Gas di protezione

La saldatura MAG viene eseguita con diversi tipi di materiali di consumo, inclusi fili pieni, fili con anima in flusso e fili con anima in metallo. Un tipico gas di protezione per la saldatura MAG con questi materiali d'apporto è una miscela di argon (Ar) e biossido di carbonio (CO₂ ). Un'altra alternativa è un gas di protezione composto al 100% da CO₂, che in determinate situazioni può essere un'alternativa per la saldatura MAG con fili con anima a flusso.

Le proporzioni di argon e biossido di carbonio nelle miscele Ar/CO₂ sono correlate al tipo di arco applicato. Alcune miscele sono ottimizzate per la saldatura con un arco specifico. Altri possono ottenere risultati favorevoli nella saldatura con più di un tipo di arco.

I tre tipi principali di arco che sono possibili nella saldatura MAG sono l'arco corto, l'arco a spruzzo e l'arco pulsato. Per questi tre tipi di archi sono possibili fili pieni, fili con anima in flusso e fili con anima in metallo.

Ogni tipo di arco è limitato a determinati intervalli di corrente e tensione applicati durante l'operazione di saldatura. Di seguito è illustrato un diagramma schematico per l'emergere di un arco corto e di uno spruzzo.
Un'impostazione errata della corrente e della tensione può comportare la formazione di un arco globulare più instabile. È pertanto indesiderata in molti tipi di prestazioni di saldatura.

La forma dell'arco voltaico corto e dell'arco voltaico per diversi livelli di corrente e tensione durante la saldatura MAG con una miscela di gas inerte Ar/CO2. La saldatura avviene generalmente con il DC.

Altri parametri di saldatura influenzano anche l'emergere dei tipi di arco, tra cui la composizione chimica del gas di protezione, il diametro del materiale di consumo e la lunghezza di sporgenza del filo dall'ugello di contatto.

Durante la saldatura con apporto termico relativamente basso si verifica un arco elettrico breve. Questo arco consente operazioni di saldatura versatili, tra cui:

Alcuni svantaggi generali della saldatura ad arco breve includono:

Trasferimento di gocce nella saldatura ad arco breve

La saldatura ad arco breve è caratterizzata da un trasferimento di metallo dal consumabile, dove ogni goccia cortocircuita l'arco. Il trasferimento delle goccioline ha una bassa frequenza di circa 50-200 Hz.
Ogni goccia diventa relativamente grande durante il trasferimento del metallo e quindi i cortocircuiti, generando una corrente momentaneamente elevata. La goccia lascia il filo e l'arco viene colpito di nuovo. La saldatura ad arco breve è riconoscibile dal caratteristico rumore di scintillazione.

Illustrazione della saldatura ad arco breve: a) Inizio della formatura delle gocce. b) Lasciare avanzare verso il metallo di base. c) La caduta tocca la piscinetta di saldatura, causando un cortocircuito. d). Il circuito è interrotto, inizia la formatura di un'altra goccia.

Normalmente la saldatura ad arco a spruzzo ha un apporto termico piuttosto elevato, il che porta a una maggiore produttività rispetto alla saldatura ad arco breve. Questo arco ha un grado di stabilità che contribuisce a un livello molto basso di spruzzi. L'arco di spruzzatura può essere eseguito in posizione piatta.

L'uso di fili in aria libera rutilici offre il vantaggio della saldatura in posizioni diverse dalla posizione piatta.

Le principali posizioni di saldatura, correlate alla posizione della torcia di saldatura, secondo la norma EN ISO 6947.

L'elevato apporto termico significa che la gamma di spessori delle lamiere singole adatte per questa tecnica è limitata a circa 5 mm e oltre. L'eccezione è costituita dalla saldatura ad arco pulsato, che consente di saldare giunzioni di spessori della lamiera più sottili. Il suono della saldatura ad arco a spruzzo si distingue dalla saldatura ad arco breve per il suo carattere uniforme.

Trasferimento di gocce nella saldatura ad arco a spruzzo

Il trasferimento delle gocce metalliche ha una frequenza più elevata rispetto alla saldatura ad arco breve e le dimensioni di ogni goccia metallica sono ridotte. Nella saldatura ad arco a spruzzo non vi sono cortocircuiti e la goccia lascia il filo come una piccola goccia o uno spruzzo attraverso l'arco, come mostrato nell'illustrazione seguente.

Saldatura MAG con arco voltaico: a) Pistola di saldatura. b) Gocce. c) Metallo di base. d) Elettrodo consumabile. e) Gas di protezione. f) Piscina di saldatura.

La saldatura pulsata consente di ottenere un arco con un apporto termico relativamente basso. Questa tecnica utilizza i parametri pulsati relativamente a un'interazione tra i valori di corrente e di tensione.

Le principali eccezioni con l'arco pulsato rispetto a una tecnica ad arco a spruzzo sono:

Lo sviluppo di diversi tipi di tecniche di arco del polso è significativo. Di conseguenza, il numero di diverse tecniche di arco del polso aumenta nel tempo.

Trasferimento gocce alla saldatura ad arco

L'ottimizzazione della saldatura determina se la sequenza di impulsi produrrà una saldatura a getto o ad arco corto.
Ogni trasferimento gocce è generato da una o più sequenze di impulsi in sequenza, vedere l'illustrazione di seguito.

Esempio di comparsa di corrente/tempo durante la saldatura ad arco pulsato. Questa sequenza illustra un trasferimento gocce ad arco di spruzzatura generato da ciascun impulso.

A causa delle continue evoluzioni nella saldatura MAG degli acciai altoresistenziale esistono altri tipi di archi più comuni rispetto a quelli citati in questo capitolo. Per informazioni aggiornate su questo argomento, contattare SSAB. 

