Saldatura ad Arco

Saldatura ad arco elettrico

La saldatura ad arco è un processo di saldatura elettrico che si serve di una bacchetta per generare l’arco elettrico.

Essa funge sia da materiale d’apporto che da elettrodo di uno dei due poli; l’altro polo è il pezzo da saldare a cui viene connessa la saldatrice tramite un morsetto.

La saldatura ad arco può essere chiamata anche “saldatura ad arco elettrico o voltaico” o con l’abbreviazione/sigla SMAW che sta a significare “Shielded Metal Arc Weding“

È ormai diventata conoscenza comune che nella saldatura ad arco elettrico (o voltaico), quando si parla di ‘elettrodo’, si intende tutto ciò che costituisce anche il materiale d’apporto, ad esempio l’elettrodo rivestito, il filo pieno o animato, la bacchetta TIG o ossiacetilenica.

Unica particolarità la ritroviamo nel procedimento ad arco elettrico con elettrodo infusibile TIG (Tungsten Inert Gas).

In tale procedimento è ‘l’elettrodo infusibile in tungsteno’ che genera sia la funzione di ‘elettrodo’ utile a generare l’arco elettrico, sia quella di generare il calore necessario a portare il materiale base e il materiale d’apporto allo stato liquido dando origine alla fusione di saldatura.

Ma tutto questo non è sufficiente per garantire una buona saldatura TIG. Serve il gas inerte. È lui che svolge una doppia funzione; avvolge l’elettrodo di tungsteno, detto infusibile, lo protegge dall’ossidazione, allo stesso tempo protegge il bagno di fusione e infine permette il trasferimento del calore dando origine alla fusione dei materiali base e del materiale d’apporto.

Entriamo ora nei procedimenti ad arco elettrico ‘tradizionali’

Saldatura ad arco elettrico con elettrodo rivestito

Saldatura ad arco con elettrodi rivestiti

La saldatura ad elettrodo rivestito è il procedimento di saldatura che ancora oggi trova uno spazio di applicazione dedicato.

Rappresenta la storia del processo di saldatura.

Nasce nel ventesimo secolo, grazie alla geniale idea di Oscar Kjellberg.

La sua scoperta è stata di fondamentale importanza per lo sviluppo ingegneristico delle costruzioni metalliche di tutti i settori merceologici. Oggi i suoi ‘limiti’ sono stati superati da altri procedimenti.

Uno su tutti, il procedimento ad arco elettrico con elettrodo a filo continuo di tipo pieno o animato; in gergo chiamato procedimento a filo pieno e procedimento a filo animato.

Saldature ad arco elettrico: dove si utilizzano

Saldatura ad arco voltaico come funziona

Indicato per la saldatura di quasi tutte le leghe metalliche ferrose, è un procedimento molto versatile, sia dal punto di vista tecnologico che di facilità di utilizzo.

Le gocce di metallo fuso provenienti dall’elettrodo vengono trasferite, mediante l’arco (la temperatura dell’arco è di oltre 3200° C) nel bagno di fusione mentre i gas prodotti dal rivestimento li proteggono dall’atmosfera.

La scoria fusa che galleggia sopra il bagno di fusione lo protegge dall’atmosfera durante la solidificazione.

Il procedimento di saldatura con elettrodo si presta a un tipo di saldatura in tutte le posizioni e grazie alla semplicità dell’apparecchiatura in molte situazioni mobili (cantieri, spazi piccoli eccetera).

L’elettrodo rivestito: per saldatura ad arco

L’elettrodo rivestito è composto da due parti: un’anima metallica che funge da materiale d’apporto e un rivestimento di protezione.

Nel corso della saldatura l’anima dell’elettrodo fonde e sotto forma di gocce, si trasferisce nel bagno di fusione. Contemporaneamente anche il rivestimento segue l’anima nel bagno di fusione in modo tale da formare una coppa all’estremità dell’elettrodo.

In questo modo il rivestimento contribuisce alla protezione dell’estremità dell’elettrodo dove il materiale è fuso e inoltre crea una sovrappressione locale dei gas nel suo interno che provocano il distacco e il trasferimento della goccia. Una parte del materiale d’apporto si volatilizza e si trasforma in gas che creano una zona di protezione dell’arco riducendo il pericolo di ossidazione del bagno.

In quest’area protetta avviene il trasferimento del metallo fuso in gocce. In questo caso il rivestimento, fondendo con il metallo, avvolge le gocce fuse creando un’ulteriore protezione contro le ossidazioni. Raggiunto il bagno liquido, il rivestimento reagisce chimicamente sviluppando proprietà disossidanti che grazie alla presenza di CaCO3 (carbonato di calcio) dà origine a una scoria solida che protegge la superficie del bagno di fusione durante la solidificazione che dovrà essere asportata.

Saldature ad arco: procedimento (come si fa)

La saldatura ad arco e il materiale d’apporto

Il materiale d’apporto è composto di un filo metallico chiamato anima, di solito in acciaio che ha qualità conformi ai requisiti meccanici espressi dai materiali base che devono essere sottoposti a saldatura.

