I 12 principali tipi di saldatura: a cosa servono?

La saldatura è un processo di produzione che utilizza calore, pressione o entrambi per unire due o più materiali in un legame forte e permanente. I materiali comunemente saldati sono metalli e termoplastici, ma anche altri materiali, come il legno, possono essere saldati.

Si tratta di un processo fondamentale nella maggior parte dei settori industriali. Analizziamo come funziona e le conoscenze che lo supportano.

Come viene eseguita la saldatura?

La saldatura è un processo ad alta temperatura che fonde il metallo di base. Questa è la differenza fondamentale rispetto alla brasatura e alla saldatura a stagno, che fondono solo il materiale d'apporto e non uniscono i metalli di base.

La saldatura unisce due o più pezzi ad alte temperature. L'alta temperatura crea una pozza di metallo fuso che, raffreddandosi, si solidifica formando un unico corpo solido, dando origine alla saldatura. La saldatura può risultare persino più resistente dei metalli di base.

Esistono molti tipi di saldatura, ma tutti utilizzano calore o pressione per fondere i metalli e formare il giunto. La fonte di calore o pressione può variare a seconda dell'applicazione e dei materiali utilizzati. Grazie ai principi semplici e ben compresi della saldatura, i metalli sono considerati i materiali più comunemente saldati. Anche la saldatura della plastica è piuttosto diffusa, mentre la saldatura del legno sta iniziando a diffondersi solo ora.

Il processo di saldatura è influenzato da diversi fattori, come la necessità di utensili specifici, gas di protezione, elettrodi e materiali d'apporto. Analizziamo più da vicino alcuni dei metodi di saldatura più comunemente utilizzati e identifichiamo le loro caratteristiche peculiari.

Diversi tipi di saldatura

Sebbene il concetto di base della saldatura sia relativamente semplice, è possibile classificarla in base alla fonte di energia utilizzata. Analizzando ulteriormente queste sottocategorie, possiamo approfondire i principi di funzionamento di ciascun metodo.

Saldatura ad arco

La saldatura ad arco è un processo di saldatura che utilizza il calore dell'arco generato tra l'elettrodo e il pezzo in lavorazione per fondere localmente il metallo e un filo d'apporto (o nessun materiale d'apporto) per unire i materiali. Elettrodi per saldatura ad arco I materiali possono essere consumabili o non consumabili. Sia la corrente alternata (CA) che la corrente continua (CC) possono essere utilizzate durante la saldatura.

1. Saldatura MIG/MAG

La saldatura ad arco con gas di protezione (GMAW), nota anche come saldatura MIG/MAG (Metal Inert Gas/Metal Active Gas), utilizza un filo continuo alimentato attraverso una torcia di saldatura. Quando l'arco fonde il filo, questo si fonde con il metallo base nel bagno di saldatura.

Contemporaneamente, viene fornito un gas di protezione all'area di saldatura, creando una barriera protettiva per prevenire la contaminazione atmosferica.

Questa tecnica di saldatura è facile da usare. Per questo motivo è una scelta popolare nella saldatura industriale, nella produzione, nell'edilizia e nell'industria automobilistica. Grazie alla disponibilità di gas inerti a basso costo, la saldatura ad arco con gas di protezione (GMAW) ha in gran parte sostituito la saldatura ad idrogeno atomico (AHW).

2. Saldatura TIG

La saldatura TIG (Tungsten Inert Gas) utilizza un elettrodo di tungsteno non consumabile e un gas di protezione inerte. A differenza della saldatura MIG/MAG, l'utilizzo di un materiale d'apporto separato nella saldatura TIG può essere determinato in base ai requisiti del progetto. La saldatura TIG (Gas Tungsten Arc Welding) crea saldature precise e di alta qualità. Offre un'eccellente penetrazione, il che la rende ideale per molteplici applicazioni, come quelle aerospaziali e automobilistiche. Allo stesso tempo, le saldatrici TIG dispongono di numerose funzioni regolabili, il che rende la saldatura TIG un processo di saldatura molto versatile.

