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I processi di saldatura
Saldatura
In particolare si parla di giunzioni/unione, cioè creare continuità materiale a livello metallurgico, ma non microstrutturale, questo perché le caratteristiche microstrutturali del materiale cambieranno avvicinandomi al cordone di saldatura.
Tipi di saldature:
Ho semplicemente girato il pezzo, ma dal punto di vista Tecnologico: una cosa è saldare su un piano un’altra è saldare su una parete verticale, perché il materiale fuso ad alte temperature scolerà. Giunti di testa(a)(e): saldature fatte con due lamiere accostate su un piano. Giunti ad angolo:
- (f): all’interno
- (g): all’esterno la faccio all’interno o all’esterno in base a dove andrò ad applicare quel pezzo. Far lavorare una saldatura in Trazione è sempre meno raccomandabile che farla lavorare in compressione. Bisogna considerare la saldatura come un punto di debolezza del pezzo in questo caso sta lavorando in trazione perché la saldatura si va aprendo. In questo caso invece sta lavorando in compressione perché applicando la forza nello stesso modo vedo come la saldatura tende a chiudersi. È sempre più conveniente saldare in compressione, e quindi scelgo il modo di saldare in base a dove verrà applicato il carico. Saldatura a T (h): faccio un giunto a T, saldando a destra e sinistra Giunto a sovrapposizione (i): overlap, si può saldare pure dall’altro lato.
Classificazione per tipi di processo - Slide 4
Autogene: fonde il materiale che devo giuntare partecipa alla saldatura eventualmente insieme a un materiale d’apporto. Ad esempio, due lembi di acciaio, che fonde, insieme a una bacchettina realizzando “una nuova lega”, che mi potrebbe far recuperare gli svantaggi microstrutturali. Il centro della saldatura ha: una granatura grossa del materiale fuso e ri-solidificato
stress termico: distorsioni e tensioni residue dei difetti: come delle porosità. Tipi di processi: per fusione: in cui c’è una fusione vera e propria e queste sono: Saldature a Gas Ad Arco A Laser Per pressione/resistenza elettrica Saldature allo stato solido: sono autogene, ma il materiale stesso che devo giuntare non partecipa al processo fondendo Eterogene: Il materiale da giuntare, non partecipa alla saldatura, infatti quello che fonde è un materiale da apporto che fa da legante per i due pezzi da saldare. Il classico esempio di Brasatura è quello che si fa nei contatti elettrici, con fusione dello stagno.
Saldature a Gas
Saldatura a fiamma: chiamata anche ossiacetilenico, ho un cannello, dal quale esce una fiamma che è ottenuta tramite una reazione tra acetilane e ossigeno (conservati in bombole), in sostanza saldo per fusione due pezzi tra di loro sfruttando questa fonte di calore. Zero applicazioni a livello industriale. Molto economica. Problema di sicurezza per quanto riguarda lo stoccaggio di bombole ad alta pressione. Altro difetto: fornisco una quantità di calore spropositata su un’area spropositata, quindi non c’è una concentrazione della fonte di calore nell’area di saldatura, con conseguenti variazioni microstrutturali su una zona ampissima intorno al cordone di saldatura. Si può utilizzare per applicazioni di taglio: Faccio tagli poco precisi con accuratezza di +- 1 cm Le superfici non sono buone dal punto di vista della precisione geometrica e dal punto di vista microstrutturale.
Saldature ad arco
Sfruttano il fenomeno dell’arco elettrico: per realizzarlo sfrutto un generatore di corrente in cui sono connessi due cavi. Un cavo lo connetto al pezzo da saldare (supponiamo mi faccia da anodo) mentre l’altro cavo lo connetto ad un elettrodo (consumabile). Appena avvicino l’elettrodo al pezzo ci sarà una differenza di potenziale, e quando supera la rigidità dielettrica dell’aria si innescherà l’arco che:
- Fonderà il materiale che devo saldare
- Eroderà l’elettrodo: che è rivestito, questo fonderà insieme all’elettrodo, rilasciando dei fumi, che migliorano la saldatura ad esempio: Una scoria che copre la saldatura, rilasciata direttamente dal processo, si rimuove quando la saldatura si conclude. Ha delle funzioni specifiche come quelle di scudo termico: evitando un raffreddamento troppo veloce del materiale fuso (del cordone di saldatura), infatti, se questo avverrà in tempi brevi saranno provocate crepe o fratture, per la differente velocità di ritiro tra la zona adiacente e quella centrale, creandosi queste tensioni interne, che se sono: Più alte della tensione di snervamento: deformazione plastica (distorsione) Più alte della tensione di rottura: si innesca una cricca.
