metallurgia della saldatura

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  • Metallurgia della

    saldatura Progetto del corso

  • Metallurgia della saldatura

    Indice

    La saldatura e il suo sviluppo ........................................................................................... 1

    Principali procedimenti di saldatura ................................................................................. 3

    Metallurgia della saldatura ............................................................................................... 7

    Difetti nella saldatura...................................................................................................... 12

    Bibliografia ..................................................................................................................... 17

  • - 1 -

    Metallurgia della saldatura

    La saldatura e il suo sviluppo

    La saldatura un procedimento che permette il collegamento permanente di parti

    solide tra loro e che permette la continuit del materiale nel quale si applica. In generale

    presuppone l'apporto di calore localizzato tale da permettere la fusione del materiale.

    Tale materiale pu essere il materiale che compone le parti stesse che vengono unite,

    ma pu essere anche un materiale estraneo ad esse, detto materiale di apporto.

    La maggior parte dei processi di saldatura metalli sono stati inventati negli

    ultimi anni, ma alcuni hanno una lunga storia. Brasatura e la saldatura martello d'oro

    sembrano essere stati conosciuti durante l'Et del Bronzo, ma sono stati utilizzati

    principalmente per fare ornamenti. Saldatura prima si evoluto come una tecnica di

    primaria importanza economica quando l'uso del ferro si diffuso, nel Medioevo,

    essendo necessaria non solo al fine di rendere i prodotti finiti, ma anche come parte del

    processo di produzione del ferro stesso.

    Per avere dei procedimenti di saldatura con caratteristiche omogenee e

    riproducibili, fu necessario arrivare al 1901 con la saldatura ossiacetilenica, in cui si

    univano le parti per fusione dei lembi di un modo molto semplice e ripetibile.

    Agli inizi del XX secolo si svilupparono generatori elettrici sufficientemente

    potenti per generare un arco avente una potenza sufficiente alla fusione del ferro. Il

    primo procedimento di saldatura che fu sviluppato utilizzando l'energia dell'arco

    elettrico fu il procedimento ad elettrodo non protetto, attualmente completamente

    abbandonato a favore del procedimento a elettrodo rivestito, il procedimento pi diffuso

    nel mondo.

    Nel 1925 veniva messo a punto il procedimento di saldatura a resistenza, oggi

    utilizzato ampiamente in ambito industriale per produzioni di grande serie.

    Nel corso della Seconda guerra mondiale fu sentita l'esigenza di produrre giunti

    saldati di buona qualit con una produttivit maggiore di quella che poteva essere data

    dall'elettrodo rivestito, in quellepoca apparso l'arco sommerso, che permetteva una

    produttivit ed una riproducibilit assolutamente maggiori.

    Nel dopoguerra furono sviluppati i procedimenti MIG (Metal-arc Inert Gas) e

    MAG (Metal-arc Active Gas) per avere una produttivit confrontabile con quella

  • - 2 -

    Metallurgia della saldatura

    dell'arco sommerso, pur con una maggiore flessibilit di impiego. In parallelo fu

    sviluppato il procedimento TIG (Tungsten Inert Gas), che permetteva un controllo

    molto preciso delle caratteristiche della saldatura ed una lavorazione continua, che non

    era permessa dall'elettrodo rivestito.

    Infine negli anni settanta furono sviluppati i procedimenti ad energia

    concentrata, cio electron beam e laser, che permettono di limitare la zona di materiale

    modificata dalla saldatura.

    Attualmente sono in corso studi per la saldatura per diffusione, in cui non si

    porta a fusione il materiale da saldare, ma si sottopone a pressione ad una temperatura

    sufficientemente elevata perch gli atomi del reticolo cristallino diffondano attraverso la

    superficie di separazione dei pezzi, in modo da realizzare giunti a temperature

    relativamente basse.

  • - 3 -

    Metallurgia della saldatura

    Principali procedimenti di saldatura

    Poi i tipi pi importanti di saldatura sono brevemente espiegati.

    TIG (Tungsten Inert Gas): procedimento di saldatura ad arco con elettrodo non

    fusibile (di tungsteno), sotto protezione di gas inerte, che pu essere eseguito

    con o senza metallo di apporto. La saldatura TIG uno dei metodi pi diffusi,

    devuto a la sua elevata qualit, ma richiede operatori altamente specializzati.

    Figura 1.- Schema della saldatura TIG.

    MIG/MAG (Metal-arc Inert Gas/Metal-arc Active Gas): procedimenti a filo

    continuo in cui la protezione del bagno di saldatura assicurata da un gas di

    copertura, che fluisce dalla torcia sul pezzo da saldare. Il filo fatto da un

    elettrodo consumabile. L'unica differenza fra le due il gas che viene usato per

    la protezione.

