Le tecniche di saldatura TIG-MIG e ad arco plasma

T
Estratto dalla Rivista
LA MECCANICA ITALIANA
n. 167 novembre 1982
CLAUDIO REVERDY
Capo Servizio Applicazioni Automatiche
SIO Saldatura S.p.A.
INTRODUZIONE
II tema che mi è stato proposto per questa giornata
potrebbe sembrare a molti troppo scolastico e privo
di interesse per un uditorio qualificato.
Approfondendo successivamente i motivi che hanno
spinto gli organizzatori a questa scelta ho dovuto
convenire sulla necessità di rifare il punto sulle conoscenze acquisite per poi aggiungere delle nuove sull'evoluzione anche dei procedimenti apparentemente
più conosciuti.
Le variabili infatti in gioco nei procedimenti di saldatura sono così numerose e l'evoluzione tecnica così
rapida che risulta il più delle volte difficile restare
aggiornati sulle ultime novità o giudicare la validità di
quanto sul mercato ci viene quotidianamente proposto.
In questa relazione, dopo un richiamo ai principi dei
vari procedimenti ed alla loro tecnologia verranno presentate alcune delle più recenti evoluzioni ed applicazioni sugli acciai inossidabili.
Le tecniche
di saldatura TIG-MIG
e ad arco plasma.
Criteri di scelta,
applicabilità, confronti
Nel procedimento TIG l'arco elettrico viene mantenuto tra un elettrodo di tungsteno (ad elevato punto
di fusione) ed il metallo da saldare, l'arco fonde i
lembi da unire e quando richiesto può essere aggiunto del metallo d'apporto per formare il cordone. Un
gas di protezione inviato dalla torcia avvolge la zona
di fusione (vedi fig. 1).
La tecnica di lavoro è analoga alla saldatura ossiacetilenica, con una mano si tiene la torcia e con l'altra
si introduce la bacchetta d'apporto nel bagno.
Gli elementi che costituiscono un impianto sono:
— la torcia che porta l'elettrodo di tungsteno e il
gas di protezione;
— il generatore di corrente, è normalmente un trasformatore + raddrizzatori che eroga corrente continua.
L'arco è alimentato in polarità diretta polo negativo
all'elettrodo e positivo al pezzo;
— un dispositivo d'innesco con generatore ad alta
frequenza, raccomandato per evitare l'inquinamento
o il deterioramento dell'elettrodo o del pezzo;
— una bombola per il gas di protezione con riduttore
flussometro.
Il procedimento MIG utilizza invece un filo elettrodo
fusibile come anodo (polo positivo) di un arco elettrico tra il filo e il pezzo da saldare.
TECNOLOGIA DEI PROCEDIMENTI
I procedimenti di saldatura TIG (Tungsten Inert Gas),
MIG (Metal Inert Gas) e ad arco plasma hanno in comune oltre all'arco elettrico, quale fonte che genera
il calore per la fusione del metallo, la protezione del
bagno di fusione per mezzo di un gas. La protezione
del bagno di fusione serve ad evitare con l'ossidazione da parte dell'aria del metallo fuso la sua alterazione e quindi il cambiamento delle caratteristiche;
per gli acciai inossidabili ad esempio, fondamentale:
la resistenza alla corrosione.
Relazione presentata in occasione della Giornata di studio « La
saldatura e gli acciai inossidabili » del 24 novembre 1982, organizzata da Asmeccanica e MS, con il patrocinio del Centro INOX.
El«ttyodo refrattario
v
- Bagno a\
fusione
^/////////////////////////yZ7/
Fig. 1 - Schema di principio del procedimento TIG.
volta genera energia, che si traduce in un netto aumento della tensione d'arco in rapporto al TIG:
• (10-15 V tensione d'arco TIG)
• (25-35 V tensione d'arco plasma).
Questi due fattori cumulati aumentano in modo consistente il gradiente di temperatura del plasma d'arco
e consentono la messa in atto della tecnica di saldatura detta « Keyhole » o ad arco passante.
Questa è caratterizzata da un potere di penetrazione
dell'arco molto elevato che attraversa il giunto da
parte a parte con un foro visibile a rovescio da 1 a 3
mm di diametro.
Il procedimento plasma è un brevetto della Soc. UNION
CARBIDE americana secondo il principio di ottenimento del plasma illustrato nella fig. 2-1.
Il limite superiore dell'intensità utilizzabile con la configurazione di cui sopra è di 200 A circa con un foro
alla punta di 2,5H-3 mm.
Fig. 2 - Procedimento ad arco plasma: 1) brevetto Union Carbide; 2) plasma a
strizione pneumatica SAF-AL.
