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La saldatura è una tecnica di unione veloce e affidabile che ha quasi sostituito altri processi di unione permanente. Può essere definita come un processo di giunzione con cui due o più materiali possono essere assemblati in modo permanente con o senza l’applicazione di calore, pressione e riempimento. Può essere usato prepotentemente per unire non solo i metalli ma anche altri tipi di materiali tra cui la plastica e la ceramica. Per soddisfare la necessità di unire un’ampia varietà di materiali in diversi modi, esiste un gran numero di processi di saldatura che possono essere classificati come saldatura per fusione e saldatura allo stato solido. Una saldatura per fusione è quella in cui il calore viene applicato esternamente per fondere le superfici di faying del metallo madre per formare la coalescenza. Il calore può essere applicato in vari modi, come l’arco elettrico, la fiamma di gas, il riscaldamento a resistenza, il fascio ad alta energia, ecc.

Di conseguenza, tutti i processi di saldatura ad arco, saldatura a gas, saldatura a resistenza e fascio ad alta energia rientrano nell’ambito della saldatura per fusione. Nella saldatura ad arco, un arco elettrico è costituito tra un elettrodo appuntito e i metalli di base conduttivi. Questo arco è la prima fonte di calore per fondere le superfici di fusione e i metalli d’apporto. Esistono diversi processi di questo tipo, tutti seguono lo stesso principio di base, ma variano sostanzialmente per quanto riguarda la procedura, i vantaggi, le limitazioni e le aree di applicazione possibili. La saldatura ad arco con metallo schermato (SMAW), la saldatura ad arco con gas metallico (GMAW) e la saldatura ad arco con gas tungsteno (GTAW) sono tre di questi processi di saldatura ad arco, ognuno dei quali offre determinati vantaggi rispetto agli altri. Le differenze tra i processi di saldatura SMAW, GMAW e GTAW sono discusse di seguito.

Erodo consumabile e non consumabile: L’elettrodo è parte integrante di ogni processo di saldatura ad arco per stabilire e mantenere l’arco elettrico. Tali elettrodi possono essere di due tipi: consumabili e non consumabili. Un elettrodo consumabile si fonde durante la saldatura a causa del riscaldamento dell’arco e successivamente si deposita sul cordone di saldatura che finalmente diventa parte integrante del giunto. Al contrario, un elettrodo non consumabile non si fonde durante la saldatura e rimane intatto. Un particolare processo di saldatura ad arco utilizza solo un tipo. Per quanto riguarda la natura consumabile e non consumabile dell’elettrodo, il confronto tra i processi di saldatura SMAW, GMAW e GTAW è elencato di seguito.

• SMAW-elettrodo consumabile.
• GMAW-elettrodo consumabile.
• GTAW-elettrodo non consumabile.

Applicazione del metallo di riempimento: Il metallo d’apporto è richiesto per riempire il gap di radice. Quando il gap di radice è sostanzialmente più grande (>2mm) e/o il bordo è preparato, allora si dovrebbe applicare il filler. Con l’elettrodo consumabile, l’elettrodo stesso si fonde e si deposita sul cordone di saldatura. Quindi non è necessario fornire ulteriore materiale di riempimento. Tale elettrodo si comporta come riempitivo e la velocità di alimentazione dell’elettrodo può essere controllata per manipolare il tasso di deposizione del riempitivo. Al contrario, l’elettrodo non consumabile non fornisce alcun riempitivo sul cordone di saldatura. Così, se il riempimento è richiesto, deve essere fornito separatamente.

• SMAW-Non è richiesto alcun riempimento aggiuntivo. L’elettrodo funge da riempitivo.
• GMAW-Non è richiesto alcun riempitivo aggiuntivo. L’elettrodo funge da riempitivo.
• GTAW-L’elettrodo non è consumabile. Quindi il filler aggiuntivo sotto forma di barra di piccolo diametro viene fornito, solo quando è richiesto, alimentandolo costantemente sotto la colonna dell’arco.

Natura continua di elettrodo/filler: Il materiale d’apporto, sotto forma di elettrodo o separato, si fonde continuamente e si deposita sul cordone di saldatura. Così la sua lunghezza si accorcia gradualmente con il tempo di saldatura. Se questa lunghezza di riempimento è corta, allora deve essere sostituita frequentemente con una nuova. Questo riduce il tasso di produzione e interrompe il processo. D’altra parte, un filler lungo può essere alimentato continuamente nella zona di saldatura per una durata più lunga senza alcuna interruzione. Tale metodo è produttivo ma richiede lo stoccaggio alla rinfusa del costoso filler.

