Saldature ad arco sommerso

Caratteristiche saldatura ad arco sommerso

saldatura ad arco sommerso

La saldatura ad arco sommerso: spiegazione completa

La saldatura ad arco sommerso (SAW – Submerged Arc Welding nella terminologia AWS) è un procedimento di saldatura ad arco elettrico filo continuo sotto protezione di ‘flusso’.

La morfologia generale della zona di saldatura (cioè il fatto che l’arco scocchi sotto la protezione del flusso) permette di generare una grande quantità di calore il quale, essendo schermato dal flusso stesso che funge da cattivo conduttore termico, resta localizzato nel bagno di saldatura.

Quindi la saldatura ad arco sommerso permette di operare con elevata energia, alte velocità di saldatura e di deposito. La saldatura ad arco sommerso è un processo prevalentemente automatizzato, può effettuare sia saldature longitudinali in posizione piana che saldature circonferenziali su posizionatori.

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Saldatura ad arco sommerso come funziona

saldatura ad arco sommerso come funziona

Caratteristiche saldatura ad arco sommerso

La saldatura ad arco sommerso (SAW) è un metodo di saldatura altamente efficiente e automatizzato, particolarmente adatto per giunti lunghi o spessi. Ecco una panoramica di come funziona questa tecnica:

Principio di funzionamento

La saldatura ad arco sommerso utilizza un arco elettrico tra un filo continuo (elettrodo) e il pezzo da saldare. L’arco e la zona di saldatura sono “sommersi” sotto uno strato di materiale granulare fusibile chiamato flux. Questo flux ha molteplici funzioni:

  • Protezione: Il flux copre l’arco, proteggendolo dall’ossigeno e dall’azoto atmosferici, che possono compromettere la qualità della saldatura.
  • Stabilizzazione: Stabilizza l’arco elettrico e facilita il processo di saldatura continuo.
  • Controllo della fusione: Il calore generato dall’arco fonde il filo e una parte del flux, creando un bagno di fusione che, raffreddandosi, forma la saldatura.

Attrezzatura necessaria

  • Fonte di energia: Solitamente un generatore o un trasformatore specifico per fornire corrente continua o alternata.
  • Testa di saldatura: Meccanismo che alimenta automaticamente il filo elettrico e distribuisce il flux.
  • Sistema di recupero del flux: Per raccogliere il flux non fuso e riciclarlo nel processo.
  • Guide e supporti: Per mantenere l’allineamento e la stabilità durante la saldatura.

Procedimento di saldatura ad arco sommerso

  1. Preparazione: La superficie dei materiali da unire viene pulita e preparata. Viene anche impostato il corretto allineamento e supporto per i pezzi da saldare.
  2. Posizionamento del filo e del flux: Il filo elettrico viene posizionato all’inizio della giuntura, e il flux viene distribuito uniformemente sopra l’area di saldatura.
  3. Inizio della saldatura: Attivando la corrente, si innesca l’arco sotto il flux. Il filo si fonde sotto l’influenza del calore dell’arco, formando il bagno di fusione.
  4. Avanzamento: La testa di saldatura si muove lungo la giuntura, continuando a depositare filo e flux, mentre l’arco rimane sommerso e non visibile esternamente.
  5. Raffreddamento e pulizia: Dopo la saldatura, il flux residuo viene rimosso e recuperato, lasciando vedere la saldatura raffreddata e solida.

Dov’è utilizzata la saldatura ad arco sommerso?

Per cosa si usa la saldatura ad arco sommerso

Il costo delle macchine per questo tipo di saldatura è notevole; quindi, l’uso di questa tecnologia deve essere valutato, da un punto di vista economico se la spesa della macchina può essere ammortizzata in un tempo ragionevole.

Partendo da queste premesse e considerando le caratteristiche di elevato apporto energetico strettamente legate a questa tecnologia, l’uso più diffuso di questa tecnica è nei settori delle grandi costruzioni, navali, recipienti a pressione per i settori oil & gas, chimico e petrolchimico, nei quali gli spessori degli acciai oscillano tra i 20mm e i 100mm.