3. Saldatura ad arco con elettrodo rivestito

La saldatura ad arco con elettrodo rivestito (SMAW), nota anche come saldatura manuale ad arco con elettrodo rivestito (MMAW/MMA) o saldatura ad elettrodo, utilizza un elettrodo metallico consumabile rivestito di flussante per unire i metalli.

Quando l'elettrodo colpisce il metallo base, si genera un arco elettrico che fonde il materiale nel bagno di saldatura. Il flusso rilascia un gas di protezione, che protegge il metallo di saldatura dalla contaminazione. Dopo il raffreddamento, la scoria può essere rimossa con strumenti comuni come le spazzole metalliche.

4. Saldatura ad arco con filo animato

La saldatura ad arco con filo animato (FCAW) è un processo di saldatura tipicamente automatizzato o semiautomatizzato che può ridurre i tempi di saldatura fino al 40% rispetto alla saldatura manuale tradizionale.

La saldatura FCAW utilizza un elettrodo animato per proteggere la saldatura. Inoltre, la saldatura FCAW a doppia protezione offre un'ulteriore protezione contro i contaminanti grazie all'utilizzo di un gas di protezione sopra l'elettrodo animato. Rispetto ad altri metodi di saldatura, la FCAW non richiede apparecchiature di protezione gassosa aggiuntive (in particolare la saldatura a doppia protezione), pertanto, a lungo termine, i costi di attrezzature e materiali possono essere notevolmente ridotti.

5. Saldatura a gas

La saldatura a gas, nota anche come saldatura ossiacetilenica, è uno dei metodi più tradizionali per unire i metalli, utilizzando una combinazione di ossigeno e un gas combustibile come acetilene o propano. Questo processo genera un calore intenso che fonde il metallo nel punto di giunzione, permettendone la fusione. È comunemente utilizzata sia per metalli ferrosi che non ferrosi ed è particolarmente efficace per materiali sottili.

Uno dei principali vantaggi della saldatura a gas è che non richiede elettricità, il che la rende una soluzione altamente portatile in aree con accesso limitato alla corrente elettrica. L'attrezzatura è relativamente semplice da utilizzare e costa meno rispetto ad altri metodi di saldatura, il che la rende una scelta popolare per progetti su piccola scala e per il fai-da-te. La saldatura a gas può essere utilizzata anche per il taglio ossiacetilenico, offrendo versatilità con la stessa attrezzatura.

Nonostante sia un metodo datato, la saldatura a gas rimane efficace per molte applicazioni. La sua capacità di regolare il profilo della fiamma controllando il flusso di gas consente un controllo preciso, rendendola adatta a lavori delicati come la brasatura e la saldatura di lamiere sottili. È una tecnica affidabile e accessibile per diverse esigenze di lavorazione dei metalli.

6. Saldatura al plasma

La saldatura ad arco plasma funziona secondo un principio simile alla saldatura TIG, ma il design unico della sua torcia permette di espellere il gas inerte dall'ugello a una velocità maggiore, facendolo fluire lungo un percorso più stretto. Quando il gas entra in contatto con l'arco, si forma del plasma che si ionizza entrando nella zona di saldatura, generando temperature estremamente elevate. Ciò consente di raggiungere temperature di saldatura di circa 28.000 °C, sufficientemente alte da fondere quasi tutti i metalli.

Grazie alle temperature di esercizio elevate che possono generare, le torce al plasma sono adatte non solo alla saldatura di precisione, ma anche al taglio dei metalli. Durante il processo di saldatura, l'arco al plasma fornisce calore altamente concentrato, con conseguente formazione di saldature più precise e velocità di saldatura superiori, risultando particolarmente indicato per la lavorazione dei metalli che richiede elevata precisione e strutture complesse.