• SMAW-Filler-cum-electrode è in forma di asta diritta di piccolo diametro di lunghezza 2 – 3 piedi. Così richiede frequenti cambi e interruzione del processo.
• GMAW-Filler-cum-electrode è in forma di filo di piccolo diametro che è avvolto su un pool di filo. Un elettrodo di filo abbastanza lungo è immagazzinato in quel pool e così la saldatura può essere effettuata continuamente per una durata più lunga senza interruzione intermedia per il cambio dell’elettrodo. Questo elettrodo è alimentato continuamente per mezzo di dispositivi meccanizzati.
• L’elettrodo GTAW non è consumabile. Il filler aggiuntivo di solito si presenta sotto forma di un’asta corta e di piccolo diametro e quindi richiede frequenti arresti per il cambio del filler. Tuttavia, la saldatura può essere effettuata continuamente se non viene utilizzato alcun filler.

Modo di saldatura preferibile: La saldatura ad arco può essere eseguita in tre modi diversi. Come menzionato in precedenza, non è necessario fornire filler quando il gap di radice è molto piccolo o i materiali di base sono sottili. Quando la saldatura viene eseguita senza applicare alcun filler, si parla di modalità autogena. Tuttavia, se il materiale di riempimento viene applicato e la composizione metallurgica del materiale di riempimento è simile a quella del componente principale, allora si parla di modalità omogenea. Se la composizione metallurgica del materiale di riempimento differisce sostanzialmente da quella del componente principale, si parla di modalità eterogenea. Processi di saldatura diversi sono adatti a modi diversi.

• SMAW-Filler è inerente a questo processo a causa dell’elettrodo consumabile. Quindi il modo autogeno non è possibile. È adatto per la saldatura principalmente omogenea.
• GMAW-Simile a SMAW, il riempitivo è inerente a questo processo a causa dell’elettrodo consumabile. Quindi il modo autogeno non è possibile. È adatto per la saldatura omogenea ed eterogenea.
• GTAW-L’elettrodo non è consumabile. Quindi il modo autogeno è fattibile; infatti, la saldatura TIG è adatta solo a questo modo. Tuttavia, può anche essere applicato per la saldatura omogenea ed eterogenea utilizzando un set ottimale di parametri di processo.

Materiale dell’elettrodo: Il materiale dell’elettrodo di ogni processo di saldatura ad arco deve possedere alcune caratteristiche di base come una buona conducibilità elettrica, una buona emissività degli elettroni, il punto di fusione desiderato, ecc. Vale la pena menzionare che il metallo d’apporto deve essere compatibile con il metallo madre, altrimenti non si mescoleranno correttamente portando ad una saldatura difettosa. Così con l’elettrodo consumabile, il materiale dell’elettrodo dovrebbe essere scelto in base alla compatibilità con il metallo base. Con l’elettrodo non consumabile, il materiale d’apporto dovrebbe essere scelto in base alla compatibilità con il metallo base, mentre l’elettrodo dovrebbe essere fatto di tale materiale ad alta fusione.

• L’elettrodo SMAW è fatto principalmente di materiali ferrosi. Ha solo poche varietà in termini di materiale dell’elettrodo. Così è adatto solo per la giunzione omogenea di componenti ferrosi.
• GMAW-Ampia varietà di materiali per elettrodi sono disponibili sul mercato. Anche se la maggior parte degli elettrodi sono ferrosi, la loro composizione metallurgica può essere variata per ottenere il risultato desiderato.
• GTAW-Questo elettrodo è fatto solo di tungsteno. Questo è indipendente dal metallo di base o dal metallo d’apporto, poiché l’elettrodo non è consumabile. Il tungsteno ha il punto di fusione più alto (3422°C). Altre proprietà desiderate possono essere manipolate aggiungendo elementi di lega in piccole proporzioni. Per esempio torio, ossido di lantanio, ossido di cerio, zirconia, ecc sono aggiunti con tungsteno per migliorare le varie caratteristiche di saldatura come l’emissività degli elettroni, l’erosione dell’elettrodo, ecc.

