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Dipartimento di Ingegneria dell’InnovazioneSezione Tecnologie e Sistemi di Lavorazione

Sistemi di Produzione/ Tecnologia Meccanica

Corso di Tecnologia Meccanica ( ING/IND16) CF 8

Saldature



Saldatura:Processo di unione permanente di due componenti meccanici .

Variabili principali:ü Lega da saldare

ü Spessore delle parti

ü Posizione di saldatura

ü Produzione da effettuare

Metallo Base (MB)

Metallo d’Apporto (MA)*

Giunto Saldato

* Può essere aggiunto a quello base per la formazione del giunto



Classificazione dei procedimenti di Saldatura

Saldature AUTOGENE:

üMB fonde, formando il giunto saldato

üMA può essere presente o no (dipende

dallo spessore da saldare e dal procedimento)

üMA metallurgicamente simile al MB

Saldature ETEROGENE:

üMB non prende parte alla formazione

del giunto saldato

üMA sempre presente (forma il giunto)

üMA diverso dal MB e con Tfusione inf.



Posizioni di Saldatura e Tipi di Giunto

In piano Verticale

Frontale Sopratesta

di testa

a L

di spigolo

a T a sovrapposizione

Posizioni di Saldatura

Tipi di Giunto



SALDATURA CON GAS

Sorgente di calore: fiamma ottenuta mediante la combustione di un gas (generalmente acetilene) con l’ossigeno

Caratteristiche del Gas:ü alta temperatura di fiamma (la fiamma ossiacetilenica ha la più alta temperatura ottenibile con gas)

ü elevato contenuto termico (la fiamma ossiacetilenica ha la più alta quantità di calore generato nell’unità di tempo)

ü bassa reattività della fiamma con MB e MA (la fiamma ossiacetilenica limita l’ossidazione del MB poiché ha un basso consumo di ossigeno e prodotti di combustione particolarmente riducenti)

ü stabilità e facilità di regolazione della fiamma

Saldatura con Gas = Saldatura Autogena per Fusione



SALDATURA CON GASSchema delle varie zone di una fiamma ossiacetilenica e delle temperature

üDardo: avviene la reazione esotermica primaria

ü Zona di Saldatura (o Zona Riducente *)

ü Fiocco (o Zona Ossidante **)

Per effettuare una buona saldatura ènecessario che i lembi dei pezzi da saldare si trovino nella zona riducente, principalmente non per l’alta temperatura ma per motivi di reattività chimica.

*Riduzione: acquisto di elettroni

**Ossidazione:perdita di elettroni



SALDATURA CON GASAttrezzatura necessaria:

ü bombole di ossigeno e di acetilene

ü cannello: attrezzatura per la miscelazione dei due gas, la regolazione (attraverso rubinetti) e l’indirizzamento della fiamma. Deve essere dimensionato in modo che:

Vgas>V propagazione fiamma (evitando così accensioni nel cannello)

Cannello ad Alta PressioneO2 (0,1-,3 MPa) aspira nel Venturi l’acetilene a

bassa pressione

Cannello a Bassa PressioneO2 ed acetilene sono alla stessa pressione (0,075

MPa)

1 bar = 105 Pa



SALDATURA CON GAS

Caratteristiche e prestazioni del procedimento:üSenza MA nel caso di spessore sottile

ü Nel caso di spessori elevati MA è indispensabile per formare il cordone di saldatura

ü Se MA è necessario, esso deve essere metallurgicamente simile al metallo base

ü Non adatto a leghe refrattarie e reattive

üAdatto per acciai a basso tenore di carbonio

üScarsa penetrazione del procedimento

üDipendente dall’operatore

ü Equipaggiamento di facile movimentazione



SALDATURA AD ARCO ELETTRICOcon elettrodo rivestito

ü Saldatura manuale più diffusa

ü Calore necessario alla fusione generato da un arco (elettrodo - MB)

ü Elettrodo di materiale fusibile

ü Pinza porta elettrodo per dirigere l’arco

ü Rivestimento: sviluppa fumi (H2 e CO2) di protezione per l’arco ed il MB dal contatto con l’atmosfera e l’ossidazione.

