Saldatura MIG, TIG e a frizione per l'alluminio

Data la diffusa diffusione delle leghe di alluminio, i processi di saldatura che le riguardano comprendono oggi, tra gli altri, la saldatura ad arco con gas e elettrodo metallico a impulsi, la saldatura ad arco con gas e elettrodo di tungsteno in corrente alternata (TIG) e la saldatura per attrito-agitazione.

Le leghe di alluminio presentano in genere una buona lavorabilità a caldo e a freddo e una buona saldabilità e possono essere unite mediante processi di fusione convenzionali. Tra le opzioni più comuni figurano la saldatura ad arco in atmosfera protetta, la saldatura ad arco con argon, la saldatura ad arco al plasma, la saldatura a resistenza e la saldatura a fascio di elettroni. Sono particolarmente indicati i processi caratterizzati da elevata potenza termica, energia concentrata e schermatura efficace.

Attualmente, le attrezzature per il trasporto ferroviario vengono saldate principalmente mediante processi automatizzati con protezione in gas. Metodi avanzati come la saldatura ibrida laser-arco sono ancora in fase di sviluppo e oggetto di prove applicative su aree limitate.

Saldatura MIG

Attrezzatura

Un sistema MIG è costituito principalmente da una fonte di alimentazione, un controller, un alimentatore di filo, una pistola di saldatura, un gruppo cavi e un cavo di massa.

Caratteristiche

La saldatura MIG garantisce un’elevata produttività, mentre la saldatura MIG ad alta corrente è particolarmente indicata per lamiere spesse. La deformazione post-saldatura è leggermente maggiore e la qualità dipende in parte dalle prestazioni dell’attrezzatura. Il controllo della porosità della saldatura è l’aspetto fondamentale. L’idrogeno può penetrare da diverse fonti.

Modalità di trasferimento del metallo

Le tre modalità di trasferimento sono: a cortocircuito, a spruzzo e a spruzzo proiettato. La modalità a cortocircuito utilizza un arco corto accompagnato da un suono simile a uno scoppiettio e da una penetrazione superficiale. Viene impiegata principalmente per giunti a filetto o di testa in pareti da 1–2 mm con corrente bassa e filo da 0,8 o 1,0 mm. La modalità spray presenta un arco più lungo accompagnato da un sibilo e produce una penetrazione stretta e profonda a forma di dito; ciò può causare una fusione incompleta ai lati, porosità e crepe. La modalità a spruzzo proiettato presenta un arco leggermente più lungo e un leggero schiocco. Produce un profilo di penetrazione a forma di bacino e proprietà meccaniche migliori rispetto sia alla penetrazione superficiale del trasferimento a cortocircuito sia alla penetrazione a forma di dito del trasferimento a spruzzo.

Per la saldatura MIG dell’alluminio si raccomanda generalmente il trasferimento a spruzzo proiettato.

Fattori che influenzano la qualità

L'argon è il gas di protezione più comunemente utilizzato; le miscele di Ar-He possono aumentare l'efficienza e ridurre la porosità. È necessario controllare la velocità di avanzamento del filo, l'angolazione della pistola, la velocità di traslazione e l'altezza dell'ugello. Utilizzare un inserto PTFE o in nylon anziché un inserto a molla metallica e non utilizzare un rullo di trascinamento dentellato.

Nota: 1.L = prima passata; 2.L = seconda passata; il filo di apporto è dello stesso materiale del metallo di base; il gas di protezione è Ar; G = passata sul retro.

Progettazione delle scanalature

La geometria del giunto è determinata dallo spessore del materiale e dal progetto strutturale. Gli angoli delle scanalature in alluminio dovrebbero essere maggiori rispetto a quelli delle scanalature in acciaio, poiché in quest’ultimo caso si formano facilmente difetti alla radice; un’apertura più ampia migliora le condizioni della radice.

In posizione orizzontale, orientare la pistola nella direzione di avanzamento con un angolo compreso tra 5° e 20° rispetto alla verticale, facendo pendere il filo verso il lato che dissipa maggiormente il calore.

