Nella prima parte del programma, relativo alla saldatura con elettrodi rivestiti, ci siamo soffermati a presentare il metodo di trasferimento del metallo d'apporto nel bagno di fusione, le caratteristiche delle saldatrici e degli elettrodi più impiegati. In questa seconda parte, invece, analizzeremo alcune prove di saldatura più significative e più diffuse nella pratica, per illustrare sia la tecnica esecutiva e fornire alcune importanti istruzioni di lavoro, utili per ottenere giunti con caratteristiche ottimali. Abbiamo già ampiamente illustrato i tipi di elettrodi che esistono in commercio, la loro disignazione e i criteri di scelta ed impiego. Prima di dare inizio alle prove, è opportuno accennare anche alla preparazione dei giunti. Come si può notare dalla tabella, i lembi devono essere preparati con forme diverse, in funzione dello spessore delle lamiere.
Per pezzi aventi uno spessore tra 1 e 4 mm si usano lembi retti molto ravvicinati. I lembi sono retti anche per pezzi che hanno uno spessore fino ad 8 mm. In questo caso però la distanza tra i lembi è maggiore ed in alcuni casi, quando è possibile, si esegue anche un cordone al rovescio. Sui lembi con spessori da 5 a 20 mm si effettua quasi sempre un cianfrino avente apertura di con o senza spalla.
Il cordone si effettua con due o più passate di riempimento. Per spessori da 15 a 40 mm si effettua invece una preparazione ad X e per spessori superiori a 20 mm una preparazione ad U. Nella tabella alcuni valori si sovrappongono, questo significa che non vi sono regole molto rigide, ma che ogni situazione richiede una sua specifica valutazione circa la preparazione più idonea dei lembi. Tra le prove su acciaio comune FE410, materiale molto diffuso nelle costruzioni, presenteremo la saldatura in piano con una o più passate.
La saldatura in angolo piano frontale La saldatura verticale ascendente, la saldatura verticale discendente e la saldatura di una tubatura. Nella prima esperienza viene utilizzato un elettrodo con rivestimento rutilo a 20 mm. un diametro di 2,5 mm. Il materiale base è costituito come detto da FE410 con uno spessore di 5 mm. I lembi hanno un cianfrino con angolo di 60 gradi.
Per innescare l'arco l'operatore tocca il pezzo con la punta dell'elettrodo creando un breve cortocircuito e subito si allontana per far scoccare l'arco. L'operatore sposta l'elettrodo dalla sua sinistra verso destra, tenendolo inclinato mediamente da 45 a 70 gradi sull'asse della saldatura, in modo da impedire alla scoria di sopravanzare il bagno di fusione e provocare quindi pericolose inclusioni, tanto più facili quanto più il cianfrino è profondo e stretto. Per evitare inclusioni di scoria, basta inclinare un po'di più l'elettrodo ed allungare l'arco per qualche istante.
La corrente di saldatura utilizzata è di 80 ampere. Prima di cambiare elettrodo e riprendere il lavoro su una superficie metallica ben pulita, l'operatore asporta la scoria stessa del deposito precedente. Per riaccendere l'arco, il saldatore tocca con la punta dell'elettrodo il pezzo con un movimento tangenziale e quindi si allontana.
Si può notare la corretta posizione dell'operatore e dell'elettrodo rispetto al pezzo. Mentre si conclude la saldatura, la scoria si sta già sollevando a seguito del raffreddamento del pezzo. Per evitare il cratere finale, l'operatore rimane per breve tempo sul punto terminale della saldatura, in modo che la fusione dell'anima lo riempia.
Spessori superiori a 5 mm richiedono più passate per il completamento del cianfrino con la tecnica a passate larghe o strette a scelta dell'operatore. Su uno spessore di 12 mm, ad esempio, sono state necessarie 4 passate per il riempimento del cianfrino. Ciò ha consentito di ottenere un giunto ben penetrato sui fianchi e senza difetti. Vediamo ora l'esecuzione di un giunto d'angolo in posizione piano frontale. Per questa prova si impiega ancora un elettrodo con rivestimento rutilo di diametro di 2,5 mm.
Il materiale base è costituito da FE 410 con spessore di 12 mm. Saranno quindi necessarie più passate per il completamento del cianfrino. Durante l'esecuzione della prima passata, l'elettrodo viene tenuto inclinato di rispetto alla lamiera orizzontale e di in avanti.
La corrente è di circa 100 A ed è la massima consentita dal produttore dell'elettrodo. Prima di innescare l'arco con il secondo elettrodo, l'operatore toglie la scoria dal deposito. In una saldatura d'angolo, la scoria è più difficile da togliere, poiché è vincolata dai lembi del materiale base.