Il metallo del filo alimentato in continuo fonde e si
deposita nel bagno a formare il cordone.
Il bagno di fusione è protetto dal gas portato dalla
torcia.
Un impianto di saldatura MIG è formato da:
— una torcia che porta il filo e il gas di protezione;
— un gruppo alimentazione del filo d'apporto;
— un generatore di corrente continua (trasformatore + raddrizzatori) a caratteristica esterna V.l. costante. L'arco è alimentato in polarità indiretta polo
positivo all'elettrodo e negativo al pezzo;
— una bombola per il gas di protezione con riduttore
e flussometro.
La saldatura ad arco plasma può essere considerata
un'evoluzione del procedimento TIG, il suo principio
si basa sulla strizione dell'arco a mezzo di una punta
speciale energicamente raffreddata che provoca:
— un aumento della densità di corrente e quindi un
riscaldamento più concentrato del giunto da saldare;
— una ionizzazione più spinta del gas, che a sua
Fig. 3 - Impianto di saldatura ad arco plasma automatico, torcia di saldatura e
gruppo avanzamento filo.
La Soc. SAF - AIR LIOUIDE ha sviluppato ulteriormente il procedimento e brevettato un principio di ottenimento del plasma detto a strizione pneumatica (vedi
fig. 2-2).
In questa nuova tecnica l'effetto plasma è ottenuto
per mezzo dell'azione del gas plasma sull'arco elettrico a livello di un iniettore formato dall'elettrodo di
tungsteno inserito in un profilo di punta particolare.
Questa seconda tecnica permette l'utilizzo di plasma
ad elevata densità di corrente maggiore di 300 A.
L'impianto di saldatura ad arco plasma (vedi fig. 3) è
analogo per composizione ad un impianto TIG rispetto
al quale ha tuttavia le seguenti varianti:
— torcia di saldatura con doppio circuito gas: uno per
il plasma e uno per la protezione del bagno di fusione
e porta una punta plasma raffreddata energicamente;
— armadio di comando e controllo per l'innesco dell'arco e per i circuiti di gas plasma e protezione;
— generatore di corrente continua a caratteristica
V.l. cadente analogo a quello TIG;
— eventuale apporto di filo nel caso di applicazioni
in automatico;
— alimentazione per i gas plasma e di protezione
del bagno.
CAMPO DI APPLICAZIONE E LIMITI
DEI PROCEDIMENTI
TIG: questo procedimento è caratterizzato dalla possibilità di saldare senza metallo d'apporto, per semplice fusione dei lembi, quindi con assenza di sovrametallo dei cordoni, cosa particolarmente interessante in numerose applicazioni. In questo caso è considerato come spessore limite 1,5 mm circa, oltre tale
spessore si ottiene una concavità inaccettabile del
cordone e occorre quindi usare metallo d'apporto.
La gamma di spessori normalmente consigliata in TIG
si estende da 0,5 mm a 6 mm limite massimo di convenienza per risultato e velocità di esecuzione. Fino
ad uno spessore di 3 mm circa la saldatura può essere eseguita sulle lamiere a lembi retti senza alcuno
smusso, oltre è necessario smussare i lembi a V.
Il procedimento TIG è largamente usato anche su grossi spessori per l'esecuzione di passate di fondo a
penetrazione controllata (es. tubazioni) con riempimento eseguito poi con altri procedimenti (elettrodi,
MIG o Arco Sommerso).
Dal punto di vista qualitativo è il procedimento in
grado di garantire i migliori risultati in quanto permette:
— accurato controllo del bagno di fusione e della penetrazione;
Fig. 4 - Banco per saldatura automatica TIG o plasma di lamiere o virole di
acciaio inossidabile.
— velocità di esecuzione che consentono un buon
degasaggio del bagno di fusione (importante per eliminare la porosità);
— dosaggio del metallo d'apporto indipendente dallo
spessore e dalla corrente di saldatura.
Come già accennato la preparazione dei lembi può
essere a lembi retti senza smusso per spessori fino a
3 mm e con uno smusso a V di oltre tale spessore.
Nel caso di spessori sottili fino a 3 mm, che sono i
più frequenti con gli acciai inossidabili ed in particolare nel caso di saldatura automatica questo procedimento esige una buona pulizia dei lembi.
Ogni traccia di sporco può, bruciando, deteriorare
l'elettrodo o dare luogo a dei difetti di inclusioni o di
cattivo aspetto dei cordoni.
È necessario egualmente un buon accostaggio dei lembi, gli scarti o le tolleranze ammesse sono inferiori o
uguali a 1/10 dello spessore.
