Gli acciai inossidabili in saldatura
La gestione dei metalli in saldatura
saldatura acciai inossidabili
Prende il via con questo articolo, una nuova rubrica tecnica legata agli ampi aspetti che interessano la saldatura. Iniziamo con la METALLURGIA – GLI ACCIAI INOSSIDABILI.
Come trattarli, come utilizzarli; caratteristiche e peculiarità dei diversi acciai e il loro impiego nelle diverse modalità di saldatura.
«A una saldatura sbagliata non si rimedia, non la si può distruggere; la si butta via e basta»
Di cosa si parla in questo testo
- Aspetti chimici della saldatura per fusione
- Introduzione agli acciaci inossidabili
- La suddivisione degli acciai inossidabili
- Saldatura acciaio inossidabile
Aspetti chimici della saldatura per fusione
Durante il processo di saldatura il metallo cambia il suo stato fisico. Inizialmente è solido; quando inizia la saldatura, il metallo viene portato allo stato liquido. Parte del liquido viene trasformato in vapore.
Quando la saldatura termina, il metallo liquido si raffredda e solidifica nuovamente formando un giunto. Durante il processo di saldatura avvengono alcune reazioni chimiche.
Reazioni chimiche
Idrogeno, ossigeno e azoto possono reagire nel bagno di saldatura e causare cambiamenti nella struttura dei metalli, spesso rendendoli fragili.
Azoto e ossigeno derivano da contaminazione dell’aria, mentre l’idrogeno deriva dalla dissociazione termica o elettrica dell’acqua.
Questi elementi, formano composti fragili (nitruri, ossidi), stabilizzano particolari fasi e comunque induriscono. Formano le cosiddette porosità.
Introduzione agli acciai inossidabili
Gli acciai inossidabili sono delle leghe a base di ferro contenenti cromo e altri elementi quali principalmente nickel, molibdeno e manganese (e altri) che rendono il materiale particolarmente resistente ad alcuni tipi di corrosione.
La norma EN 10088 definisce acciai inossidabili quegli acciai legati che contengono almeno il 10.5% di cromo e al massimo l’1.2% di carbonio.
La stessa normativa suddivide ulteriormente questi acciai in conformità alla loro caratteristica principale in:
- acciai resistenti alla corrosione
- acciai resistenti al calore
- acciai resistenti allo scorrimento
Nel settore degli acciai inossidabili, la classificazione AISI (American Iron and Steel Institute) / SAE (Society of American Engineers) è certamente la più conosciuta, ma sono comunque utilizzate la designazione europea EN (designazione numerica e alfanumerica) e la classificazione nordamericana UNS (Unified Numbering System).
La passivazione
L’acciaio ha la capacità di passivarsi, cioè di subire un processo spontaneo in natura, ma che può essere accelerato e perfezionato, in seguito al decapaggio, per permettere la formazione di uno strato protettivo (sottile ma compatto) anticorrosivo e privo di contaminazioni tramite l’ausilio di appositi composti chimici. Se si immerge l’acciaio in acqua ossigenata, elimino la pellicola di ossido, creando una passivazione artificiale che consente una maggior resistenza alla corrosione.
In questo modo si forma una pellicola che lo protegge affinché non si cooroda più. La resistenza alla corrosione deriva dalla capacità di questi acciai di passivarsi in condizioni ossidanti, coprendosi di una sottile e tenace pellicola superficiale di ossigeno assorbito, costituita prevalentemente da ossidi e idrossidi di cromo di tipo Cr2O3 e Cr(OH)3 che protegge il materiale sottostante dall’ulteriore ossidazione.
Tale pellicola è insolubile, compatta e ben aderente al substrato e risulta protettiva per il materiale su cui si forma.
Il tenore di cromo pari a 10.5% è quello minimo che garantisce la caratteristica di inossidabilità dell’acciaio.
Tuttavia, all’atto pratico, è necessario un tenore di almeno il 12% di cromo per avere una discreta resistenza alla corrosione in soluzioni acquose.
Il film di ossido, se scalfito, si riforma in presenza di ossigeno, ripristinando le condizioni di resistenza alla corrosione dell’acciaio.
Il film passivo può essere più o meno resistente e più o meno ancorato al materiale a seconda della concentrazione di cromo presente nella lega e a seconda dell’eventuale presenza di altri elementi (es. molibdeno).
Inoltre, questi materiali hanno svariate prestazioni meccaniche, per ciò che concerne le proprietà tensili, la durezza superficiale e la tenacità alle basse temperature. Si possono ottenere delle finiture superficiali eccellenti ed inalterabili.