    Figura 2.- Schema della saldatura MIG/MAG.

    Generatore di

    corrente d'arco

    Bombola del gas

    di protezione Massa

    Torcia

    Avanzamento e

    controllo del filo

    Massa

    Elettrodo di

    tungsteno

    Condotto di

    gas

    Bombola del gas

    inerte

    Sostegno delelettrodo

    Gas di protezione

    Macchina

    di

    saldatura

    Condotto

    elettrico Guaina

    isolante

  • - 4 -

    Metallurgia della saldatura

    Ossiacetilenica: metodo di saldatura in cui l'energia viene fornita dalla

    combustione di acetilene in ambiente fortemente ossidante. Nella saldatura

    ossiacetilenica quasi sempre richiesto che sia fornito materiale d'apporto, di

    solito sotto forma di bacchette, fondenti sotto la fiamma. Date le sue

    caratteristiche non tutti i materiali sono saldabili con questa tecnologia.

    Figura 3.- Schema della saldatura ossiacetilenica.

    Ad arco con elettrodo rivestito: metodo in cui lelettrodo del metallo dapporto,

    che consumabile, rivestito con sostanze che, fondendo, producono gas

    protettivo e scoria.

    Figura 4.- Schema della saldatura ad arco con elettrodo rivestito.

    Ad arco sommerso: procedimento in cui l'elettrodo un filo continuo, che opera

    immerso in un letto di flusso, cio di materiale solido, granulare, che in parte

    fonde e lascia una scoria di protezione sul cordone di saldatura. La morfologia

    generale della zona di saldatura permette di generare una grande quantit di

    calore che, essendo schermato dalla scoria, cattiva conduttrice termica, resta

    localizzato nel bagno di saldatura. Quindi la saldatura ad arco sommerso

    permette di operare con elevate velocit.

    Torcia

    Tubo Miscelatore

    Valvola di

    ossigeno Ingresso di

    ossigeno

    Ingresso di

    acetilene

    Valvola di

    acetilene

    Ugello di

    pressione

  • - 5 -

    Metallurgia della saldatura

    Figura 5.- Schema della saldatura ad arco sommerso.

    A plasma: metodo in cui la torcia utilizzata presenta al centro l'elettrodo di

    tungsteno, il quale infusibile durante il processo. Intorno a tale elettrodo

    giunge un gas plasmogenico che, in presenza del campo elettrico presente

    esternamente o internamente alla torcia, diventa plasma.

    Figura 6.- Schema della saldatura a plasma.

    Laser e a fascio elettronico: procedimenti che ussano laser o un fascio di

    elettroni per unire i lembi tramite una saldatura sottile e profonda senza metallo

    dapporto. Questi procedimenti hanno un'alta densit di potenza, risultante in

    piccole zone riscaldate con alta velocit di riscaldamento e di raffreddamento.

    Figura 7.- Schema della saldatura laser.

    Laser

  • - 6 -

    Metallurgia della saldatura

    A resistenza elettrica: metodo di saldatura per fusione in cui il materiale viene

    riscaldato per resistenza elettrica. Ci sono tre principalli tipi: a punti, a rulli e a

    cilindri di testa per scintillio.

    Figura 8.- Schema della saldatura a resistenza elettrica.

    Per attrito: procedimento in cui il cordone di saldatura formato da un utensile

    cilindrico che ha un pin nella parte terminale che pu presentare una filettatura.

    Il pin, ruotando genera attrito, quindi calore. Quest'ultimo rende plastico il

    materiale, che, ricristallizzandosi, unisce i due pezzi.

    Figura 9.- Schema della saldatura per attrito.

    Forza premente

    Acabado Rotacin Acercamiento Soldadura Alejamiento

    Cilindro

    Pin

  • - 7 -

    Metallurgia della saldatura

    Metallurgia della saldatura

    La saldatura per fusione comporta limpiego di una sorgente termica concentrata

    di sufficiente potenza per fondere parte dei lembi e il eventuale metalle dapporto. Il

    apporto termico specifico dato dalla seguente formula:

    Formula 1.- Equazione per ottenere il apporto termico specifico, dato per W, dove V

    la tensione, I la corrente e v la velocit di avanzamento.

    Nel giunto realizzato mediante un processo di saldatura per fusione possono

    essere evidenziati due zone nelle quale si producono fenomeni diversi. Queste zone,

    rappresentate nella figura 10, sono:

    La zona fusa (ZF): la zona che durante il processo di saldatura stata portata a

    fusione.

    La zona termicamente alterata (ZTA) o zona di transizione: la parte del metallo

    base che non stata portata a fusione, ma le cui propiet meccaniche o

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