Sempre nel caso di saldatura automatica la precisione
richiesta sulla traiettoria dell'elettrodo deve essere
compresa entro qualche decimo di millimetro.
Questo comporta, soprattutto nel caso di saldatura
testa-testa, degli attrezzi di presentazione e di bloccaggio di buona precisione, capaci di contrastare le deformazioni generate dalla saldatura.
Il più delle volte è utile che gli attrezzi assicurino
anche un'evacuazione del calore apportato al pezzo
da saldare (es. piatto e morse di rame) (vedi fig. 4).
Il procedimento TIG è largamente usato sugli acciai
inossidabili sia nella versione manuale che automatica. Nella versione manuale può essere impiegato in
tutte le posizioni di saldatura (vedi fig. 5-6).
MIG: a differeneza del TIG la saldatura è sempre effettuata con metallo d'apporto.
Per aumentare la penetrazione si deve aumentare
l'energìa e questo provoca un aumento della quantità
di filo d'apporto. Questa particolarità è favorevole nel
caso che oltre ad aumentare la fusione del giunto si
debba apportare del metallo (angoli o riempimento di
cianfrini) ma può essere dannosa nel caso ad esempio di spessori sottili saldati di testa e dove il sovraspessore debba essere poi asportato.
La gamma di spessori saldabili si estende pertanto
da 0,5 -i- 0,6 mm a 10-M5 mm oltre può essere più
vantaggioso il procedimento ad arco sommerso.
Rispetto al TIG ha un tasso di deposito kg/h più elevato da 2,5 a 7 kg/h ed è quindi consigliabile per riempimenti e soprattutto per l'esecuzione di cordoni in
angolo. Può essere utilizzato in saldature in tutte le
posizioni.
Dal punto di vista qualitativo vengono fatte alcune
riserve per l'ottenimento di giunti di elevata qualità
in quanto:
— l'elevata velocità di fusione lascia al bagno minore tempo per un buon degasaggio e quindi rischio
di porosità;
— è più sensibile alla qualità del filo d'apporto sia
sui difetti interni dei cordoni (porosità) che sull'estetica;
— l'abilità dell'operatore e la qualità delle apparecchiature sono molto più critiche per un risultato buono e costante (es. la presenza di proiezioni).
Fig. 6 - Impianto di saldatura TIG automatico, testa d! saldatura.
PLASMA: questo procedimento, oltre alle caratteristiche di applicazione del TIG già viste consente:
— un ampiamento della gamma degli spessori saldabili da 3 a 8-f-10 mm a lembi retti senza necessità di
smusso;
— ottime caratteristiche della saldatura tanto per
quanto riguarda la qualità radiografica che le caratteristiche meccaniche;
— ottimo aspetto dei cordoni con possibilità di controllare e dosare sia la penetrazione che il sopraspessore;
— garanzia e controllo della penetrazione anche in
corso di saldatura senza necessità di accesso a rovescio;
— limitate deformazioni in quanto il riscaldamento
è molto localizzato ed i cordoni più stretti.
Il procedimento ad arco plasma è normalmente utilizzato in saldatura automatica in posizione piana (vedi
fig. 7) e può essere usato con limitazione dello spessore massimo a 6 mm anche in frontale.
VARIABILI DEI PROCEDIMENTI E SCELTA
DELLE APPARECCHIATURE
Fig. 5 • Saldatura TIG manuale.
Per ottenere risultati di saldatura di qualità e soprattutto costanti bisogna garantire che nel corso del procedimento le variabili proprie quali V (tensione d'arco)
I (corrente di saldatura) e Vs (velocità di saldatura)
siano mantenute rigorosamente costanti.
In particolare queste condizioni divengono fondamentali per la saldatura in automatico ove non si ha
l'intervento dell'operatore che può effettuare correzioni durante l'esecuzione.
Influenza della tensione d'arco e della corrente nel
procedimento TIG
La tensione d'arco è la tensione necessaria a mantenere l'arco acceso, essa condiziona: la larghezza e la
forma della penetrazione ed è a sua volta legata a:
la lunghezza d'arco (distanza torcia pezzo) — la natura del gas — ^intensità di corrente ed i metalli costituenti l'anodo ed il catodo (acciaio inox e tungsteno).
Scelto un determinato gas o miscela con i criteri che
più avanti vedremo, in corso di esecuzione bisognerà
garantirsi che i valori di lunghezza d'arco e di corrente di saldatura si mantengono stabili e costanti.
La lunghezza d'arco è condizionata in saldatura manuale all'abilità dell'operatore. In saldatura automatica
deve essere garantita in primo luogo dalla precisione
dell'attrezzatura e dalla preparazione dei pezzi e ove
questo non sia possibile o per maggiori garanzie di
sicurezza devono essere adottati dei dispositivi elettronici di controllo della tensione d'arco.
