurezze presenti nel MB

• protegge il cordone di saldatura da ossidazioni superficiali

• se rivestimento contiene carbonati di calcio o magnesio depura il bagno da sostanze nocive (zolfo e fosforo)

• apporto di elementi che migliorano le caratteristiche meccaniche e tecnologiche del cordone

 

Si

acciai al carbonio, acciaio inox, leghe leggere, ghisa, rame, nickel e sue leghe

 

No

metalli a basso punto di fusione (a base di stagno, piombo e zinco)

metalli reattivi (titanio e zirconio)

 

 

Caratteristiche

L’elettrodo va sostituito (interruzione operazione)

Eliminazione scoria dopo ogni passata

Attrezzatura semplice e portatile

Velocità maggiore e costo inferiore a saldatura ossiacetilenica

Saldatura di parti di diversi spessori

Poco competitivo rispetto altri processi ad arco

Giunzione di testa di tubi per trasporto fluidi

Spessore minimo 1 mm

 

Difetti tipici:

• inclusione scoria nel cordone

• porosità

- impurezze del metallo base

- umidità assorbita dal rivestimento

- elevata velocità di saldatura che impedisce l’evaporazione dei gas

• cretti longitudinali

- formazione di cricche a caldo durante la deposizione di cordoni sottili su pezzi di grosso spessore, a causa di un ritiro ostacolato

- cricche a freddo per le tensioni di ritiro in pezzi di grande spessore e rigidezza

• discontinuità derivanti da incompleta fusione dei lembi da saldare

corrente di saldatura elevata fusione di una massa eccessiva di elettrodo in un tempo troppo breve non totale riempimento ai bordi

   

Impianti e apparecchiature

Generatore di corrente

Pinza portaelettrodo

Morsetto

Banco di lavoro

 

 

INDICE

 

Arco sommerso

 

Arco scocca tra elettrodo e metallo base e rimane sotto la protezione di un flusso granulare

Materiale d’apporto: filo nudo continuo

Flusso granulare protegge da ossigeno ed azoto

Unità di controllo:

intensità di corrente, tensione d’arco

velocità del filo

Corrente continua o alternata

 

Spazzola di rame trasmette corrente al filo

Flusso granulare in abbondanza

scoria - Parte in eccesso aspirata

 

Flussi prefusi o neutri:

costituiti da floruro di calcio, carbonato di calcio, e silicato di manganese

Cotti in forno e successivamente macinati

Solo funzione protettiva (le reazioni chimiche fra gli elementi avvengono nella fase di cottura)

Flussi agglomerati o attivi:

costituiti da silicati, ferroleghe di manganese, silicati di sodio e potassio, ossidi di tungsteno

Componenti macinati, agglomerati in forno con leganti ed essiccati

Funzione protettiva e metallurgica

Caratteristiche

Vantaggi

• Funzionamento semiautomatico o completamente automatico

• Cordone è più pulito, uniforme e di composizione controllata mediante il flusso granulare

• Velocità di saldatura è maggiore rispetto al processo ad arco rivestito

• Riduzione del tempo di fermo impianto per la sostituzione degli elettrodi rispetto alla saldatura con elettrodi rivestiti

• Alta penetrazione e alta deposizione oraria (diminuzione del numero di passate)

• Deformazioni dei pezzi minime

• Correnti di saldature molto elevate (nella zone dell’arco la resistenza elettrica diminuisce per la presenza del flusso fuso che diventa elettroconduttore)

Limitazioni

• Flusso preservato da contaminazioni, che potrebbero causare porosità nel cordone di saldatura

• Metallo base completamente privo di scaglie, ruggine, grassi e altre sostanze contaminanti

• Eliminazione scoria prima di effettuare eventuali passate successive

• Posizione di saldatura: in piano o d’angolo

 

Si acciai al carbonio, acciaio inox, acciai debolmente e mediamente legati, nickel e sue leghe