L'applicazione di una miscela di gas di argon e biossido di carbonio nella saldatura MAG presenta vantaggi e svantaggi per ogni componente chimico. L'obiettivo è ottimizzare la miscela per ogni specifica situazione di saldatura. Ciò avviene sfruttando i vantaggi di entrambe le sostanze chimiche riducendo al minimo gli svantaggi.

Esistono alternative alle miscele di gas suggerite menzionate in questo capitolo. Un'alternativa è quella di sostituire parzialmente o completamente la CO₂ con ossigeno. Poiché queste miscele hanno un uso limitato, non vengono menzionate ulteriormente in questo contesto. Ulteriori informazioni su queste miscele di gas di protezione possono essere richieste ai produttori di gas.

L'argon migliora anche la formazione del trasferimento dell'arco di spruzzatura. Tuttavia, un gas di protezione all'argon al 100% causerebbe un arco instabile, pertanto i gas di protezione devono includere un altro componente gassoso in grado di stabilizzare l'arco.

L'argon favorisce la formazione di un arco stretto e aggressivo che consente di ottenere una profilatura profonda al centro del metallo di saldatura, spesso denominata dito argon, vedere l'immagine sotto. Riduce la capacità di trasferimento del calore nel materiale fuso durante la saldatura, contribuendo a un profilo più stretto per ogni passata di saldatura.

La profilazione è favorita da un gas di protezione ad alto contenuto di argon.

Gli effetti negativi di un profilo di penetrazione relativamente piccolo e stretto comprendono un maggiore rischio di mancanza di fusione nell'articolazione. Inoltre, il risultato è una suscettibilità leggermente superiore alla porosità del metallo di saldatura.

Inoltre, la CO₂ favorisce una maggiore capacità di trasmissione termica alla massa fusa liquefatta, che influisce sulla geometria del metallo di saldatura. Contribuisce a dare al metallo di saldatura una forma relativamente grande e arrotondata, come illustrato nella seguente figura. La forma e le dimensioni del metallo di saldatura resistono ulteriormente alla mancanza di fusione e porosità nel metallo di saldatura.

Prestazioni di penetrazione di un gas di protezione costituito solo da CO₂.
 

La CO₂ viene normalmente aggiunta in quantità relativamente piccole. Se il tenore di CO₂ nel gas di protezione è troppo elevato, si ostruisce la saldatura ad arco. Il tenore massimo di CO₂ sotto il quale è consentita la saldatura ad arco con polverizzazione nelle miscele Ar/CO₂ è di circa £ 25%.

L'anidride carbonica presente nelle miscele di gas inerte Ar/CO₂ stabilizza l'arco voltaico.

A causa dell'influenza del gas di protezione, le prestazioni di saldatura finali sono una combinazione delle proprietà di ogni singolo componente del gas. Un aumento della frazione di un componente gassoso determina una maggiore influenza sulle caratteristiche di quel gas specifico.

I profili di penetrazione tipici per diverse miscele di gas sono illustrati nella figura seguente per la saldatura di giunti d'angolo.

Profili schematici di penetrazione in caso di variazione della composizione del gas di protezione durante la saldatura MAG: a) Ar+ e 2% CO₂. b) Ar+ e 5% CO₂. c) Ar+ e 10% CO₂. d) Ar+ e 20% CO₂. e) 100% CO₂.

La miscela di gas di protezione per la saldatura TIG è più facile da decidere in quanto esistono meno opzioni rispetto alla saldatura MAG. Durante la saldatura TIG, è necessario utilizzare un gas per:

In generale, SSAB propone una composizione di gas di protezione di argon puro per la saldatura TIG che soddisfa questi requisiti.

I gas di protezione riportati nella tabella sottostante per la saldatura MAG e TIG di Hardox^® e Strenx^® sono ben bilanciati per supportare prestazioni di saldatura di alta qualità. Se le qualità Hardox^® e Strenx^® sono saldate ad altri tipi di acciaio, è possibile utilizzare gli stessi tipi di gas.

Metodo di saldatura	Tipo di arco	Posizione	Gas di protezione [peso %]
MAG, filo pieno	Arco corto	Tutte le posizioni	18-25% CO2, Ar. riposo
MAG, filo animato	Arco corto	Tutte le posizioni	18-25% CO2, Ar. riposo
MAG, filo pieno	Spray arc	Orizzontale (PA, PB, PC)	15-20% CO2, rip. Ar
MAG, MCAW	Spray arc	Tutte le posizioni	15-20% CO2, rip. Ar
MAG, MCAW	Spray arc	Orizzontale (PA, PB, PC)	15-20% CO2, rip. Ar
MAG automatico e robotico	Spray arc	Orizzontale (PA, PB, PC)	8-18% CO2, rip. Ar
TIG	Spray arc	Tutte le posizioni	100% Ar

Suggerimenti su diverse miscele di gas per la saldatura delle qualità Hardox^® e Strenx^® .

Si noti che possono essere utilizzati anche altri gas di protezione. Il produttore del materiale di consumo può anche stabilire una determinata composizione del gas di protezione per un particolare materiale di consumo. In tal caso, è necessario applicare le raccomandazioni relative ai materiali di consumo.

Flusso di gas

Il flusso di gas può essere ottimizzato per ottenere prestazioni di saldatura equilibrate. Un flusso di gas insufficiente comporta una protezione inadeguata della massa fusa. Un flusso di gas eccessivo può diventare turbolento compromettendo in tal modo la protezione del gas.

Il flusso di gas per tutti i metodi di saldatura si basa di norma su gas di protezione e può essere regolato utilizzando lo stesso numero del flusso di gas espresso in l/min.