DIFETTI DI SALDATURA

INTRODUZIONE

Nel precedente articolo è stata brevemente presentata la saldatura, indicando i processi più utilizzati in ambito industriale, evidenziandone vantaggi e svantaggi.

La saldatura può essere caratterizzata da una serie di imperfezioni e/o difetti che possono compromettere la resistenza meccanica del giunto. In particolare, le caratteristiche finali della saldatura sono influenzate da tre aspetti:

• Imperfezioni Operative: sono legate alle capacità operative del saldatore/operatore di saldatura in relazione alla tipologia di giunto ed alla posizione di saldatura;
• Imperfezioni Metallurgiche: sono legate alla metallurgia della saldatura, e quindi direttamente dipendenti dai parametri di saldatura in relazione alla tipologia di giunto saldato;
• Caratteristiche Meccaniche: il giunto saldato deve corrispondere a specifici requisiti di caratteristiche quali resistenza, durezza, tenacità, ecc.

GIUNTO SALDATO

In corrispondenza di un giunto saldato, è possibile distinguere tre zone:

• Materiale Base (MB): è costituito dal materiale che deve essere unito. Durante la saldatura, non subisce riscaldamenti tali da evitare modifiche microstrutturali;
• Zona Termicamente Alterata (ZTA): è costituito dal materiale base che, pur non avendo raggiunto la temperatura di fusione, è stato sottoposto a un ciclo di riscaldamento e raffreddamento tale da provocare trasformazioni nella struttura cristallina;
• Zona Fusa (ZF): composta dal materiale che è fuso durante il processo di saldatura e solidificandosi ha dato origine al cordone di saldatura.

DIFETTOLOGIA DEL GIUNTO SALDATO

La norma UNI EN ISO 6520-1:2008 definisce imperfezione una qualsiasi modificazione rispetto ad una saldatura ideale e difetto un’imperfezione non accettabile. La stessa norma divide le imperfezioni in 6 gruppi:

• CRICCHE
• CAVITA’
• INCLUSIONI SOLIDE DI SCORIA
• MANCANZA DI FUSIONE O MANCANZA DI PENETRAZIONE
• DIFETTI DI FORMA E DIMENSIONALI
• ALTRE IMPERFEZIONI

CRICCHE

È la tipologia di difetto più pericolosa in quanto possibile zona di concentrazione degli sforzi. Le cricche possono propagarsi e portare a rotture.

Sono dei distaccamenti tra due lembi di materiale, con geometria bidimensionale. Si possono ritrovare sia nella ZF che nella ZTA.

Si possono classificare le cricche come:

• CRICCHE LONGITUDINALI
  • Cricche longitudinali in ZF: tipicamente cricche a caldo;
  • Cricche longitudinali lungo la linea di fusione: dovute generalmente alle condizioni di esercizio e legate alla disomogeneità metallurgica tra ZF e ZTA;
  • Cricche longitudinali in ZTA: possono essere cricche a freddo, cricche di liquazione, o cricche da trattamento termico;
  • Cricche longitudinali in materiale base: si può trattare di strappi lamellari o essere causati dalle condizioni di esercizio;

• CRICCHE TRASVERSALI
  • Cricche trasversali in zona fusa: generalmente cricche a freddo;
  • Cricche trasversali in ZTA
  • Cricche trasversali sul materiale base

• CRICCHE DI CRATERE
  Si formano in prossimità della fine di una passata o di un tratto di saldatura. Il ritiro del metallo durante il raffreddamento determina la formazione di un cratere dovuto al risucchio del metallo ancora liquido dalle zone circostanti.

 

 

 

A seconda della loro origine, si possono distinguere:

• CRICCHE A CALDO

Si originano in quasi tutti i metalli (ferritici, austenitici, leghe di nichel, leghe di alluminio) durante la solidificazione del metallo (immagine a destra). Hanno generalmente andamento longitudinale e si trovano in zona fusa nel punto del cordone che raffredda più lentamente (la parte centrale). Si creano in seguito alla formazione di composti a bassa temperatura di fusione, i quali, durante la solidificazione del metallo circostante, non resistono agli sforzi di ritiro. I composti a bassa temperatura di fusione si formano per la presenza di sporcizia e/o umidità nei lembi o nel materiale di apporto, ma anche per la presenza di elementi nel materiale base come carbonio, zolfo o fosforo che ritardano la fusione delle zone intergranulari.

 

• CRICCHE A FREDDO
  Queste cricche si formano quando la saldatura è completamente raffreddata. Queste cricche sono generalmente orientate in direzione trasversale alla saldatura. Si formano negli acciai con matrice ferritica o martensitica. La presenza di idrogeno (umidità) nel bagno di saldatura porta ad un notevole calo della duttilità del materiale. Questo, unito alla formazione di strutture fragili nella zona saldata, porta alla creazione di cricche in zona fusa se il materiale d’apporto è più temprante del materiale o in ZTA nel caso contrario.

 

CAVITA’

Si tratta in generale di assenza di materiale. La presenza di cavità è dovuta alle tracce di gas intrappolati e rilasciati durante la fusione, a reazioni chimiche che avvengono durante la saldatura o alla presenza nel bagno di fusione di elementi contaminanti.

INCLUSIONI SOLIDE

Si tratta di sostanze estranee di vario genere intrappolate nel metallo fuso.

