Terza CMM, cosa non vi ho detto ieri nel video 1, questo è il video 2, non vi ho parlato della scala del fenomeno, cioè del fatto che la saldatura è un processo che va dall'unione di pezzi piccolissimi, per esempio componenti elettronici che vengono saldati a stagno, all'unione di pezzi enormi di carpenterie metalliche nei cantieri navali, quindi stiamo parlando di un'ampissima gamma di fenomeni. Parliamo oggi di saldabilità. La saldabilità, tutte le cose che finiscono con bilità, è l'attitudine dei materiali a unirsi sotto l'effetto del calore. Si dice che un materiale ha una buona saldabilità quando rompendone un pezzo e saldandolo, sul giunto che se ne ottiene io avrò delle caratteristiche meccaniche analoghe a quelle che avevo prima della rottura. L'unione dei pezzi che ottengo deve essere tenace, deve essere tenace e non deve essere fragile e deve essere priva di difetti, sia superficiali che all'interno.
Farei una parentesi, un'enorme parentesi su cosa sia la tenacità, perché è molto importante. La tenacità di un materiale è la sua capacità di assorbire energia e deformarsi plasticamente prima di arrivare a rottura. Noi sappiamo che il campo di resistenza dei materiali ha prima una fase elastica e poi una fase plastica. La fase elastica è quella fase in cui un provino di materiale si è sottoposto a un carico e poi il carico viene sollevato, riacquista la propria forma iniziale, mentre successivamente abbiamo la fase plastica.
Nella fase plastica avvengono le deformazioni plastiche, cioè non si torna più alla forma di... alla forma di prima. Non va confusa con la resilienza che è un'altra proprietà meccanica che riguarda prettamente il campo elastico e non l'intero campo di resistenza, ok?
Mentre la tenacità riguarda l'intero campo elasto-plastico fino a rottura. Noi sappiamo che quando un corpo viene sottoposto a un carico, a un certo punto le sue forze di coesione interne, che sono le forze che tengono insieme il pezzo, vengono vinte dal carico esterno portando il pezzo a rottura. Se la tenacità è bassa, quando si innesta una cricca nel pezzo, questa si propaga velocemente portando a una rottura fragile, cosa che di solito non si desidera ottenere.
tranne in qualche caso in cui invece un pezzo può essere progettato apposta per rompersi così, ma nella grande maggioranza dei casi non è così. Bene, che cosa sia la tenacità? Lo abbiamo visto, ve lo scrivo in modo un pochino più esteso di come abbiamo visto qua in un pdf che vi carico su didattica, così lo potete leggere con calma.
Torniamo alla saldabilità. La saldabilità è influenzata da alcuni fattori. Citiamo i principali. Sicuramente il primo fattore sono le caratteristiche chimico-fisiche del metallo che devo andare a saldare, quindi in particolare avremo la sua temperatura di fusione, avremo la sua conducibilità termica e in molti casi la sua conducibilità elettrica, in molti non in tutti perché nel caso di saldatura elettrica.
In secondo luogo interessano le caratteristiche dell'ossido del metallo base, dell'ossido formato dal metallo base ed eventualmente se presente anche dell'ossido formato dal metallo d'apporto. Che cos'è l'ossido di un metallo? Lo scrivo.
Inoltre influenzano la saldabilità le condizioni di saldatura. e la tecnologia impiegata. Possiamo distinguere la saldabilità in saldabilità operativa, metallurgica e costruttiva. Sono tre cose un po'diverse, le vediamo una per una. La saldabilità operativa dipende da come opero, cioè in che condizioni realizzo il giunto e che procedura adotto.
Secondo, la saldabilità metallurgica. Questa dipende invece dal materiale, quindi in particolare dalle trasformazioni chimico-fisiche e strutturali che si realizzano all'interno di un particolare materiale. Ogni materiale naturalmente reagirà al calore in modo diverso, quindi modificandosi a diverse temperature e in diversi modi. La saldabilità costruttiva.
Dipende invece dal costruito, cioè dalle condizioni di insieme, per esempio se il pezzo è sottoposto a vincoli, se all'interno del pezzo costruito di insieme ci sono delle dilatazioni o delle contrazioni e quant'altro. Bene, andiamo a vedere la saldabilità metallurgica, cioè cosa avviene dentro questo pezzo, dentro il metallo base, nei vari punti. Vediamo una figura. Nella figura che abbiamo visto, quella che è indicata con ZF indica la zona fusa, cioè quell'area nella quale si trova il metallo di base o si trovano il metallo di base e il metallo da piazza.
nel caso questo sia presente, allo stato temporaneamente fuso. Vicino c'è tutta una zona ZTA che significa zona termicamente alterata. Nel disegno c'è solo da una parte ma chiaramente nella realtà c'è da tutte e due le parti ovviamente.