Nell'esecuzione del secondo cordone, l'elettrodo è tenuto inclinato di rispetto al piano orizzontale e di in avanti. Il deposito che farà da supporto alla terza e conclusiva passata è eseguito con una corrente di circa 90 A. La scoria si toglie molto facilmente essendo venuti a mancare i vincoli meccanici dei lembi. Nella terza e conclusiva passata l'elettrodo è inclinato di rispetto al piano orizzontale di saldatura e di come nelle dimostrazioni precedenti nel senso di avanzamento.
Un movimento oscillatorio della punta dell'elettrodo permette la fusione del materiale base e dei depositi precedenti. In questo modo si completa il cordone di saldatura realizzando un deposito che permetterà di sopportare le sollecitazioni meccaniche cui sarà sottoposto il manufatto. Come si può notare la corrente rimane fissa a 92 A.
La scoria è facilmente eliminabile con l'uso della martellina e della spazzola. Il giunto che stiamo vedendo evidenzia la sequenza di saldatura e la forma dei depositi. È stata infatti completata solo la prima passata e parzialmente le successive.
Per la saldatura in posizione verticale ascendente sono particolarmente consigliati gli elettrodi a rivestimento rutilo, purché di diametro non molto elevato. In questa dimostrazione utilizziamo ancora come materiale base pezzi di FE410 a 21 spessore di 12 mm. Il saldatore innesca l'arco con un movimento di sfregamento della punta dell'elettrodo dall'alto verso il basso del... vertice del giunto fino al punto di inizio saldatura.
La scoria molto fluida e di notevole quantità tende a colare ma subito solidifica, forma il cordone e fa da supporto al bagno di fusione. L'elettrodo utilizzato ha un rivestimento rutilo di diametro 2,5 mm. La corrente è di 80 ampere necessariamente ridotta rispetto alle precedenti saldature in piano.
A causa della strettezza del fondo cianfrino, nella prima passata il movimento dell'elettrodo non può essere che assai limitato in senso trasversale. Per ottenere la penetrazione, il saldatore porta l'arco a fondere prima i due lembi del cianfrino e quindi il vertice. La scoria abbondante ha una solidificazione caratteristica che evidenzia il tipo di rivestimento rutilo dell'elettrodo utilizzato nella prova. Per togliere la scoria, soprattutto nel punto di ripresa della saldatura, si deve prestare molta attenzione per evitare i noti difetti operativi.
Lo stesso cordone può essere eseguito anche con un elettrodo di diametro maggiore, ad esempio 2,25 mm. L'innesco dell'arco avviene come al solito con un movimento verticale verso il basso, fino al cratere lasciato dall'elettrodo precedente. La corrente è di circa 100 A. La tecnica di saldatura, il movimento dell'elettrodo all'interno del rispetto a tutta la gamma di dietri.
La corrente di saldatura è costante, mentre varia la tensione con il variare della lunghezza d'arco, cioè in funzione della distanza metallo d'apporto materiale base. La maglia del cordone evidenzia il tipo di saldatura eseguito, in particolare il movimento dell'elettrodo e la solidificazione a strati del materiale d'apporto. È possibile eseguire anche la saldatura in verticale discendente per lavori in posizione su piccoli spessori con elettrodi a scoria fluida e poco voluminosa.
Per questa esperienza utilizziamo un elettrodo con rivestimento cellulosico di diametro 2,5 mm ed una corrente di saldatura di 80 A. Il materiale base è sempre costituito da pezzi di lamiera FE410 a 21 spessore di 5 mm. Il saldatore sposta l'elettrodo con velocità costante tenendolo inclinato di circa rispetto alla verticale e nel piano bisettore dell'angolo. Il bagno di fusione non ha sostegno dal di sotto per cui il cordone risulta di piccole dimensioni e generalmente di buona estetica.
Un caso particolarmente importante per l'impiego degli elettrodi cellulosici è rappresentato dalle saldature circonferenziali di tubazioni in opera. Simuliamo questo tipo di applicazione con la saldatura testa a testa di un tubo di FE4. 110 a 21 spessore di 12 mm. Il cianfrino ha un'apertura di 60 gradi, la spalla è di 2 mm e la distanza tra i lembi è uguale al diametro dell'anima dell'elettrodo. L'elettrodo cellulosico ha diametro di 3,25 mm.
L'operatore esegue la saldatura dal basso verso l'alto. Il movimento ad-do dell'elettrodo consente di fondere i lembi ed avere un bagno di fusione penetrato, senza inclusioni ed incollature. Per questa saldatura sono quindi necessari operatori qualificati e sorgenti di corrente con elevate caratteristiche dinamiche, in grado di evitare spegnimenti d'arco. Completata la fusione dell'elettrodo, è necessario togliere con cura le scorie ed eseguire la scalpellatura del cratere, per essere certi di ottenere un cordone senza difetti e con la massima garanzia di resistenza e tenuta.
