Corso di
Tecnologia Meccanica ( ING/IND16) CF 8
Saldature
Dipartimento di Ingegneria dell’Innovazione
Sezione Tecnologie e Sistemi di Lavorazione
Sistemi di Produzione/ Tecnologia
Meccanica
Saldatura:
Processo di unione permanente di due componenti meccanici .
Variabili principali:
ü Lega da saldare
ü Spessore delle parti
ü Posizione di saldatura
ü Produzione da effettuare
Metallo Base (MB)
Giunto Saldato
Metallo d’Apporto (MA)*
*
Può essere aggiunto a quello base per la formazione del giunto
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Meccanica
Classificazione dei procedimenti di Saldatura
Saldature AUTOGENE:
Saldature ETEROGENE:
ü MB fonde, formando il giunto saldato
ü MB non prende parte alla formazione
ü MA può essere presente o no (dipende
del giunto saldato
dallo spessore da saldare e dal procedimento) ü MA sempre presente (forma il giunto)
ü MA metallurgicamente simile al MB
ü MA diverso dal MB e con Tfusione inf.
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Meccanica
Posizioni di Saldatura e Tipi di Giunto
Posizioni di Saldatura
In piano
Verticale
Frontale
Sopratesta
Tipi di Giunto
di testa
di spigolo
aL
aT
a sovrapposizione
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Meccanica
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:
ü alta temperatura di fiamma (la fiamma ossiacetilenica ha la più alta
temperatura ottenibile con gas)
ü elevato contenuto termico (la fiamma ossiacetilenica ha la più alta
quantità di calore generato nell’unità di tempo)
ü 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)
ü stabilità e facilità di regolazione della fiamma
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Meccanica
SALDATURA CON GAS
Schema delle varie zone di una fiamma ossiacetilenica e delle temperature
üDardo: avviene la reazione
esotermica primaria
ü Zona di Saldatura (o Zona
Riducente *)
ü 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
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Meccanica
SALDATURA CON GAS
Attrezzatura necessaria:
ü bombole di ossigeno e di acetilene
ü cannello: attrezzatura per la miscelazione dei due gas, la regolazione
(attraverso rubinetti) e l’indirizzamento della fiamma. Deve essere
dimensionato in modo che:
Vgas>V propagazione fiamma (evitando così accensioni nel cannello)
Cannello ad Alta Pressione
O2 (0,1-,3 MPa) aspira nel Venturi l’acetilene a
bassa pressione
Cannello a Bassa Pressione
O2 ed acetilene sono alla stessa pressione (0,075
MPa)
1 bar = 105 Pa
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Meccanica
SALDATURA CON GAS
Caratteristiche e prestazioni del procedimento:
üSenza MA nel caso di spessore sottile
ü Nel caso di spessori elevati MA è indispensabile per formare il cordone di
saldatura
ü Se MA è necessario, esso deve essere metallurgicamente simile al metallo
base
ü Non adatto a leghe refrattarie e reattive
üAdatto per acciai a basso tenore di carbonio
üScarsa penetrazione del procedimento
üDipendente dall’operatore
ü Equipaggiamento di facile movimentazione
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Meccanica
SALDATURA AD ARCO ELETTRICO
con elettrodo rivestito
Saldatura ad Arco Elettrico = Saldatura Autogena per Fusione
ü Saldatura manuale più diffusa
ü Calore necessario alla fusione generato
da un arco (elettrodo - MB)
ü Elettrodo di materiale fusibile
ü Pinza porta elettrodo per dirigere l’arco
ü Rivestimento: sviluppa fumi (H2 e
CO2) di protezione per l’arco ed il MB dal
contatto con l’atmosfera e l’ossidazione.
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Meccanica
SALDATURA AD ARCO ELETTRICO
con elettrodo rivestito
L = lunghezza arco
V = tensione ai capi dell’arco
R = resistenza
I = corrente
Se L aumenta è V ed R aumentano è I diminuisce
ü Arco difficile da controllare
Se L > 7-8 mm è
ü Dispersione di calore notevole
ü Penetrazione della saldatura scarsa
ü Assorbimento di O2 ed N2 da parte del MB
Cordone con scarse qualità meccaniche e metallurgiche
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Meccanica
SALDATURA AD ARCO ELETTRICO
con elettrodo rivestito
ü Surriscaldamento eccessivo del pezzo
Se L < 3 mm è
ü Incollamento dell’elettrodo
ü Spegnimento dell’arco
Cordone con scarse qualità meccaniche e metallurgiche
Il mantenimento della corretta lunghezza dell’arco dipende dall’operatore
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Meccanica
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:
ü peso proprio
ü forze elettromagnetiche
ü gas che si sviluppano dal rivestimento
ü forze magnetodinamiche
ü tensione superficiale.
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Meccanica
SALDATURA AD ARCO ELETTRICO
con elettrodo rivestito
Soffio Magnetico sull’Arco
I di saldatura è Campo Magnetico che avvolge l’arco elettrico è
l’arco è soggetto a forze elettromagnetiche che tendono a deviarlo è
serpeggiamenti è mantenere l’arco il più corto possibile
Preparazione del MB
Perché preparare i lembi?