Saldatura ad Arco Elettrico = Saldatura Autogena per Fusione




L = lunghezza arcoV = tensione ai capi dell’arcoR = resistenzaI = corrente

Se L aumenta è V ed R aumentano è I diminuisce

Se L > 7-8 mm è

ü Arco difficile da controllare

ü Dispersione di calore notevole

ü Penetrazione della saldatura scarsa

ü Assorbimento di O2 ed N2 da parte del MB

Cordone con scarse qualità meccaniche e metallurgiche




Se L < 3 mm èü Surriscaldamento eccessivo del pezzo

ü Incollamento dell’elettrodo

ü Spegnimento dell’arco

Cordone con scarse qualità meccaniche e metallurgiche

Il mantenimento della corretta lunghezza dell’arco dipende dall’operatore




Trasferimento del metallo d’apporto

Il calore generato dall’arco provoca la fusione sia del MB che del MA (anima dell’elettrodo).

Le forze che provocano il passaggio del MA (sotto forma di gocce la cui dimensione dipende dalla corrente di saldatura e dal rivestimento) attraverso l’arco sono:

ü peso proprio

ü forze elettromagnetiche

ü gas che si sviluppano dal rivestimento

ü forze magnetodinamiche

ü tensione superficiale.




Soffio Magnetico sull’ArcoI di saldatura è Campo Magnetico che avvolge l’arco elettrico èl’arco è soggetto a forze elettromagnetiche che tendono a deviarlo èserpeggiamenti è mantenere l’arco il più corto possibile

Preparazione del MBPerché preparare i lembi?Per assicurare:

Giusta penetrazioneGiunto sano

La preparazione dipende da:ü Penetrazione richiesta dalla saldaturaü Posizione di saldatura

ü Spessore delle lamiere e tipo di giuntoü Tipo di MB




Caratteristiche e prestazioni del procedimento:ü Di facile utilizzo in operazioni di manutenzione e riparazione sul campo

ü velocità di saldatura maggiore rispetto alla saldatura a gas

ü costo di saldatura minore rispetto alla saldatura a gas

ü Possibilità di saldare spessori diversi

üAdatto per acciai al carbonio, basso-legati, inossidabili, leghe leggere, ghisa, rame

ü Non adatto per leghe a basso punto di fusione dato l’intenso calore generato dall’arco

ü Non adatto per spessori troppo sottili

ü Non economico nel caso di grossi spessori e/o notevoli lunghezze di cordone



SALDATURA TIG (Tungsten Inert Gas)Saldatura ad Arco Elettrico* in Atmosfera Inerte

* Saldatura Autogena per fusione

ü Il Tungsteno non prende parte alla fusione (il MB si)

üMA sotto forma di bacchette (sistema manuale) o di filo (sistema automatico)

ü La zona di saldatura (arco, elettrodo, MB fuso e MA) si trova immersa in un ambiente inerte, costituita da gas argon o elio o entrambi. Ciò impedisce l’ossidazione del giunto saldato. Il gas protettivo fuoriesce dall’ugello in punta alla pistola.




Tipologie di corrente utilizzate per la saldatura TIG di vari materiali




Caratteristiche e prestazioni del procedimento:üMetodo efficace che consente di ottenere saldature di elevata qualità

ü Adatta per leghe di Alluminio e Magnesio e materiali reattivi (titanio, zirconio)

ü Adatta per spessori sottili, dato che l’elettrodo di Tungsteno consente di mantenere archi stabili con correnti basse (fino a circa 15-20 A)

üMeno adatta per spessori medi e grossi, da un punto di vista economico

ü Procedimento costoso (costo del tungsteno e dei gas inerti)

ü Riservato ai materiali più pregiati ed agli spessori sottili

ü Possibilità di contaminazione del MB da parte del Tungsteno, formando inclusioni dure e fragili



SALDATURE MIG e MAG

TIG = Tungsten Inert Gas

MIG = Metal Inert GasMAG = Metal Active Gas

ü Elettrodo fusibile (MA) (saldatura a filo continuo)