Anche la corrente di saldatura è legata sia alla tensione d'arco (distanza torcia pezzo nei generatori a
caratteristica cadente) che alla tensione della rete di
alimentazione, al riscaldamento del generatore ed alla
lunghezza dei cavi tra generatore ed arco di saldatura.
Ricordiamo infatti come la corrente di saldatura agisce direttamente sull'entità della penetrazione.
Un moderno impianto TIG deve quindi prevedere:
— un dispositivo elettronico di controllo della tensione d'arco, nel caso di lavori in condizioni automatiche;
— un generatore di corrente a corrente costante (caratteristica V.l. verticale).
Il controllo di tensione d'arco è un dispositivo meccanico asservito ed un controllo elettronico che tramite
il segnale della tensione d'arco avvicina od allontana
la torcia dal giunto mantenendo costante la sua distanza.
In un arco TIG la variazione di tensione è dell'ordine
di 0,4-0,5 V per ogni millimetro di distanza, la sensibilità di uno di questi dispositivi è di 0,1-0,2 V regolabile vale a dire corregge variazioni di distanza di
0,25 mm entro una variazione di tensione di rete di
±20%.
Il tempo di risposta è di 2,5 millisecondi per operare
la correzione.
L'interesse di questo dispositivo oltre che per le
variazioni prima accennate si rivela anche per compensare il consumo dell'elettrodo di tungsteno e per riposizionare la torcia alla giusta distanza in saldature
successive di pezzi in serie.
Generatori a corrente costante. Ricordiamo che nella
saldatura TIG vengono normalmente impiegati i trasformatori + raddrizzatori usati per la saldatura con
elettrodo rivestito a caratteristica cadente.
Con queste macchine una variazione di lunghezza
d'arco provoca anche una variazione di corrente di
saldatura.
Le nuove generazioni di generatori a raddrizzatori a
Thyristori o diodi controllati possono essere dotati
di un circuito di stabilizzazione ad anello chiuso.
Lo schema a blocchi è illustrato nella fig. 8, una sonda
preleva un segnale di corrente prima dei raddrizzatori
e lo invia in un circuito di confronto con un segnale di
riferimento prefissato con un potenziometro.
La differenza viene amplificata e va a comandare l'amplificatore di comando dei thyristori in controreazione.
Fig. 7 - Esecuzione di una saldatura automatica plasma circonferenziale su
serbatoi.
La curva caratteristica del generatore si modifica in
tal modo e diviene verticale ovvero a corrente costante
anche al variare della V d'arco.
Alimentazione
G
c
Arco
JL
n
ELI
Fig. 8 - Schema a blocchi di un generatore regolato:
H elemento di misura della variabile regolata (/ corrente o V tensione);
R segnale di riferimento;
A amplificatore che permette al segnale di errore di comandare il circuito di
potenza.
Il controllo della tensione d'arco ed i generatori a corrente costante possono essere convenientemente impiegati sia nel procedimento TIG che plasma.
I GAS DI PROTEZIONE
II gas, oltre alla funzione di evitare l'ossidazione del
bagno di fusione, come già detto, influenza la tensione
d'arco e nel procedimento MIG anche le modalità di
trasferimento del metallo nell'arco stesso.
I gas in rapporto all'azione esercitata si suddividono in:
— inerti: Argon-Elio;
— riducenti: Idrogeno;
— ossidanti: Anidride carbonica ed Ossigeno;
— di protezione: Azoto.
Procedimento TIG
Bisogna subito premettere che nel procedimento TIG
non possono essere usati gas o miscele ossidanti a
contatto con l'elettrodo di tungsteno in quanto ne provocherebbe una rapida distruzione.
Normalmente quindi in saldatura manuale viene usata
una protezione di Argon puro.
Discorso a se stante deve invece essere fatto per la
saldatura automatica nella quale l'esigenza di:
— velocità più elevate;
— aumento dei limiti di spessori saldabili;
— penetrazioni più controllate e controllabili
ha portato allo sviluppo ed all'uso di miscele di gas.
Le più comunemente conosciute ed utilizzate sono le
miscele Argon - Idrogeno e Argon - Elio.