Per assicurare:
Giusta penetrazione
Giunto sano
La preparazione dipende da:
ü Penetrazione richiesta dalla saldatura ü Spessore delle lamiere e tipo di giunto
ü Posizione di saldatura
ü Tipo di MB
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Meccanica
SALDATURA AD ARCO ELETTRICO
con elettrodo rivestito
Caratteristiche e prestazioni del procedimento:
ü Di facile utilizzo in operazioni di manutenzione e riparazione sul campo
ü velocità di saldatura maggiore rispetto alla saldatura a gas
ü costo di saldatura minore rispetto alla saldatura a gas
ü Possibilità di saldare spessori diversi
üAdatto per acciai al carbonio, basso-legati, inossidabili, leghe leggere,
ghisa, rame
ü Non adatto per leghe a basso punto di fusione dato l’intenso calore
generato dall’arco
ü Non adatto per spessori troppo sottili
ü Non economico nel caso di grossi spessori e/o notevoli lunghezze di
cordone
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Meccanica
SALDATURA TIG (Tungsten Inert Gas)
Saldatura ad Arco Elettrico* in Atmosfera Inerte
ü Il Tungsteno non prende
parte alla fusione (il MB si)
ü MA sotto forma di
bacchette (sistema manuale)
o
di
filo
(sistema
automatico)
ü 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
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Meccanica
SALDATURA TIG (Tungsten Inert Gas)
Saldatura ad Arco Elettrico* in Atmosfera Inerte
Tipologie di corrente utilizzate per la saldatura TIG di vari materiali
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Meccanica
SALDATURA TIG (Tungsten Inert Gas)
Saldatura ad Arco Elettrico* in Atmosfera Inerte
Caratteristiche e prestazioni del procedimento:
ü Metodo efficace che consente di ottenere saldature di elevata qualità
ü Adatta per leghe di Alluminio e Magnesio e materiali reattivi (titanio,
zirconio)
ü Adatta per spessori sottili, dato che l’elettrodo di Tungsteno consente di
mantenere archi stabili con correnti basse (fino a circa 15-20 A)
ü Meno adatta per spessori medi e grossi, da un punto di vista economico
ü Procedimento costoso (costo del tungsteno e dei gas inerti)
ü Riservato ai materiali più pregiati ed agli spessori sottili
ü Possibilità di contaminazione del MB da parte del Tungsteno, formando
inclusioni dure e fragili
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Meccanica
SALDATURE MIG e MAG
MIG = Metal Inert Gas
MAG = Metal Active Gas
ü Elettrodo
fusibile
(MA)
(saldatura a filo continuo)
ü saldatura semiautomatica
ü la velocità di avanzamento
del filo è controllata
ü pistola raffreddata da un
sistema di circolazione di acqua
TIG = Tungsten Inert Gas
ü MIG: gas protettivi Argon o
Elio (costo elevato, non giustificato nella
saldatura di acciai a basso tenore di carbonio)
ü MAG: gas protettivi CO2 o
Shutgas
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Meccanica
SALDATURE MIG e MAG
Trasferimento del metallo d’apporto:
ü “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.
ü “spray arc”: elevato numero di gocce che passano attraverso l’arco senza
spegnerlo. Deposizione oraria elevata ed elevata penetrazione.
ü “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.
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Meccanica
SALDATURE MIG e MAG
Caratteristiche e prestazioni del procedimento:
ü Saldatura Semiautomatica o Automatica per acciai, acciai inossidabili,
leghe di rame, leghe leggere
ü Minore professionalità richiesta all’operatore
ü Elevata penetrazione
ü Elevata velocità di esecuzione ed assenza di scoria
ü Attrezzatura costosa, poco maneggevole e più complessa.
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Meccanica
SALDATURA IN ARCO SOMMERSO
ü Saldatura Automatica
ü Moto relativo tra la testa saldante ed il
MB
ü Elettrodo, costituente anche il MA,
caratterizzato da avanzamento a velocità
controllata
ü Arco elettrico e cratere di fusione sul
MB sono continuamente ricoperti dal flusso
(limitata ossidazione e nitrurazione)
ü L’arco non è visibile 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.
ü Risultato: cordone di elevata qualità e di forma regolare.
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Meccanica
SALDATURA IN ARCO SOMMERSO
Unità di Controllo:
üRegola corrente (I), tensione d’arco (V) e velocità del filo (v)
Velocità di fusione del filo
PROPORZIONALE
aI
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.
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Meccanica
SALDATURA IN ARCO SOMMERSO
Se I aumenta è Penetrazione aumenta insieme al consumo di flusso
Se V (tensione d’arco) aumenta è Penetrazione diminuisce ma il consumo di
flusso aumenta
Se velocità di saldatura (moto relativo tra testa e pezzi da saldare) aumenta è
Penetrazione diminuisce ed aumenta la possibilità di inclusioni di scoria
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Sezione Tecnologie e Sistemi di Lavorazione
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Meccanica
SALDATURA IN ARCO SOMMERSO
Caratteristiche e prestazioni del procedimento:
ü 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)
ü Alta Penetrazione e Deposizione Oraria
ü Valida soluzione per grossi spessori
ü Posizione di saldatura: in piano o d’angolo, causa la presenza del flusso
ü saldature di grossi elementi di travature nel settore della carpenteria
ü saldature su grossi pannelli nel campo della cantieristica navale.
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Sezione Tecnologie e Sistemi di Lavorazione
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Meccanica
EFFETTI TERMICI DELLA SALDATURA
Ciclo termico di saldatura
I cicli termici di saldatura dipendono da:
ü posizione del punto
ü procedimento di saldatura
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Meccanica
EFFETTI TERMICI DELLA SALDATURA
Ciclo termico di saldatura
I cicli termici di saldatura dipendono da:
ü posizione del punto
ü procedimento di saldatura
ü spessore e tipo di giunto
ü materiale base
ü temperatura iniziale
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Meccanica
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
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