Le inclusioni che si ritrovano maggiormente sono:

• INCLUSIONI DI SCORIA E DI FLUSSO

È una delle imperfezioni più comuni nei cordoni eseguiti con elettrodi rivestiti (inclusioni di scoria) o ad arco sommerso (inclusioni di flusso) in più passate. La loro presenza è dovuta essenzialmente ad una asportazione poco accurata delle scorie tra l’esecuzione di una passata e la successiva, ad un maneggiamento scorretto dell’elettrodo rivestito o ad un errato posizionamento della testa saldante, nonché ad una errata preparazione dei lembi

• INCLUSIONI METALLICHE
  • Inclusioni di tungsteno:
    È un’imperfezione tipica del processo TIG (immagine a destra). Tra le possibili cause ci sono uno scorretto maneggio della torcia, insufficiente protezione gassosa, corrente troppo elevata;
  • Inclusioni di rame:
    sono caratteristiche della saldatura su support infusibile. Possono essere responsabili di un infragilimento del metallo o di una riduzione della sezione resistente

 

MANCANZA DI FUSIONE E DI PENETRAZIONE

Si tratta in generale di situazioni in cui:

• i parametri elettrici non sono corretti (in particolar modo la corrente risulta troppo bassa),
• la velocità di saldatura è troppo elevata
• la tecnica operatoria è inadeguata
• La preparazione dei lembi non è corretta.

Sono difetti pericolosi in considerazione della geometria bidimensionale dell’imperfezione che provoca un’intensificazione locale degli sforzi (effetto d’intaglio).

MANCANZA DI FUSIONE O INCOLLATURA

Si tratta di una mancanza di collegamento tra il metallo depositato ed il metallo base, oppure tra strati contigui di metallo depositato.

Sono tipiche degli acciai al carbonio o bassolegati, per procedimenti come la saldatura ossiacetilenica (cioè ad apporto termico poco concentrato) o MAG (cioè con apporto termico basso)

In base alla posizione dell’incollatura, è possibile distinguere mancanza di fusione laterale, mancanza di fusione tra le passate o mancanza di fusione al vertice.

 

MANCANZA DI PENETRAZIONE O PENETRAZIONE INCOMPLETA

Si tratta di una differenza tra penetrazione richiesta dal progettista (nominale) e quella effettiva.

Le cause principali sono:

– Cattiva preparazione dei lembi (angolo di apertura del cianfrino troppo piccolo, spalla eccessiva, distanza tra i lembi insufficiente, slivellamento);

– Ripresa non adeguata

– Scarsa abilità del saldatore, nel caso di procedimenti di saldatura non automatici.

Generalmente il difetto è localizzato al vertice della saldatura (mancanza di penetrazione al vertice), sia in saldature testa a tesata, sia a T sia a cordone d’angolo.

DIFETTI DI FORMA E DIMENSIONALI

Si tratta, in generale, di imperfezioni del profilo sulle superfici esterne della saldatura oppure della configurazione geometrica difettosa del giunto.

Appartengono quindi a questo gruppo imperfezioni di carattere operativo.

Le imperfezioni principali che rientrano in questo gruppo sono:

• Eccesso di sovrametallo: il cordone di saldatura risulta molto alto. È indice di una corrente troppo elevata, spesso non viene nemmeno considerato un difetto (anzi addirittura si potrebbe credere che la resistenza della saldatura vada pari passo con le dimensioni del cordone) ma poiché profili irregolari danno origine a zone di concentrazione degli sforzi, bisogna assolutamente effettuare un’idonea regolazione dell’intensità di corrente.
• Riempimento incompleto: Difetto speculare all’eccesso di sovrametallo, è indice di penetrazione eccessiva o di un insufficiente apporto di materiale.
• Incisioni marginali: Hanno origine quando si ha un’eccessiva fusione del metallo base (quindi corrente eccessiva o errato posizionamento della torcia) e poiché danno origine ad un profilo irregolare possono anch’esse essere zone di concentrazione degli sforzi.
• Eccesso di penetrazione
• Traboccamento
• Sfondamento

ALTRE IMPERFEZIONI

In questo gruppo rientrano i difetti che non possono essere inclusi negli altri gruppi.

I principali sono:

• Colpi d’arco, di mola o di scalpello dovuti ad imperizia dell’operatore che sono spesso accompagnati da cricche più o meno grandi.
• Spruzzi, ovvero depositi di materiale fuso distaccati dal cordone di saldatura, assolutamente da evitare in quanto possibili sedi di fenomeni corrosivi.
• Difetti di colorazione, tipi dei metalli suscettibili all’ossidazione e indici di un’inadeguata purezza del gas.

CONCLUSIONI

Si sono visti i principali tipi di imperfezioni che si possono riscontrare in saldatura. Nel considerare la pericolosità di un’imperfezione, e quindi nel fissare un criterio di accettabilità della stessa (eventualmente in funzione delle sue dimensioni), è necessario considerare il contesto in cui tale imperfezione si trova.

 

Viste le problematiche e il suo conseguente impatto nei confronti delle proprietà dei materiali che costituiscono una costruzione, la saldatura ha posto, più di ogni altro processo produttivo d’officina o di cantiere, l’esigenza di effettuare verifiche accurate di tutte le condizioni preventive dei materiali, delle tecniche e delle risorse umane utilizzate.

 

Nel prossimo articolo parleremo del controllo qualità della saldatura, il quale comprende oltre al controllo vero e proprio della saldatura finita, prove e verifiche preliminari, nonché controlli parziali in corso d’opera.