Nella saldatura degli acciai inossidabili austenitici una
miscela Argon-Idrogeno come gas di protezione alla
torcia consente di ottenere rispetto all'Argon puro:
— un aumento della tensione d'arco e quindi della
sua potenza elettrica a parità di corrente;
— un migliore rendimento calorifico dell'arco, che può
essere spiegato in parte dal fenomeno seguente: le
molecole d'idrogeno si dissociano nell'arco assorbendo del calore che restituiscono poi a livello del pezzo da saldare riassociandosi;
— una maggiore penetrazione con un cordone più
stretto e di conseguenza deformazioni ancora più ridotte. Lo spessore massimo saldabile in una sola
passata passa da 2-=-2,5 mm in Argon a 4 mm con una
miscela al 10% di Idrogeno;
— un aumento della velocità di esecuzione fino al
50%.
Le miscele Argon-Idrogeno nelle percentuali appresso
indicate non presentano alcun rischio dal punto di vista metallurgico in quanto l'idrogeno non si diffonde
nell'acciaio austenitico allo stato liquido.
Le percentuali di idrogeno utilizzate sono:
— Argon + 4% Idrogeno consigliato su spessori sottili inferiori a 3 mm;
— Argon + 6% Idrogeno consigliato su spessori inferiori a 4 mm;
— Argon + 10% Idrogeno consigliato su spessori di
4 mm;
— Argon + 4% Idrogeno consigliato su grossi spessori in multipass, passate di fondo cianfrino o saldatura in angolo.
In saldatura manuale le miscele al 5-10% di idrogeno
consentono di ridurre la larghezza dei cordoni senza
modificare la velocità di lavoro.
Per gli acciai inossidabili stabilizzati o per i tipi ferritici essendo sensibili ad assorbimento di idrogeno si
dovrà usare per ottenere effetti analoghi una miscela
Elio-Argon (70-30).
Protezione a rovescio dei cordoni, non possiamo terminare il capitolo dei gas di protezione senza parlare
della protezione a rovescio dei cordoni di saldatura.
Essa serve a garantire anche a rovescio le caratteristiche di inossidabilità del cordone ed inoltre ne facilita
le condizioni esecutive (migliore scorrimento del cordone, maggiore velocità).
Per la protezione a rovescio può essere usato lo stesso gas già usato a diritto oppure una miscela più economica di Azoto-Idrogeno (90-10).
Procedimento MIG
Nel procedimento MIG, come già accennato, la scelta
del gas di protezione dovrà essere fatta tenendo conto
della sua influenza sulla modalità di trasferimento del
metallo nell'arco:
— condizioni short-are;
— condizioni spray-are;
— condizioni pulsed-arc.
I migliori risultati nella saldatura degli acciai inossidabili si possono ottenere con una miscela appositamente sviluppata per queste applicazioni contenente
Argon-CO2-ldrogeno.
Questa miscela è utilizzabile nelle varie condizioni di
trasferimento del metallo e garantisce cordoni di ottime qualità ed estetica.
Sempre per gli acciai inossidabili è normalmente conosciuta ed usata la miscela Argon + Ossigeno (1^-2
per cento). Le sue migliori condizioni di impiego sono
tuttavia in regimi spray-are ove consente di ottenere
più elevate velocità di lavoro.
Le miscele Argon-Ossigeno sono impiegate anche per
la saldatura MIG con tecnica pulsed-arc ove consentono di migliorare i risultati qualitativi del procedimento MIG soprattutto per quanto riguarda la qualità
dei cordoni (porosità) e l'aspetto estetico.
EVOLUZIONE DEI PROCEDIMENTI
TIG a corrente pulsante
Questa tecnica consiste nel produrre successivamente nell'arco dei periodi di potenza alta e bassa per
mezzo di una modulazione della corrente di saldatura.
Si provoca in tal modo fasi alternative di fusione e solidificazione che permettono di trattare un volume relativamente limitato di metallo, la ripetizione dell'operazione assicura una saldatura continua.
I parametri della corrente pulsante sono scelti in funzione del tipo di materiale, delle dimensioni e spessori dei pezzi e della posizione di lavoro.
Una corrente pulsante è definita (vedi fig. 9) da:
— Ih intensità massima
— Ib intensità minima.
Frequenza di pulsazione ovvero: Th tempo di salita
della corrente e di mantenimento al valore massimo
più Tb tempo di discesa della corrente e di mantenimento al valore minimo.
La frequenza è normalmente compresa entro 0,1 e 1
secondi nel caso di generatori con comando a thyristori.
Fig. 9 - Parametri che definiscono una corrente pulsante.