No leghe leggere, acciai da utensili, ghisa

Applicazioni

• saldatura longitudinale di tubi anche di ampio raggio

• saldature su grossi pannelli di elevato spessore (fino a 60 mm)

carpenteria navale e ferroviaria

Nelle saldature elettriche azione ossidante dell’aria sia del bagno di fusione che dell’arco

Azione protettiva rivestimento spesso non è sufficiente

 

Uso di gas inerti o di gas attivi: TIG - MIG - MAG

Gas inerte: non si combinano con altri elementi del bagno di fusione ed escludono l’aria dal contatto con la zona da saldare

Gas attivi: si combinano con elementi presenti nel metallo base

 

 

INDICE

 

 

• saldatura in tutte le posizioni

• qualità molto elevata

• no scoria

• complessità, e scarsa trasportabilità dell’apparecchiatura necessaria

• costo elevato

• elettrodo corto per permettere l’afflusso del gas protettivo alla zona di saldatura

• problemi in ambienti fortemente ventilati

• conveniente per saldature di piccoli spessori (fino a 12 mm) spessore minimo circa 2 mm

 

TIG (Tungsten Inert Gas)

Gas: argon, elio, miscele di Ar-He, Ar-CO2

Elettrodo: astina di tungsteno (T fusione 3000°C) infusibile

Materiale d’apporto: bacchetta(manuale) o filo (automatico)

Arco tra elettrodo e metallo base

Arco, elettrodo, metallo base fuso e metallo d’apporto in ambiente inerte

 

Polarità diretta: flusso di elettroni verso materiale da saldare

alta penetrazione

Polarità inversa: flusso di elettroni verso elettrodo

surriscaldamento elettrodo

Bombardamento ioni positivi distrugge ossidi formati con leghe di Al e Mg

inclusioni di tungsteno nel bagno

Corrente alternata

 

Caratteristiche:

• Adatto per qualsiasi materiale (leghe di Al e Mg e materiali molto reattivi - Ti,Zr)

• Costo elevato gas

• Non si formano scorie

• Facilità di esecuzione

• Qualità ottima ad eccezione materiali a Tfusione bassa (stagno, piombo e zinco)

• Velocità di avanzamento bassa

• Poco competitivo per spessori medi e grossi

Usi:

acciai pregiati, acciai inox, rame, ottone, leghe leggere (alluminio e magnesio)

materiali molto reattivi (titanio e zirconio)

 

Componenti

• torcia

• elettrodo di tungsteno

• metallo d’apporto

• pezzo

• entrata acqua

• scarico acqua

• generatore

• flussometro

• Manometro

• Bombola di gas

• Economizzatore

• Tubo del gas

 

 

MIG (Metal Inert Gas) - MAG (Metal Active Gas)

Gas protettivo MIG: argon, elio

Elettrodo: filo continuo fusibile

Arco tra filo e metallo base

Dispositivi semiautomatici o automatici

Corrente continua con polarità inversa

Arco, metallo base fuso e metallo d’apporto in ambiente inerte

 

MAG: CO2

azione disossidante affidata al filo elettrodo che contiene elementi di lega di manganese e silicio

 

Saldature semiautomatiche ed automatiche

Velocità alte

Apparecchiature più costose e complesse meno trasportabili

Assenza di scoria

Forte penetrazione

No per zone difficili da raggiungere

 

MIG:

Gas costosi

Al, rame acciai inox con spessori notevoli

 

MAG:

Qualità inferiori a TIG e MIG

Meno costoso

acciai dolci o basso legati di grossi spessori

 

Componenti

• motore e dispositivo avanzamento filo

• filo elettrodo

• pezzo

• cavi circolazione acqua

• condotto gas alla pistola

• generatore

• flussometro

• Manometro

• Bombola di gas

• Economizzatore

• Unità di controllo

 

Trasferimento del metallo d’apporto (TIG - MIG - MAG)

Modalità “short-arc” tensioni d’arco ‹ 20 V, gocce grosse che spengono momentaneamente l’arco

bagno di fusione freddo, rapida solidificazione

Spessori sottili in qualunque posizione

Modalità “spray-arc”

