Perché si formano crepe a caldo nelle saldature dell’alluminio?

Le cricche a caldo nella saldatura delle leghe di alluminio comprendono principalmente le cricche da solidificazione nel metallo saldato e le cricche da liquazione nella zona termicamente alterata. Entrambe si verificano ad alta temperatura, quando un film liquido troppo debole non è in grado di assorbire la deformazione da trazione generata durante il raffreddamento.

Perché le leghe di alluminio sono vulnerabili

A parità di variazione di temperatura, l’alluminio si espande circa il doppio rispetto all’acciaio. Durante la solidificazione, le miscele eutettiche a basso punto di fusione possono rimanere lungo i bordi dei grani mentre il metallo circostante si contrae. Le leghe con un ampio intervallo di solidificazione sono particolarmente vulnerabili perché il film liquido continuo persiste più a lungo e ha scarsa capacità di assorbire la deformazione.

La suscettibilità alla fessurazione dipende dalla composizione del metallo di base, dal metallo d'apporto, dal vincolo del giunto e dai parametri di saldatura. L'alluminio puro è il meno suscettibile. Le leghe Al-Cu sono tra le più suscettibili, mentre il duralluminio (Al-Cu-Mg) e le leghe ad alta resistenza Al-Zn-Cu-Mg sono generalmente inadatte alla saldatura per fusione convenzionale.

In che modo il metallo d'apporto influisce sulla formazione delle crepe

Un materiale di apporto può alterare la composizione della saldatura, l’intervallo di solidificazione e la quantità di eutettico. Un filo di Al-Si contenente circa 5% di Si, come il 4A01 citato nella fonte, presenta una buona capacità di riparazione delle cricche, sebbene la resistenza e la duttilità della saldatura siano relativamente basse. Piccole aggiunte di Ti, Zr, V o B possono affinare i grani e ridurre la formazione di cricche distribuendo la deformazione su un numero maggiore di bordi di grano.

Come ridurre la fessurazione a caldo

• Scegliere una combinazione di metallo di base e metallo d'apporto compatibile che riduca al minimo l'intervallo di solidificazione critico.
• Utilizzare una fonte di calore concentrata ed evitare correnti eccessive.
• Regolare la velocità di avanzamento. Una velocità eccessiva, unita a una corrente elevata, può aumentare la tendenza alla formazione di crepe.
• Ridurre le sollecitazioni sui giunti grazie a una progettazione adeguata delle scanalature, dei punti di fissaggio e della sequenza di saldatura.
• Evitare la saldatura intermittente, in cui i ripetuti avviamenti e arresti generano cicli termici locali molto intensi.

Non esiste un unico parametro in grado di eliminare la fessurazione a caldo. Il controllo della composizione, l’affinamento della grana, il controllo dell’apporto termico e la riduzione delle sollecitazioni di vincolo devono agire in sinergia.