Riassumiamo brevemente i vantaggi che ne derivano
riferiti ai vari campi di applicazione:
— aumento della penetrazione e migliore controllo,
che allontana il rischio di sfondamento del bagno pur
assicurando delle saldature testa-testa in una sola
passata o per passate di fondo sui grossi spessori;
— riduzione della propagazione di calore lungo il giunto, questo facilita l'unione di pezzi di sezione e di natura differente;
— maggiore facilità ed elasticità di esecuzione, per
esempio nel caso di saldature in tutte le posizioni e
per saldature di spessori sottili;
— maggiori tolleranze sulla preparazione dei giunti;
— favorevole influenza sulla solidificazione del metallo fuso.
Un'applicazione tipica del procedimento TIG ad arco
pulsante è la saldatura testa-testa in automatico con
macchine orbitali di tubi.
DEVIAZIONE ED OSCILLAZIONE MAGNETICA
DELL'ARCO TIG
Un miglioramento delle prestazioni del procedimento
TIG per quanto riguarda le velocità di esecuzione, può
essere ottenuto con una deflessione a mezzo di un
campo energetico dell'arco.
Questa deviazione è ottenuta per mezzo di un induttore che si applica alla torcia e realizzato secondo lo
schema della fig. 10. La deviazione è generalmente
secondo l'asse del giunto ed in avanti secondo il senso
di avanzamento della torcia.
L'alimentazione dell'induttore è in questo caso ottenuta con un circuito elettrico che permette la regolazione della frequenza d'oscillazione, la sua ampiezza
ed eventualmente dei tempi di arresto alle estremità.
La direzione dell'oscillazione può essere scelta con il
posizionamento angolare dei poli magnetici.
SALDATURA TiG AD ELETTRODI MULTIPLI
Citiamo rapidamente e per completezza di questa esposizione il procedimento TIG ad elettrodi multipli e
le sue evoluzioni.
La nascita e l'evoluzione di questo procedimento sono
dovute alle esigenze di un settore di applicazione ben
determinato che è la saldatura in continuo su macchine profilatrici di tubi in acciai inossidabili.
Gli studi condotti su un arco TIG hanno mostrato come
oltre una intensità di corrente di 250 A circa il flusso
di calore trasmesso al pezzo non aumenta praticamente più ma viene dissipato in irraggiamento attorno all'arco.
Fig. K)a - Torcia TIG con deviatore magnetico d'arco.
L'effetto che si ottiene è un allungamento della sorgente di calore lungo il giunto, che permette un aumento dell'intensità di corrente utilizzata con un aumento della velocità di saldatura dell'ordine del 30-H
50% su spessori inferiori a 2 mm.
Oltre al guadagno di velocità l'utilizzo della deviazione
d'arco migliora la stabilità d'arco anche quando la
punta dell'elettrodo presenta un certo consumo (cono
leggermente tronco all'estremità).
Nei casi invece ove sia necessaria una zona fusa più
larga (es.: riempimento di un cianfrino) o per ridurre la
penetrazione (es.: in ricarica) può essere interessante fare oscillare l'arco di saldatura. Quando l'ampiezza
richiesta è maggiore di 20 mm circa viene fatta oscillare meccanicamente la torcia e l'apporto del filo.
Negli altri casi per ampiezze limitate e frequenze elevate è preferibile realizzare l'oscillatore con un campo
magnetico alternato applicato vicino all'arco e con un
dispositivo identico al precedente.
8
Asse ci'
\
G IU O to di
Saldatura
Elettrodo
\
Fig. 10b - Schema di principio di un deviatore magnetico d'arco e posizionamento degli elettrodi in rapporto al senso di oscillazione.
Tre archi TIG disposti lungo il giunto provocano una
fusione progressiva del giunto: il primo preriscalda i
lembi, il secondo fonde e realizza la penetrazione, il
terzo liscia il cordone.
Ulteriori perfezionamenti apportati a questa tecnica ed
al relativo impianto consentono oggi di coprire una
gamma di spessori da: 1 a 6 mm circa con un guadagno di velocità come indicato nelle tabelle di fig. 12.
PROCEDIMENTO TIG CON APPORTO DI FILO CALDO
II procedimento TIG con apporto di filo caldo è una
variante del procedimento TIG con filo d'apporto, ove
la fusione del filo non è assicurata unicamente dall'arco, secondo il metodo classico, ma è favorita dal
passaggio di una corrente nel filo la cui estremità è
in contatto con il bagno di fusione dietro all'arco di
saldatura.
Il passaggio di una corrente / nella parte terminale del
filo2 d'apporto provoca un riscaldamento importante
Rl (/? = resistenza della parte terminale del filo) che
porta il filo ad una temperatura prossima alla fusione.
Fig. 11 - Impianto automatico per saldatura TIG a tre elettrodi su macchina
profilatrice per tubi di acciaio inox.
A contatto del bagno di fusione formato dall'arco TIG,
il filo riceve l'apporto di calore che gli permette di
fondere in modo continuo.