Per aumentare la produttività, nella saldatura di pezzi di acciaio in piano per riempimento dei cianfrini, si impiegano elettrodi detti ad alto rendimento. Dopo l'esecuzione della passata di fondo con elettrodo a rendimento normale, ossia intorno al 90%, iniziamo il riempimento del cianfrino con un elettrodo di diametro di 5 mm a rivestimento basico. La corrente è regolata a 100°C. 190 ampere.
Il bagno di saldatura è di notevole dimensione a causa della fusione del rivestimento dell'elettrodo che contiene polvere di ferro. La quantità di metallo depositato può raggiungere valori di oltre il 200% del peso dell'anima. La tecnica di saldatura non si differenzia da quella già analizzata precedentemente per la saldatura in piano. La scoria è molto spessa e più difficile da togliere rispetto agli elettrodi normali.
Completiamo le esperienze con altri tipi di elettrodi che permettono la saldatura ad arco di acciaio inossidabile, ghisa ed alluminio. Per la saldatura su acciaio inossidabile AISI 304 con spessore di 2,5 mm si deve utilizzare quale materiale d'apporto un elettrodo inossidabile 308 L16 avente diametro di 2,5 mm a basso contenuto di carbonio per evitare la possibile precipitazione dei carburi di cromo che renderebbero la lega facilmente ossidabile. La corrente di saldatura, continua con polarità inversa, è di 55 A, l'arco corto, stabile e senza spruzzi.
Prima di iniziare la saldatura con un secondo elettrodo, si deve togliere la scoria dal cratere per evitare inclusioni. La tecnica è la stessa di quella utilizzata per la saldatura in angolo degli acciaio al carbonio, precedentemente analizzata. Si deve però, in questo caso, utilizzare una corrente inferiore, a parità di diametro di elettrodo.
Raramente si salda l'alluminio con elettrodi rivestiti, in quanto esistono procedimenti di saldatura più idonei. Nella saldatura che ora stiamo eseguendo, utilizziamo un elettrodo avente una composizione del deposito di 95% di alluminio e 5% di silicio, su materiale base di analoga composizione. L'elettrodo ha un diametro di 2,5 mm e la corrente di saldatura, continua con polo positivo alla pinza a porto elettrodo, è di circa 60 A.
L'inclinazione dell'elettrodo è di circa 70 gradi in avanti. Infine, ricordiamo che gli elettrodi per la saldatura dell'alluminio sono molto igroscopici e quindi vanno protetti dall'umidità ambiente con confezioni stagne. Come ultima esperienza abbiamo riservato la saldatura di un getto di ghisa. Questo procedimento è utilizzato quasi esclusivamente per le riparazioni di getti o di pezzi già lavorati.
La saldatura della ghisa a freddo, cioè senza preriscaldo del pezzo, è possibile con elettrodi che depositano ferro nickel o nickel puro. L'elettrodo utilizzato per la prova di saldatura su una slitta di ghisa ha diametro 2,5 mm. La corrente impostata, continua con polo positivo alla pinza porta elettrodi, è di 65 A.
Il deposito che si ottiene è lavorabile all'utensile e non è soggetto a cricche. A conclusione di questo audiovisivo, nel quale abbiamo analizzato la tecnica di esecuzione di alcune saldature classiche con elettrodi rivestiti, dedichiamo un ultimo spazio ai difetti di saldatura. Nella saldatura ad arco con elettrodi rivestiti, i difetti maggiormente riscontrabili sono i seguenti. Mancanza di penetrazione dovuta ad una scelta sbagliata dei parametri di saldatura. Un cordone irregolare dovuto all'imperizia dell'operatore o ad una scelta sbagliata dell'elettrodo e dei parametri di saldature.
Le incollature del cordone sul metallo base, fondamentalmente causate da bassa corrente. Le inclusioni di scoria dovuta ad una tecnica operativa non corretta. Le incisioni marginali causate da un'eccessiva corrente di saldatura.
Le porosità e le soffiature causate fondamentalmente da elettrodi umidi e dalla qualità del metallo base. Le cricche a caldo e a freddo di origine metallurgica che dipendono in larga parte dalla tecnica operativa impiegata e a volte dalla dimensione dei pezzi che si saldano. L'eccesso o la mancanza di sovrametallo che dipende dalla velocità di saldatura o troppo bassa o troppo alta. L'arrossamento dell'elettrodo dovuta ad un'eccessiva corrente di saldatura.
In questo programma abbiamo sinteticamente analizzato la saldatura di acciaio comune FE410. In piano testa a testa. In angolo piano frontale, in verticale ascendente, in verticale discendente, in posizione su un tubo.
Inoltre abbiamo dato un accenno all'impiego di elettrodi ad alto rendimento. Alla saldatura dell'acciaio inossidabile con l'esecuzione di un giunto in angolo piano frontale. Alla saldatura dell'alluminio.
Alla saldatura della ghisa.