Nel caso del procedimento ad arco con elettrodo rivestito, l’anima è ricoperta da un rivestimento che assicura la stabilità dell’arco, la protezione del bagno di fusione dalle ossidazioni e dalle altre sostanze inquinanti come lo zolfo e il fosforo.

Il rivestimento, durante la fusione dell’anima rimane a galla ricoprendo la superficie del bagno e rallentando il raffreddamento.

In questo modo c’è minor rischio che si creino imperfezioni.

Una volta che il bagno si è raffreddato, con un martello e una spazzola metallica si rimuovono i residui di scoria superficiale scoprendo il bagno. I rivestimenti più comuni sono: basico, acido, rutilico, cellulosico ed altri.

Questo tipo di saldatura genera un flusso di elettroni tra i due poli del circuito.

L’operatore avvicina la bacchetta al pezzo e l’arco scocca a pochi millimetri dalla superficie.
Gli elettrodi sono molto vicini quindi la corrente scorre e ciò permette di riscaldare l’aria e ionizzarla. Una volta che l’aria circostante all’arco è ionizzata, l’operatore allontana leggermente la bacchetta per portarla alla distanza ottimale. Questa saldatura sprigiona molto calore (può raggiungere i 4000°C); per questo facilita la penetrazione della saldatura su piastre anche di grosso spessore. Nei nostri corsi per diventare saldatore raccomandiamo sempre massima protezione con la maschera e utilizzo di tutti i dispositivi di sicurezza.

Saldatura ad arco come fare

Per eseguire una saldatura ad arco elettrico servono:

• generatore di corrente– la corrente necessaria per l’arco viene fornita da un apparecchio chiamato saldatrice elettrica. Questo dispositivo esegue la regolazione di tensione e corrente;
• pinza porta elettrodo– il saldatore impugna la pinza che chiude alla sua estremità l’elettrodo. La pinza può essere facilmente aperta per cambiare l’elettrodo quando è da sostituire. A sua volta, la pinza è connessa alla saldatrice per mezzo di un grosso cavo;
• morsettoo massa – il morsetto è collegato normalmente al banco da lavoro sul quale viene appoggiato il pezzo da saldare ed è connesso alla saldatrice tramite un cavo di grossa sezione.

Tipi di Saldatura ad Arco

La saldatura ad arco comprende diversi metodi, ognuno con specifiche caratteristiche e applicazioni. Ecco una panoramica dei principali tipi di saldatura ad arco elettrico:

Saldatura ad Arco con Elettrodo Rivestito (SMAW)

Conosciuta anche come saldatura a bastone, utilizza un elettrodo rivestito che funge sia da materiale d’apporto sia da fonte di protezione. Questo metodo è versatile, adatto a varie posizioni di saldatura e a condizioni ambientali diverse. È ampiamente utilizzato in costruzioni e riparazioni grazie alla sua semplicità e affidabilità.

Saldatura MIG/MAG (GMAW – Gas Metal Arc Welding)

La saldatura a filo continuo (MIG/MAG) utilizza un filo elettrodo alimentato continuamente e un gas protettivo che può essere inerte (MIG) o attivo (MAG). È adatta per lavori su materiali sottili e offre un’elevata velocità di saldatura e una buona qualità del giunto, rendendola ideale per applicazioni industriali e di produzione in serie.

Saldatura TIG (GTAW – Gas Tungsten Arc Welding)

Il metodo TIG utilizza un elettrodo di tungsteno non consumabile e un gas inerte per proteggere l’area di saldatura. Fornisce saldature di alta qualità e precisione, rendendolo ideale per materiali sensibili e applicazioni critiche, come l’aerospaziale e la lavorazione di acciai inox.

Saldatura a Filo Animato (FCAW – Flux-Cored Arc Welding)

Simile alla saldatura MIG, ma utilizza un filo animato che contiene flusso all’interno. Può essere utilizzato con o senza gas di protezione esterno. È adatto per saldature su materiali spessi e in ambienti esterni, grazie alla sua resistenza agli agenti atmosferici e alla capacità di penetrazione profonda.

Saldatura al Plasma (PAW – Plasma Arc Welding)

Questa tecnica utilizza un arco di plasma concentrato per fondere il materiale. Offre un controllo preciso del calore e una penetrazione profonda, rendendolo ideale per applicazioni ad alta precisione come nella produzione di componenti elettronici e automobilistici.

Tipi di elettrodi per saldatura ad arco

Per saldare i metalli comuni come l’acciaio al carbonio basso legati (nel linguaggio tradizionale è chiamato ferro comune), l’acciaio inox, gli acciai legati, e altri tipi di acciai esistono diversi tipi di rivestimento.  I più comuni sono il rivestimento basico, rutilico, cellulosico.