La zona termicamente alterata significa che ha subito uno sbalzo termico importante. All'interno di essa c'è una ZSC che sta per zona sotto cordone. che chiaramente l'area limitrofa alla zona fusa, anch'essa fa parte della zona termicamente alterata, MB sta per metallo base. Perché stiamo vedendo questo disegno?
Cosa c'entra con la saltabilità? C'entra molto, c'entra per il fatto che nella zona che chiamiamo termicamente alterata abbiamo subito delle alte temperature e un ciclo di riscaldamento e raffreddamento, è come se avessimo subito un trattamento termico. I trattamenti termici vengono fatti apposta, a volte nei metalli, per cambiare le caratteristiche meccaniche, il che significa che quando io faccio subire un riscaldamento o un raffreddamento a una certa velocità, questo materiale cambia le caratteristiche, in particolare nella zona termicamente alterata.
aumenta la durezza del materiale. La durezza va di pari passo con la fragilità. Vediamo una parentesi. La durezza indica le caratteristiche di deformabilità plastica del materiale.
È una caratteristica meccanica molto importante e collegata alla resistenza di fatto alla deformazione permanente. Occhio perché detta così assomiglia un pochino a quello che abbiamo detto prima riguardo alla tenacità, ma sono due caratteristiche, durezza e tenacità, diverse, sono due caratteristiche diverse, in particolare la durezza spesso è accompagnata alla fragilità. Le rotture dei materiali fondamentalmente possono avvenire con un meccanismo duttile, con un meccanismo fragile, sono due meccanismi di rottura diversi. Il meccanismo duttile è più lento.
il meccanismo fragile è più rapido, spesso è meno desiderabile. Possiamo vedere la durezza come l'attitudine di un materiale essere scalfito. Esistono diverse scale di durezza accompagnate dalle rispettive prove di laboratorio. Vediamole.
Una delle scale più utilizzate è la scala Vickers. La scala Vickers espone i risultati fondamentalmente delle prove con penetrometro Vickers che è un oggetto di laboratorio nel quale viene inserito un provino del materiale e questo viene sottoposto a un carico. A un carico di un oggetto che ha un determinato materiale e una determinata forma soprattutto dell'impronta viene fatto.
fatto scendere sul materiale in condizioni controllate e si va poi a misurare l'impronta, la dimensione e il diametro dell'impronta lasciata sul materiale. A seconda dell'impronta lasciata sotto le stesse condizioni standard viene assegnato un numero che è il numero di durezza Vickers che si indica con HV. Molto simile alla Vickers è la Brinnell che fondamentalmente funziona in un modo analogo e i risultati infatti su delle due scale sono equiparabili.
Un pochino diversa è la Rockwell, funziona sempre con prove di impronta ma il carico non viene dato una tantum, viene dato sotto cicli, cicli di carico. Diversa invece è la scala Moss, un po'particolare per il fatto che Moss cosa ha fatto? ha preso dieci minerali di riferimento e li ha messi in ordine di chi scalfisce chi.
Li ha messi in modo tale che in questa scala ogni elemento scalfisce il precedente e viene scalfito dal successivo. Si va dal talco al diamante e è una scala un po'approssimativa questa ovviamente, perché tra un elemento e il successivo ci possono essere valori di un range di durezza che varia anche un bel po'. Ogni materiale può essere inserito in un certo punto della scala MOS.
Vi metto l'immagine. Abbiamo visto che cos'è la durezza, facciamo un accenno anche alla temprabilità. La temprabilità è l'attitudine di un materiale a modificare le proprie caratteristiche meccaniche, in particolare la propria durezza, quando subisce il processo di tempra. Il processo di tempra è un trattamento termico che viene fatto appositamente allo scopo di modificare le caratteristiche meccaniche di un materiale. Quando io faccio subire la tempra, cioè faccio subire un forte riscaldamento, fatto seguire da un raffreddamento rapido, più o meno è questo il processo di tempra, io desidero aumentare la durezza del materiale, lo faccio apposta, invece quando saldo...
Anche lì sto dando un forte riscaldamento seguito da un raffreddamento rapido, è come se facessi una specie di piccola tempra, diciamo, però lì non voglio aumentare la durezza. Accadrà, accadrà, perché nella zona termicamente alterata inevitabilmente accadrà, ma è proprio qui che sta la saldabilità o meno. Quanto, quanto mi modifica le caratteristiche?
