Come preparare le leghe di alluminio per la saldatura

La pulizia prima della saldatura è fondamentale per la qualità delle saldature dell’alluminio e delle leghe di alluminio. L’alluminio si ossida facilmente e forma un film di ossido denso e duro che assorbe l’umidità. Questo film ostacola la corretta fusione ed è causa di porosità e inclusioni. Anche olio, ruggine, scorie e altre impurità possono causare la formazione di pori. Il filo e il giunto devono quindi essere puliti accuratamente per rimuovere ossido e olio. I tre metodi principali sono lo sgrassaggio, la pulizia chimica e la pulizia meccanica.

1. Sgrassaggio

Rimuovere l'olio dal filo di apporto e dall'area di saldatura utilizzando benzina, alcool, acetone, acetato di etile, tetracloruro di carbonio o un altro solvente idoneo. Pulire la scanalatura e una fascia che si estende per 30–50 mm su ciascun lato.

2. Pulizia chimica

Le soluzioni acide e alcaline reagiscono con olio, sporco, ruggine, calcare e ossido, formando prodotti solubili ed esponendo la superficie metallica del pezzo in lavorazione e del filo.

Per una pulizia chimica completa:

1. Effettuare l’incisione del pezzo e del filo per 10–15 minuti in una soluzione di NaOH 8%–10% a una temperatura compresa tra 40 e 60 °C.
2. Sciacquare in acqua fredda per circa 2 minuti.
3. Neutralizzare con una soluzione di acido nitrico diluita in rapporto 30% in volume. Non devono rimanere macchie gialle o nere.
4. Sciacquare per 2–3 minuti in acqua a 50–60 °C e strofinare con una spazzola a setole rigide.
5. Lasciare essiccare per circa 30 minuti in forno a una temperatura compresa tra 100 e 150 °C.

Se il pezzo è troppo grande per essere immerso completamente, rimuovere la pellicola in alcuni punti:

1. Riscaldare la scanalatura e una fascia di 30–50 mm su ciascun lato fino a 80–100 °C con una fiamma ossiacetilenica.
2. Pulire queste aree con una soluzione di NaOH 10%–15%. Quando iniziano a diventare bianche, neutralizzarle con una soluzione diluita di acido nitrico 30%.
3. Sciacquare accuratamente con acqua fredda.
4. Lasciare asciugare il pezzo all'aria.

Né la temperatura né la concentrazione della soluzione devono essere eccessive. Una reazione troppo vigorosa forma una pellicola bianca che compromette la saldatura. La soluzione residua deve essere risciacquata per evitare la formazione di cavità localizzate e una riduzione della durata di vita utile. Grazie ai miglioramenti nella produzione dei fili d’apporto, la pulizia chimica dei fili moderni non è generalmente più necessaria.

3. Pulizia meccanica

I metodi meccanici consentono di rimuovere film di ossido, prodotti di corrosione e scaglie di laminazione. Sono comunemente utilizzati per pezzi di grandi dimensioni, cicli di produzione lunghi, saldature multistrato o in caso di ricontaminazione dopo la pulizia chimica.

Sgrassare innanzitutto con benzina, alcool, acetone o un altro solvente organico. Utilizzare quindi una spazzola metallica in acciaio inossidabile o un raschietto per rimuovere l’ossido entro 50 mm da entrambi i lati della scanalatura fino a quando non appare la lucentezza metallica. Non utilizzare carta abrasiva o mole: l’alluminio morbido può intrappolare particelle abrasive che in seguito causano difetti di saldatura. Dopo la pulizia meccanica, pulire la faccia frontale ed entrambi i lati dell’area di saldatura con acetone o alcool per rimuovere residui di ossido, olio e altre impurità.

La pulizia meccanica è semplice ma in genere meno efficace di quella chimica e presenta difficoltà nel rimuovere l'ossido dal filo di apporto. L'utilizzo combinato di entrambi i metodi garantisce il miglior risultato, anche se i pezzi non critici possono talvolta essere saldati dopo il solo sgrassaggio.

La saldatura deve essere avviata tempestivamente, poiché durante lo stoccaggio si forma un nuovo strato di ossido. L'intervallo di tempo dopo la pulizia non deve superare le 4 ore; in caso contrario, i pezzi devono essere puliti nuovamente. Questo requisito è particolarmente importante in presenza di elevata umidità relativa. Il filo di alluminio lucidato elettrochimicamente può rimanere utilizzabile per un periodo relativamente lungo all'aria e per quasi sei mesi se sigillato in plastica.

4. Barre di supporto

L’alluminio presenta una resistenza alle alte temperature piuttosto bassa — solo 10 MPa a 370 °C — pertanto una saldatura può cedere o bruciarsi completamente. Spesso si utilizza una barra di supporto in grafite, acciaio inossidabile o rame per sostenere il metallo fuso, consentendo al contempo una penetrazione completa. Una barra di supporto in rame non deve contaminare la saldatura: se l’arco la raggiunge, può formarsi una lega di alluminio e rame, creando una zona fragile e sensibile alla corrosione. Realizzare una scanalatura arcuata direttamente sotto il cordone per conferire alla radice della saldatura un profilo solido.

Il supporto dovrebbe inoltre raffreddare la radice, riducendo la zona termicamente alterata e migliorando le proprietà del giunto. Una barra di rame raffreddata ad acqua garantisce un eccellente raffreddamento, mentre l’acciaio inossidabile offre l’effetto di raffreddamento più scarso.

5. Dispositivi di fissaggio per saldatura

I dispositivi di fissaggio adeguati consentono di ottenere rapidamente saldature ripetibili e di alta qualità. Riducono la necessità di saldature di fissaggio, migliorano l’allineamento e semplificano la saldatura. Il loro design dovrebbe applicare la forza di serraggio in modo uniforme, garantire un buon accesso alla torcia, consentire una facile rimozione e rimanere il più semplice e pratico possibile.

6. Preriscaldamento

Le leghe di alluminio non trattabili termicamente non richiedono generalmente il preriscaldamento, mentre le leghe trattabili termicamente possono trarne vantaggio. Il preriscaldamento rimuove l’umidità superficiale, riduce i gradienti di temperatura grazie a un riscaldamento e un raffreddamento graduali, diminuisce la tendenza alla deformazione, alla mancanza di penetrazione, alla porosità e alla formazione di crepe, aumenta la velocità di avanzamento e riduce il tempo in cui l’alluminio fuso rimane ad alta temperatura, limitando così la perdita di elementi di lega.

I pezzi di spessore superiore a 8 mm richiedono normalmente un preriscaldamento. Utilizzare una temperatura compresa tra 100 e 300 °C, poiché una temperatura eccessiva riduce la resistenza della saldatura e la resistenza alla corrosione. Il riscaldamento può essere effettuato con una fiamma ossiacetilenica o in un forno e dovrebbe coprire circa 150 mm su ciascun lato del cordone di saldatura. Per giunti tra spessori disuguali, non riscaldare il lato più sottile.

Requisiti ambientali

La saldatura dell’alluminio è sensibile alla temperatura e all’umidità ambientali. Si raccomanda un ambiente con temperatura di almeno 8 °C e umidità relativa non superiore a 80%.