Saldatura ad arco con elettrodo basico

Il rivestimento basico è utilizzato nei settori industriali dell’impiantistica chimica, petrolchimica, off shore gasdotti, oil & gas ecc.

È adatto a saldature in tutte le posizioni e con elevate proprietà meccaniche.

Questo rivestimento è delicato, deve essere conservato in un ambiente asciutto privo di umidità per evitare la formazione di cricche a freddo e ridurre la difficoltà di rimuovere la scoria che si deposita sulla superficie.

La saldatura ad arco con rivestimento basico richiede un training formativo impegnativo sia per la difficoltà operativa sia per il tempo necessario a imparare la tecnica corretta.

Mediamente per imparare a saldare giunti dalla geometria complessa che soddisfano i criteri di accettabilità definiti nelle norme, si stimano tempi di formazione che superano il centinaio di ore.

Chiaramente la capacità e la sensibilità del saldatore fa la sua differenza.

Saldatura ad arco voltaico: rivestimento rutilico o acido-rutilico

Il rivestimento rutilico o acido-rutilico è il più comune.

Si dice che rappresenta il tipico elettrodo dell’hobbista.

Produce un bel cordone di saldatura sia in piano che in angolo.

Questo tipo di elettrodo viene utilizzato per le applicazioni comuni di carpenteria metallica di ferramenta. Con un po’ di pratica, è possibile saldare in ogni posizione: saldatura verticale ascendente, discendente, in piano o in angolo.

La scelta del diametro dell’elettrodo è dettata dallo spessore da saldare.

È possibile scegliere il tipo universale per un utilizzo occasionale o regolare.

Una piccola scorta di elettrodi di vari diametri, come 1,6 mm, 2,5 mm e 3,2 mm, può rispondere alle esigenze di assemblaggio più comuni.

La sua facilità di impiego nasconde il suo vero limite; ossia, una tecnica poco esperta facilita la possibilità di inglobare nella fusione importanti parti di scoria riducendone così la sezione resistente.

Esteticamente la saldatura si presenta di buona forma e geometria, in realtà al suo interno presenta ampi spazi riempiti di scoria ossia di un materiale non metallico.

Per tale motivo questa famiglia di elettrodi non è utilizzata nei settori industriali ove il rischio di rotture delle strutture comporterebbe danni importanti alle persone, alle cose, all’ambiente e alla comunità.

SMAW: Rivestimento cellulosico

Il rivestimento cellulosico è un rivestimento leggero e sottile, poco incline ad assorbire umidità.

Nasce con il chiaro intento di poter essere utilizzato in ambienti aperti, cantieri a cielo aperto per la produzione di gasdotti, oleodotti ecc.

Questo tipo di elettrodo richiede una formazione intensa, a causa della complessità operativa e del tempo necessario per padroneggiare la tecnica. La saldatura con elettrodo cellulosico è indicata per chi ha già una buona manualità con l’elettrodo basico, e i tempi di formazione per raggiungere un buon livello superano spesso il centinaio di ore.

La pratica con l’elettrodo cellulosico consente di ottenere saldature affidabili anche in condizioni difficili, grazie alla sua resistenza agli agenti atmosferici e alla capacità di penetrare profondamente nel materiale da saldare. Tuttavia, la sua applicazione richiede precisione e competenza, rendendolo adatto principalmente a professionisti esperti nel settore della saldatura industriale.

Saldatura ad arco: vantaggi e svantaggi

Scopriamo i pro e i contro della saldatura ad arco

Saldatura ad arco: schema dei reali vantaggi e svantaggi nell’utilizzo

Vantaggi SMAW:

1. Equipaggiamento poco costoso: La saldatura ad arco richiede attrezzature relativamente economiche rispetto ad altre tecniche di saldatura.
2. Facilità e flessibilità di impiego: È una tecnica versatile che può essere utilizzata in diverse condizioni e posizioni di lavoro.
3. Tecnologia poco ingombrante: L’attrezzatura necessaria è compatta e facilmente trasportabile, ideale per cantieri e lavori sul campo.
4. Saldatrici portatili: Le saldatrici per questo tipo di saldatura sono leggere e facili da spostare.
5. Versatilità: Può essere utilizzata su una vasta gamma di materiali e spessori.

Svantaggi saldatura ad arco voltaico:

1. Basso deposito di saldatura: Rispetto ad altre tecniche, il tasso di deposito di materiale è inferiore.
2. Poca produttività: La velocità di saldatura è generalmente più bassa, rendendo il processo meno produttivo.
3. Rimozione scoria: Dopo la saldatura, è necessario rimuovere la scoria, il che richiede tempo e sforzo aggiuntivi.
4. Trattamento di essiccazione: Gli elettrodi basici necessitano di un trattamento di essiccazione prima dell’uso per evitare problemi di qualità.
5. Training formativo: Alcuni rivestimenti richiedono una buona, se non ottima, manualità (come i rivestimenti basici e/o cellulosici), necessitando quindi di un’adeguata formazione.