Che cos'è la saldatura ad arco metallico schermato (SMAW)? 👨‍🏭

introduzione

La saldatura ad arco con elettrodo rivestito è un processo che produce coalescenza tra i metalli riscaldandoli e fondendoli con un arco elettrico stabilito tra la punta di un elettrodo rivestito e la superficie del metallo di base in corrispondenza del giunto da saldare.

Come funziona il processo

Il metallo fuso dall'elettrodo viene trasferito attraverso l'arco elettrico al bagno fuso del metallo di base, formando così il metallo di saldatura.

Una scoria liquida di densità inferiore a quella del metallo liquido, che è formata dal rivestimento dell'elettrodo e dalle impurità del metallo di base, sormonta il bagno fuso proteggendolo dalla contaminazione atmosferica.

Una volta solidificata, questa scoria controllerà la velocità di raffreddamento del metallo di saldatura già solidificato. Il metallo d'apporto proviene dall'anima metallica dell'elettrodo (filo) e dal rivestimento, che in alcuni casi è costituito da polvere di ferro ed elementi di lega.

La saldatura a stick è uno dei processi di saldatura più utilizzati di tutti di cui parleremo, per la semplicità delle attrezzature, la qualità delle saldature e il basso costo delle attrezzature e dei materiali di consumo.

Ha una grande flessibilità e salda la maggior parte dei metalli su un'ampia gamma di spessori. Ultimamente sta perdendo terreno rispetto ad altri processi a causa della minore produttività (per completare una saldatura ci vuole più tempo in questo processo rispetto ad esempio con FCAW).

La saldatura con questo processo può essere eseguita quasi ovunque e in condizioni estreme. La saldatura a elettrodi rivestiti è ampiamente utilizzata nella fabbricazione industriale, nella struttura metallica per edifici, nella cantieristica navale, nelle automobili, nei camion, nelle paratoie e in altri gruppi saldati.

Il principale svantaggio di questo processo è la sua bassa produttività, dovuta principalmente alla necessità di sostituire gli elettrodi.

Vantaggi e svantaggi

Vantaggi	Svantaggi
È un processo versatile, in quanto si adatta a materiali di diversi spessori e in qualsiasi posizione di lavoro.	È un processo manuale, a seconda dell'abilità del saldatore, che implica un minor controllo dei parametri di saldatura, come la corrente di saldatura.
L'attrezzatura necessaria è relativamente a basso costo.
Il suo utilizzo è indicato sia all'interno della fabbrica che sul campo.	Rispetto ad altri processi, ha una bassa produttività, a causa del basso tasso di deposizione e del basso tasso di occupazione del saldatore (tempo con l'arco aperto dal tempo totale di saldatura), che si aggira intorno al 40%.
Attualmente utilizzato nei settori navale, ferroviario, automobilistico, metalmeccanico e delle costruzioni.
È ampiamente utilizzato per la saldatura di acciaio al carbonio, acciaio bassolegato, acciaio inossidabile, ghisa, alluminio, rame, nichel, ecc.
I metalli a basso punto di fusione come Pb, Sn, Zn e metalli refrattari o molto reattivi come Ti e Zr non sono saldabili mediante elettrodo rivestito.	Genera un grande volume di gas e fumi durante il processo.

Attrezzatura per saldatura

Come mostrato nella figura seguente, l'apparecchiatura è composta da una fonte di alimentazione, cavi di collegamento, un portaelettrodo, un morsetto (connettore di terra) e l'elettrodo.

Fonte di potere

La fonte di alimentazione può essere corrente continua (generatori o raddrizzatore) o corrente alternata (trasformatore).

Le sorgenti di corrente continua possono essere:

1 – Generatori, generalmente utilizzati per lavori in cantiere, soprattutto dove non è disponibile un'adeguata alimentazione elettrica.
2 – Trasformatori-raddrizzatori, che risultano vantaggiosi rispetto ai generatori per i minori costi di esercizio e manutenzione, con funzionamento più silenzioso.

Nel caso di corrente continua, la polarità deve essere scelta come richiesto dal servizio:

a) Corrente continua – polarità diretta (DC-), l'elettrodo è collegato al polo negativo della macchina e si ha una velocità di deposizione inferiore e maggiori profondità di penetrazione.
b) Corrente continua – inversione di polarità (DC+), l'elettrodo positivo e la parte negativa. Con questa configurazione si ottengono una penetrazione inferiore e velocità di fusione degli elettrodi più elevate.
c) Corrente alternata (AC) – la polarità che si alterna ad ogni inversione di corrente. Con questo tipo di configurazione, la geometria del tallone sarà intermedia rispetto a quella ottenuta in CC+ e CC-

Suggerimento: il segno di corrente continua si riferisce sempre al punto in cui è collegato l'elettrodo. Alcuni addirittura preferiscono chiamarlo elettrodo positivo o elettrodo negativo.