7. Saldatura ad arco sommerso

La saldatura ad arco sommerso (SAW) funziona secondo un principio simile alla saldatura ad arco con elettrodo rivestito (SMAW), utilizzando un flusso per proteggere il metallo di saldatura. Questo processo di saldatura automatizzato o semi-automatizzato utilizza una tramoggia di flusso separata per depositare il materiale d'apporto granulare sulla saldatura.

Questa tecnica di saldatura produce saldature uniformi e pulite che superano la maggior parte dei processi di saldatura manuale tradizionali. È una scelta eccellente per metalli come nichel, acciaio e acciaio inossidabile ed è comunemente utilizzata nella fabbricazione di tubi, recipienti a pressione e caldaie.

Saldatura a resistenza

La saldatura a resistenza, o saldatura a pressione, consiste nell'applicare pressione e corrente elettrica tra due superfici metalliche per creare un legame di fusione. I pezzi da lavorare vengono avvicinati ad alta pressione e una corrente elettrica viene fatta passare attraverso i punti di contatto. La resistenza del metallo genera calore, fondendo insieme le superfici metalliche.

1. Saldatura a punti

La saldatura a punti per resistenza (RSW) utilizza due elettrodi per premere insieme metalli sovrapposti, applicando contemporaneamente una corrente di saldatura che si genera per resistenza tra i metalli. Il calore generato durante il processo di saldatura provoca la fusione delle superfici metalliche, formando un cordone di saldatura a forma di bottone o di pepita.

I metalli si fondono insieme ad alta energia in un breve lasso di tempo (circa 10-100 millisecondi), unendo i pezzi quasi istantaneamente. L'area circostante la saldatura non viene danneggiata dal calore eccessivo, con conseguente riduzione al minimo della zona termicamente alterata (ZTA) nella saldatura a punti.

La saldatura a punti viene spesso automatizzata mediante robot di saldatura. Questo la rende uno dei metodi di saldatura più efficienti utilizzati nelle linee di assemblaggio, risultando un'opzione interessante per i settori automobilistico, elettronico e manifatturiero.

2. Saldatura a punti

La saldatura a rulli è un tipo di saldatura a punti. Utilizza due ruote elettrodiche per premere sui pezzi da lavorare, mentre contemporaneamente vi scorre una corrente elettrica. Il saldatore può erogare energia in due modi: in modo intermittente per eseguire singole saldature sui pezzi, oppure in modo continuo, a seconda delle esigenze del progetto.

La saldatura a resistenza produce giunzioni molto resistenti e il processo di saldatura è estremamente rapido e pulito, il che la rende ideale per la saldatura automatizzata. L'industria della lavorazione della lamiera utilizza la saldatura a resistenza per la produzione di lattine, radiatori e fusti in acciaio.

Saldatura laser

La saldatura laser (LBW), come suggerisce il nome, utilizza un raggio laser come fonte di calore concentrata per fondere il metallo e formare la saldatura. L'elevata densità di potenza della LBW si traduce in una zona termicamente alterata più piccola. Le dimensioni del punto laser variano da 0,2 a 13 mm, rendendola adatta alla saldatura di materiali di diverso spessore e consentendo di ottenere risultati superiori rispetto ai processi di saldatura tradizionali.

La saldatura laser consente di realizzare rapidamente saldature di alta qualità con tolleranze ristrette. Il processo è spesso automatizzato e ampiamente utilizzato nei settori automobilistico, medicale e della gioielleria.

Alcuni credono che le torce laser possano tagliare e saldare come le torce ossiacetileniche e al plasma. Tuttavia, questo di solito non è vero. Le teste di taglio laser standard non possono essere utilizzate per la saldatura, e le teste di saldatura laser non sono in grado di soddisfare i requisiti di velocità e qualità di taglio della maggior parte delle applicazioni industriali.

