Saldabilità dell alluminio e delle sue leghe, Metodologie metallurgiche e metallografiche

TIG

5.1.

Questo procedimento sfrutta l’alta temperatura prodotta da un arco elettrico che scocca

tra l’elettrodo infusibile ed il pezzo da saldare.

Gli elettrodi utilizzati sono in tungsteno puro (93,5%-97,5%) inoltre questa tecnica offre

vantaggi notevoli relativi alla rapidità di esecuzione, alla facilità di controllo dell’arco, alla

regolazione di intensità di corrente entro ampi limiti e soprattutto alla sorgente termica

potente e concentrata (che consente di saldare spessori piccoli con buone velocità di

saldatura).

L’impianto è composto da più parti: un circuito elettrico alimentato da un generatore e

corredato con un dispositivo per l’accensione e la stabilizzazione dell’arco, un circuito di

raffreddamento ad acqua per non far surriscaldare la torcia, un circuito per il gas di

protezione.

La saldatura viene eseguita fondendo i lembi accostati del pezzo, in un tempo molto

breve (3-5 secondi), se lo spessore è piccolo non è previsto l’uso di materiale d’apporto

che è invece essenziale per spessori elevati. Il materiale d’apporto, che si trova sotto

forma di bacchette, non è fuso dall’arco ma dal bagno di fusione dove viene immerso ad

intervalli regolari, fondendo ogni volta qualche millimetro ed è aggiunto in modo manuale

o automatico. Serve quindi un saldatore altamente qualificato, se manuale, o una

perfetta programmazione se automatico e questo è ovviamente uno svantaggio.

E’ molto importante il gas di protezione, infatti deve proteggere l’elettrodo, l’arco, il bagno

e le zone del pezzo adiacenti al bagno da possibili contaminazioni atmosferiche, come

umidità e ossigeno evitando ossidazioni o altri danni che peggiorerebbero la qualità del

giunto. Si utilizza come già detto prima argon in quantità variabili (5-25

l/min). Non è possibile utilizzare il TIG in corrente

continua e polarizzazione diretta perché gli elettroni che arrivano all’anodo (pezzo da

saldare) non sono in grado di rompere l’ossido. Il TIG in corrente

continua e polarizzazione inversa è utilizzabile ma solo per piccoli spessori perché

all’anodo (polo positivo, l’elettrodo) si sviluppano temperature molto elevate e per evitare

che l’elettrodo si surriscaldi fino a fondere, procurando danni inaccettabili nel giunto, si

devono usare elettrodi di diametro elevato (6 mm) e correnti non superiori ai 100 A.

Questa alimentazione permette la rottura dell’ossido: la frantumazione dell’ossido é

dovuta al bombardamento degli ioni positivi, del gas di protezione, che hanno massa

maggiore rispetto agli elettroni e quindi energia cinetica superiore (argon, 10 volte più

pesante dell’elio è più efficace). Ci sono limiti di applicazione dovuti all’impossibilità di

usare correnti elevate, le quali porterebbero ad un consumo dell’elettrodo.

Il TIG in corrente alternata invece è il più usato: vi è un semiperiodo dell’onda in cui

l’elettrodo è positivo (polarizzazione inversa) e si ha rottura dell’ossido, c’è poi un

semiperiodo in cui l’elettrodo è negativo (polarizzazione diretta) in cui l’elettrodo riposa

limitando così il suo surriscaldamento, unico difetto è il periodico passaggio per il

valore zero che compromette in parte la stabilità dell’arco.

Il campo di applicazione di questo procedimento è relativo a tubazioni e lamiere sottili

ma anche per la prima passata su lamiere di grosso spessore.

Tra gli svantaggi del processo TIG va considerato il fenomeno delle cricche a caldo

presente in misura maggiore rispetto al processo MIG mentre nel caso di difetti

derivanti da inclusioni di tungsteno il difetto è da attribuire all’operatore.

MIG

5.2. Torcia per saldatura MIG

Schema di impianto di saldatura MIG

E’un procedimento di saldatura per fusione limitato ad applicazione su strutture di

bassa qualità che si basa sull’alimentazione in corrente continua con un elettrodo

collegato al polo positivo (polarità inversa) al fine di rimuovere lo strato d’ossido.

Sfrutta l’elevata temperatura prodotta da un arco elettrico che scocca tra un elettrodo

fusibile e il pezzo da saldare e in questo caso il filo elettrodo rappresenta il materiale

d’apporto. Per l’avanzamento del filo di alluminio al fine di evitarne la rottura

è prevista una apparecchiatura, situata nella torcia, che tira il filo (che potrà essere

contemporaneamente spinto). Le velocità di avanzamento del filo variano tra 10-20

m/min e sono controllate dalla variazione di corrente dell’arco.

Il MIG è più semplice, più pratico e più veloce del TIG infatti viene usato quando la

produttività e la semplicità operativa sono importanti. Grazie alla densità di corrente

molto elevata (100-250 A/mm²) è possibile un’alta velocità di deposito.

L’apparecchiatura, come si può vedere nella figura della pagina precedente, è

complessa, costosa, ingombrante,e non adatta a saldare giunti in posizioni particolari

ed è quindi uno svantaggio importante.

L’impianto di saldatura prevede un circuito elettrico, un circuito per il gas di protezione,

un circuito di raffreddamento ad acqua, la torcia contenente il filo ed il dispositivo di

avanzamento del filo stesso.