Oltre questo limite per aumentare la penetrazione bisogna ricorrere ad un arco costretto come l'arco plasma mentre per ottenere un aumento della velocità di
lavoro bisogna ricorrere ad una modifica della sorgente di calore allungandola nel senso del giunto.
Particolarità quindi di questo procedimento è l'assenza di un arco elettrico tra il filo e il bagno di fusione.
Nella fig. 13 è illustrato lo schema di principio.
Per ottenere consistenti aumenti delle velocità di lavoro su spessori fino a 3 mm si è ricorsi quindi ad un
impianto TIG ad elettrodi multipli 3 o 4 archi (vedi
fig. 11).
Il procedimento TIG a filo caldo è consigliato in tutti
quei casi di riempimento cianfrini in passate multiple
ove siano richieste elevate caratteristiche delle salda-
V
(m/mn)
(m/mn)
i\USTEM1TICI
FERRITICI
7 -
Spessore
\
mm
\
—\
4 \
^
V
+
Velocità di saldatura
rnV mn
•1
1 , 1O -
1,30
1,5
o, 90 -
1,10
2
o, 60
0,75
2,5
o, 5 0 - 0,60
Gas : Argon - Iriroqeno
-
5 -10
^—
>
»")
1
2
3
-
4
Fig 12 - Confronto fra. le velocità di saldatura del procedimento TIG a tre elettrodi e TIG ad un elettrodo (a destra), su profilatrici in continuo per tubi.
La tecnica del filo caldo non è utilizzabile che con fili
a resistività elettrica elevata (acciai inossidabili). I
diametri normalmente usati sono 1,2 (1,6 mm).
Come gas sono utilizzati: una miscela argon-elio nella
torcia TIG, consigliata per le sue migliori caratteristiche di fusione e raccordo del bagno e argon puro nella
torcia di preriscaldo del filo.
Il preriscaldo del filo viene fatto con un generatore
speciale a corrente alternata in grado di erogare una
corrente ad una tensione molto bassa che non dia
luogo ad un arco elettrico. La corrente alternata viene
scelta per non perturbare con un arco polarizzato
l'arco TIG.
60/
PROCEDIMENTO MIG A CORRENTE PULSANTE
Senso d>
avanza manto
Parlando del procedimento MIG per gli acciai inossidabili abbiamo inizialmente accennato ad alcune riserve per l'ottenimento di giunti di buona qualità.
Lo sviluppo ed il perfezionamento del procedimento
a corrente pulsante permettono senz'altro di sciogliere
molte di queste riserve e di rivalutare il procedimento
MIG sugli acciai inossidabili.
Sì utilizza con questa tecnica (vedi fig. 15) una corrente ad impulsi fornita da un generatore ausiliario
e sovrapposta ad una corrente di base continua.
Gli impulsi sono nei casi più correnti a 50 o 100 Hz.
Qv/on zomcn lo
Fig. 13 • Procedimento TIG con apporto di filo caldo, posizione relativa torciaapporto di filo (sopra) e confronto con il TIG con filo freddo (sotto).
ture, vedi ad esempio applicazioni criogeniche o nucleari su acciai inossidabili.
La sua caratteristica fondamentale risiede infatti nell'elevato tasso di deposito:
— TIG con filo freddo = da 1 a 1,2 kg/h corrispondenti a 2,2 m/min di filo 0 1,2 mm.
— TIG con filo caldo = 2,7 kg/h corrispondenti a 4-5
m/min di filo 0 1,2 mm.
Il regime di fusione del filo caldo necessita un bagno
fuso abbastanza importante non è quindi possibile
l'utilizzo in passate di fondo o su un supporto di spessore inferiore a 4 mm.
10
Fig. 14 - Impianto automatico di saldatura TIG con apporto di filo caldo, deviazione magnetica d'arco sulla torcia e controllo di tensione d'arco.
rapporto alle applicazioni la distanza può variare da
80 a 200 mm.
Questa disposizione permette in rapporto al procedimento plasma monotorcia:
— un aumento di velocità del 30-50%;
— un ottimo aspetto superficiale dei cordoni di saldatura, in particolare sugli acciai inossidabili di difficile
sanabilità quali: tipi stabilizzati al Titanio o quelli contenenti Molibdeno.
Questi elementi infatti molto ossidabili a caldo hanno
inoltre la tendenza a rendere più fluido il bagno fuso.
Fig. 15 - Principio di funzionamento del procedimento MIG pulsato:
U intensità di corrente di base;
lp intensità di corrente di impulso;
A formazione della goccia;
B distacco della goccia.