Gli acciai non diventano duri, hanno una buona resistenza alla corrosione anche atmosferica, migliore se sono sotto tensione meccanica o sotto carico. Non sono difficili da saldare. L’acciaio tende a indebolire vicino al cordone di saldatura e quindi si può rompere. Hanno una bassa resilienza e non si possono usare a freddo. Resistono a corrosione e ossidazione.
Suddivisione degli acciai inossidabili
Gli acciai inossidabili vengono suddivisi in diverse famiglie secondo la propria microstruttura:
- martensitici
- ferritici
- austenitici
- austeno-ferritici (duplex o bifasici) − induribili per precipitazione (PH)
Gli acciai austenitici hanno una microstruttura detta austenite ovvero cubica a facce centrate (CFC), in quanto gli atomi sono disposti sui vertici e sulle facce di un reticolo cubico. Essi contengono di solito nichel e cromo, sono molto duttili e non possono essere induriti con trattamenti termici.
Gli acciai ferritici hanno una microstruttura cubica a corpo centrato (CCC) con atomi disposti sui vertici e al centro di un reticolo cubico. Essi hanno in genere basso tenore di nichel e, a loro volta, non possono essere induriti con trattamenti termici.
Gli acciai martensitici sono quelli che possono essere induriti mediante opportuni trattamenti termici e hanno struttura martensitica, ovvero una struttura tetragonale a corpo centrato (TCC) che si ottiene mediante una trasformazione senza diffusione
Gli acciai duplex contengono proporzioni pressoché simili di ferrite e austenite e presentano proprietà intermedie rispetto agli acciai ferritici e quelli austenitici.
Gli acciai induribili per precipitazione (Precipitation Hardening), aumentano le loro caratteristiche di resistenza meccanica mediante trattamenti termici di invecchiamento.
Come saldare gli acciai inossidabili
Saldatura adatta per acciaci inossidabili
La saldatura degli acciai inossidabili è un processo che richiede specifiche attenzioni e tecniche per garantire risultati di alta qualità. Gli acciai inossidabili sono apprezzati per la loro resistenza alla corrosione e l’estetica, ma la loro saldatura può essere complessa a causa della loro sensibilità al calore.
Gli acciai inossidabili tendono a deformarsi facilmente sotto l’effetto del calore, quindi è fondamentale controllare accuratamente la temperatura durante la saldatura. L’uso di materiali di apporto appropriati è essenziale per prevenire la corrosione e mantenere le proprietà meccaniche del giunto saldato.
Tecniche di Saldatura sull’acciaio inossidabile
- Saldatura TIG (Tungsten Inert Gas): È ideale per saldature precise e di alta qualità, particolarmente adatta per spessori sottili. Utilizza un elettrodo di tungsteno non consumabile e un gas inerte (come l’argon) per proteggere il bagno di saldatura dall’ossidazione. La saldatura TIG è molto apprezzata per la sua capacità di creare giunti esteticamente belli e duraturi.
- Saldatura MIG (Metal Inert Gas): Utilizzata per saldature più veloci, è adatta per lavori su spessori maggiori. Usa un filo elettrodo continuo e un gas di protezione che può essere inerte o attivo, a seconda delle esigenze specifiche del lavoro.
- Saldatura ad Arco con Elettrodo Rivestito (MMA): Questo metodo è più versatile e può essere usato in diverse condizioni ambientali, ma richiede maggiore abilità per evitare difetti nella saldatura.
Vantaggi della Saldatura TIG
- Alta qualità del giunto: La saldatura TIG produce giunti robusti e resistenti.
- Estetica: I giunti sono visivamente gradevoli, ideali per applicazioni dove l’aspetto è importante.
- Versatilità: Può essere utilizzata per saldare quasi tutti i metalli, inclusi gli acciai inossidabili e l’alluminio.
Applicazioni
La saldatura degli acciai inossidabili è ampiamente utilizzata in settori come l’industria alimentare, farmaceutica, chimica e navale, dove la resistenza alla corrosione è fondamentale. È anche comune nella produzione di utensili da cucina, serbatoi e condutture.
Consigli per una Saldatura Ottimale
- Preparazione del pezzo: Pulire accuratamente le superfici da saldare per rimuovere contaminanti.
- Controllo del calore: Utilizzare tecniche di raffreddamento e attrezzature adeguate per evitare l’eccessivo riscaldamento.
- Protezione del giunto: Assicurarsi che il gas di protezione copra completamente il bagno di saldatura per prevenire l’ossidazione.
Seguendo queste linee guida, è possibile ottenere saldature di alta qualità sugli acciai inossidabili, garantendo giunti resistenti e duraturi per le varie applicazioni industriali.
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