Cavi di saldatura

Sono utilizzati per collegare il portaelettrodo e il morsetto alla fonte di alimentazione. Devono essere flessibili per consentire una facile manipolazione. Fanno parte del circuito di saldatura e sono costituiti da più fili di rame avvolti insieme e protetti da un rivestimento isolante e flessibile. I cavi devono essere mantenuti svolti e senza giunzioni.

Portaelettrodi

Il supporto dell'elettrodo viene utilizzato per fissare ed energizzare l'elettrodo. Un corretto fissaggio e un buon isolamento dei cavi sono essenziali per ridurre al minimo i rischi di shock. Le griffe devono essere sempre in buono stato, onde evitare problemi di surriscaldamento e scarsa fissazione degli elettrodi, che possono staccarsi durante la saldatura.

Morsetto (connettore di terra)

È un dispositivo per collegare il cavo di terra alla parte da saldare.

Materiali di consumo – elettrodi

L'elettrodo rivestito è composto da:

• Elettrodo ("L'anima")
• Rivestimento

L'elettrodo stabilisce l'arco e fornisce il metallo d'apporto per la saldatura.

Il rivestimento dell'elettrodo ha le seguenti funzioni durante il processo di saldatura: Funzioni elettriche, fisiche e metallurgiche.

Isolamento elettrico e funzione di ionizzazione

a) Isolamento – isola il nucleo dell'elettrodo evitando aperture laterali dell'arco, dirigendo l'arco verso il luogo di interesse. Ad esempio durante la saldatura di smussi stretti e di difficile accesso, per evitare la formazione dell'arco in posizioni indesiderate.
b) Ionizzazione – Il rivestimento contiene silicati Na e K che ionizzano l'atmosfera dell'arco. Questo facilita il passaggio della corrente elettrica, creando un arco elettrico stabile.

Funzioni fisiche e meccaniche

a) Forniscono gas per la formazione di un'atmosfera protettiva per le goccioline metalliche contro l'azione dell'idrogeno nell'atmosfera.
b) Il rivestimento fonde e poi solidifica sul cordone di saldatura formando una scoria di materiale non metallico, protegge il cordone di saldatura dall'ossidazione da parte della normale atmosfera mentre la saldatura si sta raffreddando.
c) Fornisce il controllo della velocità di raffreddamento e contribuisce alla finitura del cordone:

Scopo metallurgico

a) Introduce elementi di lega nel metallo saldato, modificandone le proprietà di saldatura. Vengono aggiunti anche altri elementi chimici allo scopo di scollare le impurità, disossidare, ecc. (es: Mn, Si)

Gli elettrodi rivestiti sono classificati secondo le specifiche AWS (American Welding Society). Le specifiche commerciali per gli elettrodi rivestiti possono essere trovate nelle specifiche AWS della serie AWS A5 (Es.: AWS A5.1)

Caratteristiche e usi

È importante per un ispettore di saldatura ricordare che il processo di saldatura con elettrodo rivestito ha molte variabili da considerare. Ad esempio, può essere utilizzato in un'ampia varietà di configurazioni di giunti che si trovano nella saldatura industriale e in un'ampia varietà di combinazioni di metallo di base e metallo d'apporto.

Occasionalmente, per una saldatura specifica vengono utilizzati diversi tipi di elettrodi. Un ispettore di saldatura dovrebbe avere una conoscenza approfondita delle specifiche del materiale di consumo utilizzato per il lavoro per sapere come e quali variabili influiscono sulla qualità della saldatura.

Il processo di saldatura ad elettrodo rivestito può essere utilizzato per saldare in tutte le posizioni. Può anche essere utilizzato per saldare la maggior parte degli acciai e alcuni metalli non ferrosi, nonché per la deposizione di metallo d'apporto per ottenere determinate proprietà o dimensioni.
Presenta la capacità di saldare metallo di base in un intervallo da 2 mm a 200 mm, a seconda dei requisiti e dell'utilizzo del controllo del riscaldamento o della distorsione.

Il controllo dell'energia di saldatura (apporto termico) durante il funzionamento è un fattore rilevante in alcuni materiali, come acciai da bonifica, acciai inossidabili e acciai basso legati contenenti molibdeno, essendo di grande importanza anche per applicazioni a bassa temperatura.

Un controllo inadeguato dell'energia di saldatura durante l'operazione di saldatura, quando richiesto, può facilmente causare incrinature o perdita delle proprietà dei metalli di base primari, come la perdita di resistenza alla corrosione negli acciai inossidabili o persino un calo della capacità di assorbimento di energia.

Il tasso di deposito di questo processo è piccolo rispetto ad altri processi di alimentazione continua. La velocità di deposizione varia da 1 a 5 kg/he dipende dall'elettrodo scelto.