Durante la saldatura il filo elettrodo, il bagno, l’arco, le zone circostanti il materiale,

sono protetti dalla contaminazione atmosferica tramite il gas inerte fluente dalla pistola.

Per quanto concerne le modalità di trasferimento del materiale d’apporto esse sono

funzione dei parametri elettrici di saldatura, del filo d’apporto e del tipo di gas e

generalmente sono due:

-Trasporto a spruzzo: ogni goccia si sviluppa liberamente e si distacca dal filo

giungendo al bagno di fusione per effetto di forze elettrodinamiche ed è caratterizzato

da un arco tranquillo, profonda penetrazione e buona estetica;

- Trasferimento ad arco pulsato: c’è una corrente base che mantiene acceso l’arco e

fuso il bagno senza trasferimento di metallo a cui si sovrappone a intervalli regolari una

corrente più intensa che porta alle condizioni di trasporto a spruzzo, è una tecnica

molto versatile, idonea sia per spessori sottili con giunti in varie posizioni, sia per

spessori elevati.

Uno degli svantaggi del processo MIG è la porosità diffusa cioè la presenza di

inclusioni gassose lungo tutto il cordone di saldatura, questo difetto è attribuibile alla

elevata velocità di saldatura cui segue un’elevata velocità di raffreddamento del bagno

che non consente al gas di uscire dal bagno fuso prima che esso solidifichi. Anche

l’abilità dell’operatore influisce sulla porosità.

MATERIALE D’APPORTO

5.3.

Si effettua ora una considerazione sui materiali d’apporto fino ad ora solo accennati.

Essi sono forniti sotto forma di fili o bacchette e devono rispettare la normativa UNI 7817

in cui sono prescritte le prove da effettuare e i valori richiesti dalle prove meccaniche.

In genere si tratta di fili tipici per la saldatura di leghe leggere da lavorazione plastica ad

esclusione del filo S Al Si 12 in cui la presenza di silicio in proporzione vicina all’eutettica

consente di avere una buona fluidità e una bassa possibilità di formazione di cricche.

La scelta del filo dipende da cosa si vuole ottenere dalla saldatura (ad esempio si sceglie

un filo più legato se si vuole avere una maggiore resistenza meccanica) ma in generale

le caratteristiche che li accomunano sono la purezza elevata e uno strato superficiale

ben levigato al fine di evitare ossidazioni e adsorbimento di umidità oltre a una

composizione chimica studiata per ridurre al minimo le cricche a caldo nella zona fusa.

Come visto in precedenza esiste una suddivisione delle leghe di alluminio in Serie

ognuna delle quali necessita di un diverso materiale d’apporto preferibile ad altri e di cui

ora se ne illustrano le principali proprietà:

• SERIE 1000 (Grado di purezza dell’alluminio 99.5-99.8%): la saldabilità è

buona, è necessario usare materiali d’apporto di uguale purezza della base per

mantenere la continuità elettrica (1040 o migliori). Per le leghe commerciali 1060

e superiori la scelta usuale è 1100;

• SERIE 2000 (alluminio-rame): non sono saldabili ad arco perché presentano un

elevato intervallo di solidificazione che comporta la formazione di cricche a caldo. Si

usa il procedimento di saldatura a resistenza. La lega 2219 (6.3% Cu) è saldabile

ad arco, il materiale d’apporto consigliato è 2319;

• SERIE 3000 (alluminio-manganese): la saldabilità del 3004 è buona mentre quella

del 3003 è mediocre. Materiali d’apporto: si consiglia 4043, buoni risultati anche con

1100;

• SERIE 4000 (alluminio-silicio): il silicio aggiunto fino a tenori del 12% produce una

diminuzione dell’intervallo di temperatura in cui avviene la solidificazione per questo

motivo le leghe della serie 4000 vengono usate come materiale d’apporto per tutte

le leghe leggere sia da incrudimento che da bonifica;

• SERIE 5000 (alluminio-magnesio): la saldabilità è buona poiché è limitata la

riduzione delle caratteristiche meccaniche in zona termicamente alterata. I danni

derivanti da cricche a caldo possono essere limitati scegliendo materiali d’apporto

opportuni (5356, 5183, 5556) che contengano una percentuale di titanio avente la

capacità di affinare il grano. È utilizzata anche 4043 ma c’è un calo di resistenza

rispetto al materiale base;

• SERIE 6000 (alluminio-magnesio-silicio): sono di facile saldabilità con buoni

risultati. Con tenori di 1% di magnesio e 1% di silicio si ha un massimo di

formazione di cricche a caldo. I materiali d’apporto consigliati sono 4043, 5356;

• SERIE 7000 (Alluminio-Zinco-Magnesio): la saldabilità è buona e il materiale

d’apporto consigliato è 5350; (Alluminio-Zinco-Magnesio-Rame): non saldabili a

causa di cricche a caldo;

• SERIE 8000 (alluminio-litio): possono esser saldate con materiale d’apporto 2319.

Saldatura a resistenza

6.

La saldatura a resistenza è un processo termoelettrico nel quale il calore è generato nel

punto di contatto delle parti da saldare grazie al passaggio di una corrente elettrica tra le

parti, che consente di controllare con precisione il tempo e la pressione.

E’ chiamata “resistenza” perché viene utilizzata la resistenza dei pezzi in lavorazione e

degli elettrodi (in combinazione o in contra