L’elevata riproducibilità delle condizioni operative di questo tipo di saldature rende l’arco sommerso molto adatto a produzioni di serie perché una volta definiti i parametri operativi e la composizione dei flussi, praticamente non sussistono eventi esterni tali da perturbare le operazioni.

Dato il forte apporto termico e gli spessori elevati, la saldatura ad arco sommerso viene utilizzata praticamente solo per acciai al carbonio anche se non esistono controindicazioni teoriche per l’utilizzo con acciai austenitici.

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Il filo per la saldatura ad arco sommerso

Flusso per saldatura ad arco sommerso

flusso saldatura ad arco sommerso

Flusso per saldatura ad arco sommerso

Il filo per la saldatura ad arco sommerso è fornito generalmente come filo pieno o come nastro, per la saldatura di acciai fortemente legati possono essere usati fili cavi che contengono gli elementi di lega. Nel caso in cui la presenza di rame non provochi danni al materiale da saldare, si preferisce usare fili ramati esternamente, come protezione contro lo sfregamento degli organi di alimentazione e per aumentare la conducibilità elettrica del filo; nel caso non sia possibile la ramatura, generalmente i fili vengono nichelati. Le dimensioni del filo variano normalmente da 1,2 a 6,4 mm di diametro. Con i fili di diametro più elevato la corrente d’arco può arrivare a 1600 ampere. In genere il filo viene fornito su aspi del peso da 10 a 500 kg.

Le funzioni del flusso sono quelle di:

  • favorire la stabilità dell’arco
  • schermare il bagno di saldatura dall’atmosfera
  • disossidare e purificare il bagno di saldatura
  • modificare la composizione del materiale del cordone di saldatura

I componenti principali del flusso sono MnO-SiO2 o CaO-SiO2, in base ai diagrammi di stato rispettivi, vengono determinati gli intervalli di fusione e le strutture che si formano nella scoria. In genere i composti presenti nel flusso sono:

  • composti di manganesee di silicio con funzioni disossidanti;
  • silicati di sodio o potassio, con funzioni agglomeranti e ionizzanti per migliorare la stabilità dell’arco;
  • biossido di titanio(rutilo) per aumentare la tensione superficiale e la viscosità del bagno di fusione;
  • composti di calcio metallo e magnesioche reagiscono con lo zolfo il fosforo per depurare il bagno, questi composti conferiscono al flusso un comportamento basico;
  • CaF2che funziona come fondente, tuttavia la sua funzione anti-ionizzante rende l’arco meno stabile; quindi, deve essere usato insieme a forti quantità di sali di potassio;
  • possono essere presenti leghe di ferro con funzioni metallurgiche.

Per quanto riguarda il comportamento elettrico, il flusso solido deve essere sempre isolante, altrimenti si avrebbero forti dispersioni di potenza elettrica in zone non interessate alla saldatura. Invece il flusso fuso può essere anche molto conduttivo (un flusso con conducibilità elettrica molto elevata porta la saldatura da arco sommerso a condizioni operative simili a quelle della saldatura a elettroscoria). In genere si opera con flussi contenenti quantità notevoli di silicato di calcio che permette un sia pur limitato passaggio di corrente attraverso la scoria fusa.

L’azione protettiva viene svolta essenzialmente dal flusso in fase liquida (non in fase gassosa come nell’utilizzazione di elettrodi rivestiti), questo dovuto principalmente al fatto che la quantità di flusso presente, rapportata al metallo del filo, è molto superiore alla quantità di rivestimento rapportata al metallo dell’elettrodo.

Operativamente, al flusso sono richieste diverse caratteristiche:

  • avere forte viscosità ad alta temperatura per coprire il bagno di saldatura;
  • formare una scoria sufficientemente fragile da permetterne l’asportazione dopo l’esecuzione della passata di saldatura;
  • la temperatura di fusione e la densitàdel flusso fuso devono essere entrambe inferiori a quelle del metallo di saldatura (per la temperatura di fusione è consigliato un valore attorno ai 1300 °C);
  • avere un’opportuna granulometria, la percentuale di particelle di flusso di piccole dimensioni deve tendere ad aumentare con elevate correnti d’arco.