Elettrodo rivestito o nudo: L’elettrodo può essere rivestito per proteggerlo dall’ossidazione o dalla contaminazione atmosferica. Oltre alla protezione contro l’ossidazione, il rivestimento fornisce anche altri vantaggi come la fornitura di gas di protezione, la riduzione degli spruzzi, la stabilizzazione dell’arco, l’induzione di elementi chimici nel cordone di saldatura, ecc. Tuttavia, un elettrodo rivestito è costoso e soggetto a danni nel tempo. Diversi processi utilizzano diversi tipi di rivestimento, ciascuno con la funzione desiderata.

• SMAW-Utilizza un elettrodo rivestito di flusso spesso. Oltre a proteggere l’elettrodo, questo flusso fornisce gas di protezione.
• GMAW-Nessun rivestimento di flusso è disponibile sull’elettrodo. Tuttavia, un sottile rivestimento di materiale stabile è applicato per proteggere il materiale dell’elettrodo dall’ossidazione.
• GTAW-Utilizza l’elettrodo di tungsteno nudo. Nessun rivestimento è applicato sull’elettrodo.

Fornitura di gas di protezione: Il gas di protezione è fornito nella saldatura ad arco per dispensare l’ossigeno dalla zona di saldatura e creare un involucro di gas inerte che circonda il cordone di saldatura. La sua funzione primaria è quella di proteggere il cordone di saldatura caldo dall’ossidazione. Tale gas di protezione può essere fornito direttamente da una bombola di gas o indirettamente disintegrando altri elementi chimici durante la saldatura.

• Il rivestimento SMAW-Flux dell’elettrodo si disintegra durante la saldatura e produce gas di protezione. Nessun gas di protezione separato è applicato separatamente.
• GMAW-Gas di protezione (inerte o attivo) è fornito dalla bombola del gas.
• GTAW-Gas di protezione inerte è fornito dalla bombola del gas.

Problema dello spruzzo: lo spruzzo è piccole gocce di metallo fuso che è prodotto a causa della dispersione dell’arco ed esce dalla zona di saldatura. Questi spruzzi causano la perdita di metallo d’apporto e quindi un tasso non uniforme di deposito di materiale d’apporto che a volte porta a vari difetti di saldatura tra cui il rinforzo negativo e l’imprecisione dimensionale. Inoltre ostacola l’aspetto e richiede la rettifica dopo la saldatura per la sua rimozione.

• SMAW-Produce spruzzi eccessivi anche con un set ottimale di parametri di processo.
• GMAW – Produce anche spruzzi; tuttavia, può essere ridotto utilizzando un set ottimale di parametri di processo.
• GTAW – È per lo più privo di spruzzi.

Manuale e automazione: La saldatura ad arco con metallo schermato viene eseguita manualmente e per questo viene anche chiamata saldatura manuale ad arco metallico (MMAW). La saldatura ad arco con gas metallico può essere automatizzata facilmente dove il filo dell’elettrodo è continuamente alimentato dalla bobina usando un dispositivo meccanizzato e allo stesso tempo la torcia è mossa da un altro veicolo automatico. La saldatura ad arco di tungsteno in gas è comunemente eseguita manualmente; tuttavia, può essere anche automatizzata, specialmente il movimento della torcia. Un processo automatizzato è veloce e più produttivo; ma il processo manuale è più flessibile e praticamente non ha restrizioni di posizione per la sua applicazione.

Produttività e problemi di qualità: Lo SMAW non offre un giunto di buona qualità. Perciò viene effettuata per lo più per esigenze domestiche e industriali generali. Il cambio frequente degli elettrodi causa l’interruzione del processo e quindi non è adatto per esigenze di saldatura più lunghe. Il GMAW è altamente produttivo e può essere eseguito continuamente per una lunga durata. Può essere automatizzato facilmente. Il suo tasso di deposizione volumetrica è anche molto alto. Quindi è adatto laddove esiste un ampio spazio tra le radici, i bordi sono preparati in forme a U o V, requisiti di giunzione più lunghi o anche per il rivestimento. Anche se è meno incline ai difetti, la sua qualità di giunzione non è molto buona. Anche gli spruzzi ostacolano l’aspetto del cordone di saldatura. In termini di qualità, il GTAW è il migliore dei tre. Fornisce un giunto superiore con un aspetto splendido. È meno incline ai difetti, ma il tasso di deposito o di saldatura è relativamente basso.

In questo articolo viene presentato un confronto scientifico tra la saldatura ad arco con metallo schermato (SMAW), la saldatura ad arco con gas metallico (GMAW) e la saldatura ad arco con gas tungsteno (GTAW). L’autore suggerisce anche di passare attraverso i seguenti riferimenti per una migliore comprensione dell’argomento.