Tensioni d’arco › 25 V, tante gocce piccole, non spengono l’arco

Spessori grossi, elevata penetrazione e deposizione oraria

Modalità “pulsed-arc”

ottenibile con particolari macchine: due diversi livelli di correnti sull’elettrodo, il più basso per surriscaldare l’elettrodo e l’altro per far distaccare la goccia (riduzione distorsioni)

Piccoli spessori

 

 

INDICE

 

Saldatura elettrica a resistenza per punti

 

• Forte riscaldamento localizzato in una regione ristretta di contatto tra le lamiere da collegare, ottenuto attraverso la circolazione di una corrente di elevata intensità e bassa tensione

• Pressione sui due lembi attraverso l’azione di due elettrodi

• No metallo d’apporto

• Realizzazione di vari punti di saldatura

• Scioglimento del metallo base

Superfici esterne e elettrodi:

surriscaldamento

 

Calore sviluppato per effetto Joule = f (resistenza elettrica complessiva)

Q = k I Rtot

2 t

Rtot = r1 + r2 + r3 + r4 + r5 + r6

 

r1: resistenza degli elettrodi

r2: resistenza di contatto fra l’elettrodo superiore e la superficie esterna della lamiera sovrastante

r3: resistenza della lamiera superiore

r4: resistenza di contatto derivante dall’aderenza delle facce interne delle lamiere

r5: resistenza della lamiera inferiore

r6: resistenza di contatto fra l’elettrodo inferiore e la superficie esterna della lamiera sottostante

 

Idealmente:

r4 ›› r1 , r2 , r3 , r5 , r6

In pratica:

r4 = r2 › r6 = r1

Elettrodi in rame (r1 bassa)

Circuito di raffreddamento ad H20

r2 = f (forma elettrodi, pressione)

 

 

 

INDICE

 

Fasi di realizzazione di un punto di saldatura

 

Accostaggio: elevata pressione (aderenza dei materiali e debellamento tensioni residue)

Saldatura: circolazione di corrente di elevata intensità e bassa tensione

Mantenimento a pressione: transizione da configurazione fusa a solida

Riposo: distacco elettrodi

Schema saldatrice per punti

 

Elettrodi

• Elevata conducibilità termica e elettrica

• Bassa resistenza di contatto con i materiali da collegare rischio surriscaldamenti superficiali

• Rame elettrolitico crudo, rame-zirconio o rame-cadmio-zirconio

• Superficie troncoconica per far convergere la corrente e la pressione

• Pulizia periodica delle punte degli elettrodi

• Sostituzione in presenza di abrasioni, bruciature locali

• Consigliabile l’impiego di elettrodi avente bassa affinità coi materiali

Schemi di saldatura per punti

E = elettrodi

P = pezzi da saldare

T = trasformatore

B = base di sostegno

INDICE

 

Schemi di saldature multiple

Giunzione di due pezzi attraverso la realizzazione di vari punti di saldatura, opportunamente distanziati e distribuiti sulla superficie di contatto

• Collegamento di lamiere, anche di diversi materiali e spessori

• Facilmente ed economicamente adattabile a produzioni industriali attraverso un processo di automazione (automobilistico)

• Non necessita di metallo d’apporto, eventuali polveri o atmosfere protettive, lavori di finitura

• Possibilità di impiego di manodopera non specializzata

• Saldatura per sovrapposizione (spessori fino a 15mm)

• Giunzione di lamiere in acciaio rivestito superficialmente con metalli o leghe resistenti alla corrosione

• Consigliabile pulizia superfici delle lamiere

 

Saldatura elettrica a resistenza per rulli

• Rulli di rame motorizzati (ø = 50 ÷ 600 mm):

garantiscono pressione

e avanzamento lamiere

• Dispositivo automatico controllato

elettronicamente fornisce impulsi di corrente di

intensità richiesta ad intervalli di tempo prefissati

• Sistema di contatti striscianti

• t 0

linea di giunzione continua

(saldatura continua a resistenza)