I flussi possono essere classificati in base a (classificazione europea):

  • sistema di fabbricazione
    • agglomerati
    • prefusi
  • attività metallurgica
    • MS (Manganese Silicate) – Silicio e manganese
    • CS (Calcium Silicate) – Silicio e calcio
    • AR (Aluminate Rutile) – Alluminio e rutilo
    • AB (Aluminate Basic) – Alluminato, calcio e magnesio
    • FB (Fluorides Basic) – Fluoro, calcio e magnesio

L’AWS (denominazione USA) classifica invece i flussi principalmente in base alle caratteristiche meccaniche del deposito.

I flussi prefusi si ottengono per fusione di materie grezze fuse in forno elettrico e successivamente raffreddate sotto getto d’acqua. L’aspetto del flusso fuso è vetroso. I vantaggi sono una buona omogeneità chimica, minore igroscopicità, facile riciclaggio, reazioni metallurgiche ripetibili. Non sempre è possibile realizzare flussi per le alte temperature richieste per la fusione (superiori a 1500 °C).

I flussi agglomerati si ottengono invece per mescolanza di materie grezze mescolate a secco. Successivamente queste miscele sono formate in palline in presenza di silicato di sodio o potassio e di un liquido. Infine, il flusso viene essiccato in forno (a temperature inferiori a quelle richieste per la fusione) e macinato. Rispetto ai flussi fusi, si ha una maggiore facilità di aggiunta di disossidanti ed elementi di lega. D’altra parte, i flussi agglomerati sono sensibilmente più igroscopici dei flussi fusi e c’è la possibilità che cambino la composizione per segregazione dei componenti.

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Saldatura ad arco sommerso vantaggi e svantaggi

saldatura ad arco sommerso vantaggi e svantaggi

Saldatura ad arco sommerso per cosa è consigliata e cosa è sconsigliato il suo utilizzo? Schema riepilogativo

Difetti tipici della saldatura ad arco sommerso

La saldatura ad arco sommerso, essendo un processo automatico, può produrre saldature di qualità media più elevata di quella di saldature effettuate manualmente; tuttavia, non si può dire che queste saldature siano totalmente esenti da difetti, se non altro per l’elevato apporto termico legato alla tecnologia stessa.

Data la presenza di flusso e la necessità di asportare la crosta di scoria sovrapposta alle passate di saldatura, è possibile avere inclusioni di scoria soprattutto alla radice della saldatura ed in prossimità del cianfrino.

Altri difetti possibili in questa tecnologia sono le porosità dovute generalmente all’inquinamento del bagno di fusione da parte di materiali estranei (per es. grasso o vernice) o all’umidità del flusso (particolarmente se è agglomerato). È possibile che si verifichino, nel caso che l’arco per qualsiasi motivo diventi instabile o che l’apporto termico sia insufficiente, una mancanza di fusione.

Si chiamano infatti, cricche di fusione uno tra i più comuni difetti metallurgici, dovute a un bagno fuso avente una profondità eccessiva rispetto alla larghezza, specialmente in presenza di impurità. In questo processo a causa di una inadeguata deumidificazione del flusso in presenza di idrogeno, oltre che a parametri saldatura inadeguati, è possibile che si verifichino anche le cricche a freddo.

Vantaggi della saldatura ad arco sommerso

Alta Produttività: Grazie alla sua capacità di operare con alte energie, la SAW permette una rapida fusione dei metalli, riducendo i tempi di lavorazione e aumentando la produttività.

Qualità Superiore: Il flusso protegge l’arco da contaminazioni, risultando in saldature con meno difetti e maggiore resistenza.

Minore Deformazione: La distribuzione uniforme del calore riduce deformazioni e tensioni nei materiali, essenziale per componenti che richiedono alta precisione.

Automazione e Sicurezza: La SAW può essere automatizzata, garantendo consistenti risultati di alta qualità e migliorando la sicurezza, riducendo l’esposizione a radiazioni e spruzzi metallici.

Riduzione dei Costi: Sebbene richieda un investimento iniziale significativo, la SAW riduce i costi operativi grazie alla sua efficienza e minor necessità di ritocchi.

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