Parametri di processo (tecnologici)
Intensità di corrente di saldatura, ma anche il tipo di corrente se continua o alternata: Determinerà la velocità di fusione dell’elettrodo e quindi la velocità di deposizione, verrà depositato il materiale del rivestimento. Ma anche la velocità deposizione: del rivestimento del nostro elettrodo Anche la penetrazione: cioè l’altezza., magari devo fare più passate perché ho spessori più alti. Tensione di saldatura: che è quella che si sceglie e poi si va a vedere l’intensità di corrente. Di solito è indipendente la tensione e dipendete l’intensità di corrente, ma si può lavorare anche al contrario. Questa influenza la larghezza del deposito: cioè la larghezza del mio cordone di saldatura Velocità di saldatura: velocità lineare con cui muoviamo l’elettrodo lungo il cordone, si misura o in mm/min o m/ min. Velocità di deposizione: che influenzerà sia l’apporto termico, perché a parità di tutti gli altri parametri, con una certa Q(calore), se mi muovo con una velocità più alta l’Apporto termico specifico è più basso, perché sto dando la stessa quantità di calore in un intervallo di tempo inferiore. [J/m] Quindi bisogna mantenere una velocità costante. Inoltre, una velocità alta può portare altri problemi come delle Turbolenze all’ interno del metallo fluido, che potrebbe intrappolare aria, risultando un vuoto all’interno del pezzo una volta solidificato (Porosità). Altri tipi di processo ad arco - Slide 11 Con elettrodo non consumabile: TIG (tungsten inert gas): ho un elettrodo in tungsteno che ha una temperatura di fusione molto elevata e quindi non si consuma. Siccome non ho un rivestimento, utilizzo un gas di schermatura, erogato tramite la pistola da un ugello coassiale all’elettrodo da cui esce dell’Argon, per lavorare in assenza di ossigeno e quindi con una atmosfera protetta localmente. Il metallo da apporto: può essere una bacchetta esterna che fonderà da vicino, per effetto della temperatura dell’arco. Il processo può essere automatizzato. In funzione del materiale si sceglie la tipologia della corrente (vale per tutti i processi): MIG / MAG (metal inert / active gas): Utensile: non più di tungsteno, infatti è consumabile. Ma è alimentato automaticamente da una bobina. Posso fissare la velocità di erosione dell’utensile, e la distanza, e posso determinare anche la velocità di rinnovamento dell’utensile cioè quanto filo di bobina gli devo fornire continuamente per mantenere la lunghezza d’arco costante. MIG: esce semplicemente un gas inerte come nel TIG Materiale Corrente e polarità Acciai dolci CC, polarità diretta Acciai inox CC, polarità diretta o CA Leghe di Alluminio CA Leghe di Magnesio CA Leghe di Nickel CC, polarità diretta Ottone CA Rame CC, polarità diretta
MAG: gas attivo, che aiuta la ionizzazione dell’arco, che quindi ha una funzione attiva nel processo, ovviamente mantenendo la protezione offerta da un gas inerte.
- Se lavoro a Corrente costante (TIG) piccolo ΔI: quindi una curva più pendente, avrò una minore variazione della correte ΔI, per data variazione di lunghezza Δl
- Se lavoro a Tensione costante grande ΔI, avrò una curva più pendente. In realtà non sono perfettamente costanti perché significherebbe avere una caratteristica perfettamente orizzontale per la tensione costante e perfettamente verticale per corrente costante. (approssimazioni). Lavoro con una o con l’altra a secondo del tipo di variazione che voglio, più forte o più debole.