Saldatura a fascio di elettroni

La saldatura a fascio di elettroni (EBW) è una tecnica di saldatura di alta precisione che utilizza un fascio focalizzato di elettroni ad alta energia per fondere e unire superfici metalliche. Gli elettroni vengono accelerati nel vuoto e diretti sui pezzi da lavorare, generando un intenso calore nel punto di saldatura. Il processo avviene in un ambiente sottovuoto, prevenendo ossidazione e contaminazione.

Uno dei principali vantaggi della saldatura ad arco di fascio di elettroni (EBW) è la sua capacità di produrre saldature profonde e strette con una distorsione termica minima. Ciò la rende ideale per applicazioni di alta precisione, come quelle nel settore aerospaziale e nella produzione di dispositivi medici. Il processo consente inoltre la saldatura di metalli dissimili e produce giunti ad alta resistenza con un'eccellente qualità di saldatura e una lavorazione post-saldatura minima.

Saldatura a frizione

La saldatura per attrito è un processo di saldatura allo stato solido che, come suggerisce il nome, utilizza l'attrito per unire i metalli. A differenza della maggior parte dei processi di saldatura, non utilizza una pistola per saldatura, una bacchetta di saldatura o un gas di protezione. Il processo crea un giunto utilizzando il calore generato esclusivamente dalla rotazione ad alta velocità, dalla vibrazione o dal contatto laterale tra due pezzi di metallo puliti. I residui metallici formatisi durante il processo vengono rimossi dopo il raffreddamento.

L'attrezzatura utilizzata per la saldatura a frizione è più ecologica rispetto ad altri metodi perché non emette fumi di saldatura nocivi o tossine. La sua facilità d'uso la rende ideale per la saldatura di punte da trapano, bielle, tubi per alberi e valvole.

Sicurezza nella saldatura

Nel laboratorio di lavorazione della lamiera dell'LVMA, mentre esploravo le tecniche di saldatura con gli ingegneri, ho capito che la sicurezza nella saldatura è un aspetto cruciale del processo.

Gli ingegneri dell'officina di lavorazione della lamiera di LVMA sono dotati di maschere per saldatura, guanti ignifughi, indumenti protettivi e scarpe antinfortunistiche, che li proteggono efficacemente da alte temperature, radiazioni UV, scintille e gas nocivi. Le maschere per saldatura, in particolare, mi hanno impedito di vedere il bagliore della luce dell'arco e di inalare fumi nocivi. Ho anche notato che i responsabili dell'officina LVMA forniscono loro tappi per le orecchie per ridurre i danni all'udito causati dal rumore.

Tuttavia, i dispositivi di protezione individuale sono solo una parte della sicurezza nella saldatura; la consapevolezza dei rischi da parte dei saldatori è altrettanto cruciale. La complessità del processo di saldatura richiede ai saldatori un elevato senso di responsabilità e una profonda conoscenza dei rischi. Devono avere una chiara comprensione dell'ambiente operativo, dello stato delle apparecchiature e delle procedure di emergenza. I saldatori devono sempre garantire un'adeguata ventilazione nella propria area di lavoro per prevenire l'accumulo di gas nocivi e ispezionare regolarmente le proprie apparecchiature per prevenire malfunzionamenti.

Riepilogo

La tecnologia di saldatura unisce metallo a metallo, ottenendo risultati impossibili con singoli componenti metallici. Grazie al continuo progresso tecnologico, la tecnologia di saldatura si evolve e si sviluppa costantemente. In futuro, i processi di saldatura diventeranno più intelligenti ed efficienti, con la saldatura automatizzata e robotizzata che si affermerà come standard, migliorando l'efficienza produttiva e riducendo l'errore umano. Allo stesso tempo, l'emergere di nuovi materiali e processi di saldatura amplierà le applicazioni, offrendo soluzioni di saldatura di qualità superiore e più rispettose dell'ambiente a settori come quello aeronautico, automobilistico ed energetico.