ü saldatura semiautomatica

ü la velocità di avanzamento del filo è controllata

ü pistola raffreddata da un sistema di circolazione di acqua

üMIG: gas protettivi Argon o Elio (costo elevato, non giustificato nella saldatura di acciai a basso tenore di carbonio)

üMAG: gas protettivi CO2 o Shutgas



SALDATURE MIG e MAG

Trasferimento del metallo d’apporto:ü “short arc”: formazione di gocce di grosse dimensioni che, allungandosi verso MB, creano un corto circuito e spengono momentaneamente l’arco. Deposizione oraria bassa. No limiti relativamente alla posizione della saldatura.

ü “spray arc”: elevato numero di gocce che passano attraverso l’arco senza spegnerlo. Deposizione oraria elevata ed elevata penetrazione.

ü “pulsed arc”: in corrispondenza ad impulsi di corrente superiori ad un valore di transizione, si ha il distacco dal filo di una goccia che si deposita sul MB.



Caratteristiche e prestazioni del procedimento:ü Saldatura Semiautomatica o Automatica per acciai, acciai inossidabili, leghe di rame, leghe leggere

üMinore professionalità richiesta all’operatore

ü Elevata penetrazione

ü Elevata velocità di esecuzione ed assenza di scoria

ü Attrezzatura costosa, poco maneggevole e più complessa.

SALDATURE MIG e MAG



SALDATURA IN ARCO SOMMERSO

ü Saldatura Automatica

üMoto relativo tra la testa saldante ed il MB

ü Elettrodo, costituente anche il MA, caratterizzato da avanzamento a velocitàcontrollata

ü Arco elettrico e cratere di fusione sul MB sono continuamente ricoperti dal flusso (limitata ossidazione e nitrurazione)

ü L’arco non è visibile dall’esterno causa il flusso. Parte del flusso fonde e solidifica sopra il cordone. Inoltre il flusso può reagire chimicamente con le impurezze del MB (zolfo e fosforo) trasformandole in scoria e può limitare la velocità di raffreddamento del cordone con vantaggi metallurgici.

ü Risultato: cordone di elevata qualità e di forma regolare.




Unità di Controllo:

üRegola corrente (I), tensione d’arco (V) e velocità del filo (v)

Velocità di fusione del filo PROPORZIONALE a ITensione d’arco (V) PROPORZIONALE alla Lunghezza dell’arco

La Lunghezza dell’arco viene mantenuta costante misurando la tensione d’arco e variando di conseguenza la velocità di trascinamento del filo.




Se I aumenta è Penetrazione aumenta insieme al consumo di flusso

Se V (tensione d’arco) aumenta è Penetrazione diminuisce ma il consumo di flusso aumenta

Se velocità di saldatura (moto relativo tra testa e pezzi da saldare) aumenta èPenetrazione diminuisce ed aumenta la possibilità di inclusioni di scoria




Caratteristiche e prestazioni del procedimento:ü Ottima per saldare acciai al carbonio, debolmente e mediamente legati, acciai inossidabili, il nickel e le sue leghe (no per leghe leggere, acciai per utensili, ghisa)

ü Alta Penetrazione e Deposizione Oraria

ü Valida soluzione per grossi spessori

ü Posizione di saldatura: in piano o d’angolo, causa la presenza del flusso

ü saldature di grossi elementi di travature nel settore della carpenteria

ü saldature su grossi pannelli nel campo della cantieristica navale.



EFFETTI TERMICI DELLA SALDATURA

Ciclo termico di saldatura

I cicli termici di saldatura dipendono da:

ü posizione del punto

ü procedimento di saldatura



I cicli termici di saldatura dipendono da:

ü posizione del punto

ü procedimento di saldatura

ü spessore e tipo di giunto

ü materiale base

ü temperatura iniziale


Ciclo termico di saldatura




Caratteristiche metallurgiche del giunto saldato

Influenza della temperatura sui ritiri, deformazioni e tensioni residue

Trattamento termico di distensione: caratteristiche e vantaggi

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