Saldatura ad arco sommerso - Slide 15
Dove l’arco è sommerso da un materiale, ovvero una polvere, polvere che viene depositata da una tramoggia, l’arco viene srotolato, avremo sempre il machina elettrica e il resto. Questo tipo di processo è una via di mezzo tra l’elettrodo rivestito e il mig: di solito si sfrutta in campo navale, dove si carica tutta questa struttura su un carrellino, che si va muovendo in un cordone di saldatura di 10-20m. La polvere: ha la stessa funzione del rivestimento nel processo di saldatura ad elettrodi rivestiti, infatti una volta fuso: Svilupperà dei gas che proteggono la saldatura Darà degli elementi in lega che possono migliorare le caratteristiche locali del cordone di saldatura Genererà la scoria strato superficiale protettivo, che verrà rimosso dopo.
Saldatura laser
Può essere utilizzata anche per applicazioni di Taglio, aumentando la potenza, piuttosto che saldare taglio, perché scendo lungo tutto lo spessore. A sinistra saldatura venuta male per fusione “lacoon penetration” è vuoto sotto. A destra saldatura venuta bene per fusione. saldatura laser: la zona di saldatura è molto più sottile. (vantaggio)
Caratteristiche dei processi di saldatura e di taglio - Slide 19
Saldatura a resistenza
Estremamente utilizzate nel campo dell’automotive è una saldatura per punti, cioè diversamente da quelle viste prima che avevano un cordone di saldatura, qua c’è un punto di saldatura: sono due elettrodi che si chiudono creando una saldatura su due lamiere sovrapposte. Come funziona: Ho un generatore e due elettrodi non consumabili. Gli elettrodi vengono pressati tra le lamiere, in modo tale da ridurre il più possibile la distanza dovuta alle micro-creste della rugosità superficiale, così da avere un contatto il più omogeneo possibile. Quando vado a dare corrente troverò: bassa resistenza tra elettrodo e lamiera alta resistenza tra le superfici delle due lamiere, perché resteranno le creste: quindi ci saranno tratti di rigidità dielettrica dell’aria in cui può scoccare un micro-arco. Per effetto joule verrà generata una temperatura maggiore, creando un nocciolo di fusione tra le due lamiere. Parametri di processo sono: Tensione del generatore. Pressione meccanica dei due elettrodi E il tempo di saldatura Avremo in realtà una storia di tensione e di pressione, quindi, bisogna vederle come funzioni nel tempo. Se i parametri di processo sono stati selezionati adeguatamente non avrò nessuna saldatura tra elettrodo e lamiera e si salderà solo al centro. Se i parametri di processo non sono stati selezionati adeguatamente allora si salderanno elettrodo e lamiera. Pressione troppo bassa: resta alta la resistenza tra elettrodo e pezzo e la saldatura si innesca là, non si appiattiscono le creste della rugosità superficiale. Dal grafico vedremo come ci sarà un piccolo incremento di pressione tra pezzo ed elettrodo, anche se la maggior parte della pressione è al centro, superando abbondantemente la temperatura di fusione. La storia di pressione, da cui si evince che bisogna calibrare le funzioni tensione e pressione. Questo grafico invece fa vedere la finestra di lavorabilità, in questo caso ho una fascia. Supponendo di lavorare nel punto indicato dal grafico: Se aumento il tempo (a parità di intensità di corrente) avrò Eccessi di calore (spruzzi di materiale caldo poiché è schiacciato) e incollature. Se abbasso l’intensità di corrente (a parità di tempo): il pezzo non riuscirà a saldarsi completamente, per la poca quantità di calore e si avrà l’incollatura, anche detta saldatura fredda.
Storia di temperatura
Questo processo è molto utilizzato, perché: questi elettrodi appositamente sagomati, mi permettono di arrivare ovunque, pure in spazi come sottosquadri. Facilmente automatizzabile. Nel grafico di possono vedere cicli di pressione e corrente. La pressione sale, chiudo, do la corrente che in questo caso è alternata, finisce la corrente, do la pressione per consolidare e poi stacco. Infine, posso anche dare un delta di pressione alla fine.
Saldatura a rulli
Sfrutto lo stesso principio di quella realizzata a punti, ma per realizzare cordoni, infatti i rulli mi permettono di fare una saldatura continua.