Dal punto di vista energetico il procedimento è intermedio tra Io short-are e lo spray-are.
In pratica equivale ad un procedimento MIG stazionario ma ad una corrente più bassa.
Gli impulsi di corrente conferiscono un trasferimento del metallo in piccole gocce dirette e cadenziate,
è possibile inoltre (in misura limitata) fare variare
indipendentemente l'energia e l'apporto del filo.
Nella saldatura plasma monotorcia, la tenuta del bagno di fusione è quindi più delicata; il suo aspetto
superficiale dopo solidificazione è spesso molto più
ossidato e con depositi irregolari di ossidi e incisioni
marginali.
Nella saldatura plasma-TIG la tecnica consiste a limitare volontariamente la massa di metallo fuso, utilizzando un plasma molto concentrato con una zona di
fusione a rovescio molto stretta.
L'aspetto superficiale viene in questo caso immediatamente ripreso dalla torcia TIG.
Ulteriori miglioramenti possono essere ottenuti con
una corrente TIG pulsata o con una oscillazione magnetica dell'arco. Questo consentirà di allargare la zona
di azione dell'arco senza aumentare l'intensità di cor-
I vantaggi che si possono ottenere con il procedimento
MIG pulsante sono:
— arco stabile e rigido;
— diminuzione dei rischi di incollature;
— possibilità di saldare in tutte le posizioni;
— riduzione delle proiezioni;
— migliore aspetto dei cordoni;
— buona qualità della saldatura;
— consente infine l'impiego di fili di diametro maggiore, la cui fusione sarebbe instabile in MIG classico, ad un regime di corrente più basso.
LA SALDATURA PLASMA PIÙ TIG
La saldatura plasma più TIG (vedi fig. 16) consiste a
utilizzare contemporaneamente sullo stesso giunto e
utilizzando un impianto integrato, una prima torcia
plasma che assicura la penetrazione ed una seconda
torcia TIG con filo d'apporto che completa il giunto. In
Fig. 16 - Procedimento di saldatura plasma-TIG.
11
rente usata, con il conseguente risultato di limitare
l'ossidazione superficiale della saldatura.
TABELLA 1 - Confronto della velocità di saldatura sui vari spessori
con i vari procedimenti
Il procedimento plasma-TIG è consigliato nella saldatura testa-testa di lamiere su banchi di bloccaggio per
lunghezze oltre i 3 m o nel caso di saldature circolari
su pezzi puntati e diametri oltre i 2,5 metri.
spessore
in mm • .
velocità di saldatura in m/mir.
TU;
La gamma di spessori parte da 3 mm fino a 10 mm
circa, oltre questo spessore può essere interessante
usare con la torcia TIG un apporto di filo caldo che
aumenterà sensibilmente la quantità di metallo depositato.
PLASMA
PLASMA ..+ TIC
n.s
0.70
1•
1.10
1.10
1.5
0.80
11.80'
'
0.70
0 . 75
0.6 5
0.75
0.50
CONCLUSIONI
0.50/0.6 5
o . :; 5
0.50
0.50/0.HO
4
Abbiamo riassunto, per concludere, nelle tabelle 1 e 2
i vari procedimenti presentati e classificati in rapporto
alle loro possibilità di utilizzo, prendendo come riferimento lo spessore del materiale nel caso di un giunto
testa-testa.
0.54
?
6
8
. .
0.3 5
0. 4 5
11. 50
0. 4 5
o.::."i
Tale classificazione serve a dare una panoramica all'utilizzatore delle numerose possibilità che esistono
per ogni problema di lavoro.
La scelta di un procedimento può essere molte volte
complessa e per tali ragioni oltre a conoscere meglio
i singoli procedimenti sarà sempre utile interpellare
anche i produttori più qualificati.
Procedimento
1
""—*^^
2
4
:
6
7
8
9
i—
MulU pass in
cianuri no
1
1——
Mult
P----
n e i a n- n n O
Muitip ISS in c a n a r i n o
T l G * Filo Caldo
con
I
TlG a più elettrodi
le (su
Itrodo)
Tasta - Test ex
PLASMA + F i l o
Su SOS egno
TI
il g a S
'
:
3* fio
TlG + ^ilo caldo
MIG Pulsato
MI G
Spray - Are
> 10
12
2 p aSSate conirc ppostz
T|G + Filo Freddo
BICATODO
Plasma + ~Tiq.
10
Su Sup DOrto
ARCO Sommerso
TlG Automatico
a 1 elettrodo
3
su su pporto
di re m e
Malt, poiS m e a o£r i no
TABELLA 2 - Saldatura automatica ad arco degli acciai inossidabili