 

I fase: accostamento; II fase: saldatura; III fase: raffreddamento sotto pressione; IV fase: distacco elettrodi

 

Vantaggi rispetto a saldatura a punti:

· Ottenimento di giunzioni stagne

· Tutti i comuni tipi di materiali metallici e le loro leghe (no rame)

Svantaggi rispetto alla saldatura per punti:

· si possono realizzare linee rette

· le lamiere non devono presentare marcate variazioni di spessore

 

Saldatura a resistenza a proiezione

Analoga a saldatura per punti ma in una lamiera viene realizzata una

sporgenza

Lamiere di piccolo spessore (0.25 - 3.5mm)

 

Schema impiantistico per saldatura a proiezione (S = sporgenza)

Vantaggi e svantaggi rispetto a saldatura per punti

l’usura degli elettrodi diminuisce

migliore qualità del giunto realizzato

tempi di saldatura ridotti

preparazione dei rilievi

utilizzo di saldatrici di potenza elevata

 

 

 

 

INDICE

 

Saldatura per attrito

 

Calore prodotto dall’attrito di strisciamento tra 2 superfici

Compressione e rotazione di uno

Tubi barre cilindriche

 

 

INDICE

 

Saldatura al plasma

 

Arco elettrico scalda gas

Aumento energia cinetica del gas

Si liberano e- dagli urti

plasma

Torcia

Elettrodo di tungsteno

Arco elettrico ionizza gas

Raffreddamento ad acqua

Con o senza MA

MA: bacchetta o filo continuo

 

Tipologie di archi

Arco diretto: operazioni di taglio e di saldatura

Arco indiretto: saldatura di piccoli spessori

(basso potere calorifico)

Pot alto

 

Utilizzo di un secondo gas (Ar e miscele):

funzione protettiva

A: Elettrodo

B: Gas plasma

C: Canale raffreddamento

E: Canale gas protezione

F: Boccola

G: Arco

 

Gas Plasma

No ossidante (problemi di usura elettrodo)

Argon Più adatti ma costosi

Elio

Azoto

Idrogeno

Miscele azoto e idrogeno

Adatta a tutti i materiali

Usi: acciai inox, nickel, rame, ottone, titanio, alluminio, leghe leggere

Saldatura più veloce, spessori maggiori, riduzione numero di passate

Alta concentrazione dell’arco plasma ZTA

 

 

INDICE

 

Saldatura laser

 

• Calore apportato da fascio laser

• Mezzi ottici (lenti e specchi concavi) concentrano su superfici di area ridottissima

• L’aumento di temperatura prodotto dall’incidenza e il successivo assorbimento del fascio sulle superfici da unire è tale da provocare la fusione o addirittura la volatizzazione di qualunque metallo

• No MA

• Uso di gas inerte di copertura (argon, elio, azoto)

L = raggio laser

MF = metallo fuso

DS = direzione di avanzamento della saldatura

P = profondità di penetrazione

Tipologie di saldature laser

Rapporto di forma = Profondità di penetrazione / larghezza cordone

Scarsa penetrazione

Rf = 1 Pot fino a 1.5kW per CO2 e 100W per Nd:YAG

Poco affidabile

Lamiere di piccolo

spessore e sigillatura

Rapporto di forma = Profondità di penetrazione / larghezza cordone

Profonda penetrazione

Rf fino a 10

Pot = 5 kW CO2 1.5kW Nd:Yag

 

Interazione laser-materia

Riflessione

Assorbimento

Trasmissione

A: coeff assorbimento superficiale

R: coeff. Riflessione superficiale

A + R = 1

Pi = Pa + Pr

Pr = R Pi

Pa = (1-R) Pi

A: f (materiale, lunghezza d’onda del laser,

finitura superficiale)

Vantaggi:

· le tensioni residue, le distorsioni e le modificazioni microstrutturali nel metallo limitrofo

minime producendo un riscaldamento limitato ad una ristretta zona di saldatura

· Saldatura di ottima qualità con cordoni piccoli e ZTA contenuta

• Notevoli velocità

• Possibilità di automazione

Svantaggi:

· accoppiamento perfetto

• schermature di sicurezza che proteggano gli occhi dell’operatore sia dal fascio diretto, sia dagli eventuali raggi riflessi

Usi:

•Metalli

•Metalli ad alto punto di fusione

 

INDICE

 

Saldatura a fascio di elettroni

 

• Fortemente impiegata per la giunzione di pezzi di spessore molto piccolo o di semigiunti molto sottili su altri di spessori elevati

• Riscaldamento locale della zona da saldare mediante il bombardamento con un fascio elettronico di elevata velocità: nella zona di impatto degli elettroni si verifica la conversione dell’energia cinetica in calore

• No MA

E = fascio elettronico;

F, D = dispositivi per focalizzare e deflettere il fascio;

CV = camera del vuoto;

P = pezzo da saldare;

S = schermo termico;

Sp, O = specchi e oculare per la visione della zona di saldatura;

L = sorgente luminosa

Usi:

Realizzazione di strutture complesse derivanti dal collegamento di numerosi componenti

Metalli non saldabili con metodi tradizionali

Vantaggi:

· penetrazione elevata (anche oltre 12 mm) in un’unica passata in un brevissimo intervallo

temporale

· elevata precisione dimensionale e eccellente qualità della saldatura ottenuta

• elevata sicurezza: svolgendosi in vuoto esclude ogni pericolo di contaminazione

Svantaggi:

· elevato costo delle apparecchiature

· produzione discontinua

· limite sulla dimensione dei pezzi

semigiunti in una camera a vuoto per ridurre al minimo le dispersioni di energia cinetica

posseduta dagli elettroni nelle collisioni con le molecole di gas contenute nell’aria

dispositivi elettrici o magnetici per garantire la focalizzazione del fascio in una zona molto limitata (diametro dell’ordine dei decimi di mm)

Si riescono a raggiungere nella zona di impatto potenze intensissime e temperature molto elevate (anche oltre i 2500 °C), in grado di fondere, e addirittura volatilizzare, praticamente qualunque metallo

 

   

 

INDICE

 

Saldature eterogene

 

MB non prende parte alla formazione del giunto

MA fuso tra i lembi da unire

Riscaldo dei lembi

Tfusione MA << T fusione MB

Bagnatura: capacità del MA fuso di aderire al MB

 

 

INDICE

 

Brasatura

MB non prende parte alla formazione del giunto

Riscaldamento MB a T < Tfusione MB > Tfusione MA

MB interposto fra parti da unire, fonde

Lembi strettamente accostati

MA: rame e argento (fili, nastri o polveri)

Giunto sottile

Resistenze scadenti su pezzi portati ad alta temperatura

Problemi estetici (diversa colorazione della giunzione rispetto al metallo base)

 

Brasatura al cannello

 

Brasatura dolce

MA: leghe di piombo e stagno Tfusione < 400°C

Scarse caratteristiche meccaniche

 

Brasature forti

MA: leghe con T fusione > 400°C

Elevate caratteristiche meccaniche

INDICE

 

Saldobrasatura

Procedimento simile a saldature autogene

MA bassa T fusione: bacchette di ottone di silicio e di ottone al nichel

Preparazione dei lembi

Fonte di calore: fiamma ossiacetilenica

Lembi portati a T fusione MA

MA fonde e viene depositato come per saldatura a gas

Pulizia dei lembi

Giunto resistente ed elastico

Ghisa

Lamiere e tubi zincati, bronzi, rame, ottone

INDICE

 

Confronto tra le differenti metodologie

INDICE

 


Bibliografia


Bib-TS-440 - Michele Cuzzoni - Appunti di saldatura dei metalli - 1998/2006

Bib-TS-441 - G. Macchi, Tecnica delle Costruzioni, Dispense, UniPV, 1998
Bib-TS-442 - E. Rinaldi, Saldatura e taglio dei metalli - Hoepli 2006 - XIII ed.

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