Tanto o poco? Se le modifica tanto è un materiale ben temprabile, ma non troppo ben saldabile e viceversa. Perciò la capacità di un metallo di contenere entro certi limiti la durezza che viene a crearsi nella zona termicamente alterata è un indice di buona saldabilità metallurgica. Se accade che la durezza in quella zona è troppo elevata si possono creare delle cricche, dei difetti, praticamente delle cose che causano facile rottura del giunto.
Nel caso io abbia la necessità di saldare dei metalli che non sono tanto saldabili posso ricorrere ad alcuni trucchi, il principale dei quali è usare delle polveri disossidanti. In genere quali sono i materiali che si vanno a saldare? Sono tanti ma principalmente i propri più comuni sono gli acciai e gli allumini. Se ne possono saldare tanti altri come per esempio leghe di nickel o di titanio o anche non solo metalli ma anche polimeri termoplastici.
In riferimento in particolare agli acciai diciamo che altri parametri che influenzano la saldatura sono le dimensioni dei grani dell'acciaio, il processo di fabbricazione che è stato utilizzato per costruirlo, la presenza di idrogeno nella zona fusa e gli spessori dei materiali da saldare. Si è visto sperimentalmente che gli acciai con basso tenore di carbonio, cioè gli acciai dolci, sono più saldabili degli acciai duri, quelli con alto tenore di carbonio. A noi lo sappiamo cos'è un acciaio.
Gli acciai sono delle leghe ferrocarbonio, leghe nelle quali il tenore, si dice, di carbonio, il tenore vuol dire il contenuto, la quantità di carbonio presente è inferiore a circa il 2% del totale. Quando vado a mettere più carbonio, circa dal 2 al 7%, ottengo un'altra lega, ferrocarbonio, che si chiama ghisa. che non ci interessa perché la ghisa non è saldabile, quindi non interessano gli acciai. In particolare li posso classificare in tantissimi modi, non è questa la sede per vederlo. Diciamo le due cose principali, cioè quando ho poco carbonio ho un acciaio cosiddetto dolce, quando ho tanto carbonio, tanto, stiamo sempre parlando massimo del 2%, ma in questo range cambiano le caratteristiche, metterne lo 0,5 o lo 0,9 dà origine a prodotti diversi.
Quando ne ho tanto ottengo un acciaio duro. Si distinguono poi gli acciai legati dagli acciai non legati, cioè sono presenti in lega oltre al ferro e al carbonio altri elementi? Sì o no? Questi altri elementi possono essere presenti naturalmente oppure possono essere addizionati apposta per conferire particolari caratteristiche meccaniche, quindi avremo acciai legati, non legati, fortemente legati, debolmente legati. Mi riaggancio al fatto che abbiamo nominato il ferro e il carbonio per dirvi di guardare la tavola periodica degli elementi.
La tavola periodica degli elementi è uno strumento che è un po'alla base dello studio della chimica, è un elencone che contiene delle caratteristiche basilari che hanno gli elementi. Noi non le studieremo assolutamente perché questo non è assolutamente un corso di chimica. La guardiamo al scopo unico di imparare qualche sigla, qualche sigla degli elementi.
Per esempio l'alluminio ha sigla AL, l'ossigeno ha sigla O, l'idrogeno ha sigla H. Quindi noi la guardiamo per vedere. quando vedremo qualche piccola formula di reazioni che avvengono durante la saldatura, a cosa corrispondono quelle sigle, a quale elemento. Vi lascio a titolo di approfondimento personale due tabelle prese da wikipedia che indicano la saldabilità bassa o alta, danno una scala da 0 a 5 dove 0 è non saldabile e 5 è ben saldabile.
di alcuni acciai e di alcuni altri elementi. Solo a titolo informativo da guardare non la potremmo capire benissimo per il fatto che implica una conoscenza abbastanza approfondita degli acciai. Noi abbiamo appena accennato cosa sono, quello che a noi interessa è sapere che sono leghe ferro carbonio con un tenore di carbonio di meno del 2% e ci interessa anche distinguerli in dolci e duri e legati e non legati.
Questo ci interessa al momento degli acciai. Direi che sulla saldabilità abbiamo detto abbastanza, no? Ci vediamo prossimamente, intanto studiate, cominciate a studiare queste cose e ci vediamo prossimamente con la descrizione delle tecniche principali di saldatura.
Partiamo da quelle tradizionali, in particolare partiamo dalla saldatura a gas, da una saldatura a gas che è la saldatura ossiacetilenica, che è la saldatura a gas più frequente. Buono studio!