Il successo del processo di saldatura con elettrodo rivestito dipende in gran parte dall'abilità e dalla tecnica del saldatore, poiché tutta la manipolazione della saldatura viene eseguita dal saldatore. Ci sono quattro elementi che il saldatore deve essere in grado di controllare:

• Lunghezza dell'arco (varia tra 0,5 e 1,1 del diametro dell'elettrodo rivestito). In parole povere, possiamo considerare la distanza dalla punta dell'elettrodo al pezzo.
• Spostamento dell'elettrodo e angolo di lavoro.
• Velocità di spostamento dell'elettrodo.
• Tecniche di deposizione del passaggio (passaggio stretto o oscillante).
• Corrente elettrica.

Preparazione e pulizia delle fughe

Le parti da saldare devono essere esenti da olio, grasso, ruggine, vernice, residui di ispezione mediante penetrazione di liquidi, sabbia e fuliggine da preriscaldamento a gas, in una striscia di almeno 20 mm per lato dei bordi e smagnetizzate.

Dopo ogni passaggio, le scorie prodotte devono essere rimosse. La rimozione parziale delle scorie produce cordoni di saldatura con inclusioni di ossido, compromettendo le proprietà meccaniche del giunto saldato. La mancanza di pulizia tra le passate genera il famoso difetto di "inclusione di scorie".

Parametri usuali per la saldatura di acciai

La tabella seguente mostra un esempio di parametri tipici per diametro per l'elettrodo rivestito Tipo 7018. L'elettrodo 7018 è più comunemente utilizzato nei lavori responsabili, tuttavia, consultare uno specialista della saldatura per l'elettrodo e i parametri più economici e produttivi da utilizzare. Il tuo lavoro.

Discontinuità indotte dal processo

La saldatura ottenuta mediante saldatura ad arco con elettrodo rivestito può contenere quasi tutti i tipi di discontinuità. Di seguito sono elencate alcune delle discontinuità più comuni che possono verificarsi quando viene utilizzato questo processo.

Porosità

In genere è causato dall'uso di tecniche non corrette (lunghezza dell'arco o alta velocità di saldatura), dall'uso di metallo di base senza un'adeguata pulizia o da un elettrodo bagnato.

La porosità a grappolo a volte si verifica all'apertura e alla chiusura dell'arco. La tecnica di saldatura con una piccola passata all'indietro, subito dopo l'inizio dell'operazione di saldatura, permette al saldatore di rifondere la zona all'inizio della passata, liberandone il gas ed evitando così questo tipo di discontinuità. La porosità vermiforme è solitamente causata dall'uso di un elettrodo bagnato.

Inclusioni

Sono causati da una manipolazione impropria dell'elettrodo e da una scarsa pulizia tra i passaggi. È un problema prevedibile, nel caso di una progettazione inadeguata in termini di accesso al giunto da saldare o anche con piccoli angoli di smusso.

Mancanza di fusione

Risultati di una tecnica di saldatura impropria: saldatura veloce, giunzione o preparazione del materiale inadeguata, corrente troppo bassa.

Mancanza di penetrazione

Risultati da una tecnica di saldatura impropria; saldatura rapida, giunzione o preparazione del materiale impropria, corrente troppo bassa e diametro dell'elettrodo troppo grande.

Concavità e sovrapposizione

Sono dovuti ad errori (sciacchezza) del saldatore.

Crepe nella gola e crepe nella radice

Quando compaiono, richiedono, per essere evitati, cambiamenti nella tecnica di saldatura o cambio di materiali.

Crepa interlamellare

Questa discontinuità non è caratterizzata come difetto del saldatore. Si verifica quando il metallo di base, non sopportando le elevate tensioni generate dalla contrazione della saldatura, nella direzione dello spessore, si fessura sotto forma di gradini, posti su piani paralleli alla direzione di laminazione.

A titolo informativo, alcuni ingegneri specificano una prova di trazione "Z" per valutare la resistenza di questo materiale a questo tipo di fessurazione.

Crepe ai margini e crepe sotto il tallone

Queste sono crepe, come vedremo, dovute al cracking a freddo. Si verificano qualche tempo dopo l'esecuzione della saldatura e pertanto potrebbero non essere rilevati da un'ispezione eseguita immediatamente dopo l'operazione di saldatura. Normalmente si verificano mentre l'idrogeno è intrappolato nella saldatura.

Come esempio di fonti di idrogeno si possono citare: elevata umidità dell'aria, elettrodi bagnati, superfici sporche.

Questo idrogeno, combinato con una microstruttura fragile e un livello di stress residuo sufficientemente elevato, contribuisce alla comparsa di questo tipo di crepe.

Sottosquadro (Assomiglia a un morso)

Alto amperaggio (corrente), parte molto calda.

Condizioni ambientali e di protezione individuale

La saldatura non deve essere eseguita in presenza di pioggia e vento, a meno che il giunto da saldare non sia adeguatamente protetto.

L'arco elettrico emette radiazioni visibili e ultraviolette oltre a proiezioni e gas nocivi. Per questi motivi il saldatore deve essere adeguatamente protetto, utilizzando filtri, guanti, indumenti protettivi, vetri di sicurezza ed effettuare saldature in luoghi con adeguata ventilazione.

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