Perché si forma la porosità nelle saldature dell'alluminio?

La porosità è uno dei difetti più comuni nelle saldature di alluminio e leghe di alluminio. L’idrogeno è il gas principale coinvolto in questo fenomeno. Può penetrare nell’arco proveniente dall’umidità presente nell’atmosfera, dal gas di protezione, dal film di ossido, dal filo di apporto o dalla superficie del pezzo da saldare, per poi rimanere intrappolato durante la solidificazione del bagno di fusione.

Perché l’idrogeno rimane intrappolato

La solubilità dell'idrogeno nell'alluminio scende da circa 0,69 mL/100 g nell'alluminio liquido a 0,036 mL/100 g nell'alluminio solido, con una riduzione di circa venti volte.

L'alluminio puro è più sensibile alla porosità da idrogeno rispetto alle leghe Al-Mg, poiché la sua pressione parziale critica dell'idrogeno, p_H2, è inferiore. Il contenuto di gas che determina la formazione di pori nell’alluminio puro può quindi rimanere al di sotto della soglia di formazione dei pori in una saldatura di Al-Mg.

Da dove proviene l'idrogeno

• Atmosfera e gas di protezione: Il vapore acqueo può dissociarsi nell'arco elettrico e fornire idrogeno.
• Film di ossido: L'ossido di alluminio assorbe facilmente l'umidità. L'ossido non compatto presente sulle leghe di alluminio-magnesio è in grado di trattenere una quantità ancora maggiore di acqua.
• Contaminazione del filo e del pezzo: L'olio, lo sporco e i prodotti della corrosione aumentano tutti la quantità di idrogeno disponibile.

La saldatura MIG e quella TIG assorbono l'idrogeno in modo diverso poiché presentano condizioni diverse per quanto riguarda l'arco e il trasferimento delle gocce. Nella saldatura TIG di fondo, l'ossido residuo presente alla radice può causare la formazione di pori concentrati. La distribuzione dei pori e i cambiamenti di colore dell'ossido possono aiutare a identificare questa causa. I pori situati immediatamente sotto la superficie possono successivamente manifestarsi sotto forma di bolle.

Perché le bolle non riescono a sfuggire

Il metallo di saldatura dell’alluminio si raffredda da quattro a sette volte più velocemente rispetto a quello dell’acciaio al carbonio. Sebbene l’alluminio abbia una densità inferiore, il che favorisce la risalita delle bolle, la rapida solidificazione riduce il tempo a disposizione per la loro fuoriuscita. Le bolle di idrogeno che si formano in una fase tardiva rimangono quindi intrappolate nella saldatura.

Come prevenire la porosità delle saldature in alluminio

1. Mantenere asciutti il pezzo da lavorare, il filo di apporto e il sistema di protezione. La fonte raccomanda l'uso di argon con un contenuto di umidità inferiore a 0,08%.
2. Rimuovere immediatamente prima della saldatura l'ossido, l'olio e altre impurità. Per la saldatura TIG manuale di lamiere LF3 da 1,8 mm, la fonte raccomanda di raschiare un'area larga 20 mm e di utilizzare una preparazione del cordone a V rovesciato.
3. Scegliere parametri che consentano la fuoriuscita del gas. La saldatura TIG trae generalmente vantaggio da una corrente più elevata, da un’avanzata più rapida e da un apporto termico totale inferiore. La saldatura MIG può richiedere un’avanzata più lenta e un maggiore apporto termico per prolungare la durata del bagno di fusione.
4. Se necessario, effettuare un preriscaldamento adeguato, in particolare su pezzi spessi o altamente conduttivi.

Un controllo efficace della porosità è un insieme di fattori: materiali di consumo asciutti, superfici pulite, schermatura stabile e un ciclo termico che dia all’idrogeno il tempo di fuoriuscire dalla vasca.