I materiali con spessore superiore a 8 mm richiedono più passaggi. Il passaggio di radice è fondamentale perché molti difetti di saldatura dell’alluminio si verificano proprio in corrispondenza della radice. Eseguirlo rapidamente con una gamba di dimensioni ridotte, in modo che il metallo depositato non copra la radice e non intrappoli i difetti.

Saldatura TIG

Attrezzatura

Un sistema TIG è costituito principalmente da una fonte di alimentazione per la saldatura, da un controller e da una torcia.

Caratteristiche

Il processo TIG è indicato per lamiere sottili e garantisce una bassa distorsione, una bassa porosità e un’elevata qualità per prodotti che richiedono standard elevati. Utilizzare il TIG in corrente alternata con protezione a gas sul retro. Il semiciclo negativo rimuove il film di ossido, mentre il semiciclo positivo riduce il surriscaldamento del tungsteno. Le cause tipiche della porosità sono: argon a bassa purezza, filo o scanalature sporchi, protezione inefficace, parametri inadeguati, estensione eccessiva dell’elettrodo e un arco troppo lungo o instabile.

Tecnica operativa

La tecnica più comune per un saldatore destrorso è la saldatura in "forehand": tenere la torcia nella mano destra, il filo in quella sinistra, inclinare la torcia di 20° verso destra e far scorrere il filo verso il bagno di fusione con un angolo di 15° rispetto al pezzo da lavorare.

Per prima cosa, creare un bagno di fusione con l'arco. Inserire il filo al suo interno da sotto l'arco con un movimento ripetuto avanti e indietro. Non spostare il filo troppo in profondità sotto l'arco, altrimenti la temperatura del bagno di fusione diminuirà. Far fondere la punta del filo nel bordo anteriore del bagno di fusione e mantenerlo all'interno dell'involucro di protezione.

Saldatura per agitazione con attrito

Attrezzatura

Il processo viene eseguito da un utensile rotante costituito da un perno profilato, un supporto e una spalla cilindrica.

Principi e caratteristiche

L’utensile rotante trasferisce il calore da attrito nel giunto, portando il materiale in uno stato termoplastico plastificato mentre l’utensile si sposta lungo la giuntura. All’inizio, il perno profilato ruota rapidamente e penetra nel giunto. L’attrito tra il perno e il metallo forma uno strato termoplastico, mentre il contatto con la spalla fornisce ulteriore calore. Il metallo plastificato si sposta continuamente dalla parte anteriore dell’utensile verso quella posteriore e riempie la cavità. La zona di saldatura subisce compressione, riscaldamento per attrito, deformazione plastica, trasferimento, diffusione e ricristallizzazione.

Tra i vantaggi figurano:

1. Giunzione allo stato solido.
2. Distorsione minima o assente.
3. Capacità di unire materiali difficili da saldare, quali l'alluminio ad alta resistenza, i pezzi fusi e i materiali compositi.
4. Senza gas di protezione.
5. Eccellenti proprietà meccaniche, in particolare in termini di resistenza alla fatica.
6. Nessun fumo nocivo, né radiazioni infrarosse né radiazioni ultraviolette.
7. Elevata velocità di traslazione.
8. Assenza di difetti di saldatura per fusione, quali pori e crepe.
9. Di norma non è necessaria alcuna preparazione preliminare alla saldatura nell'area del giunto.
10. Nessun grano colonnare nella giuntura; lo scorrimento plastico affina i grani.

Tra i limiti figurano:

1. Non è consentito alcun rinforzo di saldatura; le estremità del pezzo devono formare un giunto di testa e non è consentito eseguire saldature ad angolo.
2. Al momento non è possibile saldare superfici curve tridimensionali.
3. La sporgenza dell'utensile può lasciare un foro di uscita all'estremità del giunto.
4. Un supporto di rinforzo deve resistere alla forza di attrito.
5. Il disallineamento e lo spazio tra le articolazioni richiedono un controllo rigoroso.
6. L'impiego nella produzione è attualmente limitato ai metalli leggeri.