introduzione
La saldatura con elettroscoria non è un processo ad arco, poiché l'arco viene utilizzato solo per avviare il processo di saldatura. ESW è l'acronimo di Electro Slag Welding.
Nella saldatura a elettroscoria, una scoria fusa (temperatura di circa 1700°C) fonde il metallo d'apporto e il metallo di base. Il bagno di scorie formatosi si sovrappone alla vasca fusa, proteggendola durante la saldatura.
Il processo inizia aprendo l'arco elettrico tra l'elettrodo e un'appendice posta alla base dell'articolazione. Il flusso granuloso viene aggiunto e sciolto dal calore dell'arco. Quando si forma uno strato di scorie, tutta l'azione dell'arco cessa e la corrente di saldatura passa dall'elettrodo al metallo di base attraverso le scorie tramite un condotto elettrico.
Come funziona il processo ESW
La resistenza della scoria fusa al passaggio della corrente di saldatura è sufficiente a generare il calore necessario alla saldatura (effetto joule), sufficiente a fondere l'elettrodo e le facce smussate. L'elettrodo fuso (e il tubo guida, se utilizzato) e il metallo base fuso formano la saldatura sotto il bagno di scorie fuse. La figura seguente mostra schematicamente questo processo.
Attrezzatura per saldatura
L'attrezzatura utilizzata nella saldatura a elettroscoria è composta dai seguenti componenti:- Fonte di potere.
- Alimentatore e oscillatore Arame
- Tubo guida ed elettrodo
- Displacer (nel caso la guida non sia consumabile)
- Pattino di fissaggio (pattino di montaggio)
- Sistema di controllo.
- Cavi e collegamento elettrico
- Isolanti
I generatori per il processo di saldatura a elettroscoria sono del tipo a trasformatore/raddrizzatore a tensione costante, che funzionano nell'intervallo da 450 a 1000 A. Sono simili a quelli utilizzati nel processo di saldatura ad arco sommerso. La tensione minima a circuito aperto della fonte di alimentazione deve essere 60 V. È necessaria una fonte di alimentazione separata per ciascun elettrodo.
La figura seguente mostra schematicamente una tipica installazione di saldatura a scorie elettromagnetiche.
La corrente di saldatura e la velocità di avanzamento dell'elettrodo possono essere trattate come una singola variabile perché una varia a seconda dell'altra. Se si aumenta la velocità di avanzamento dell'elettrodo, vengono aumentati anche la corrente di saldatura e la velocità di deposizione. All'aumentare della corrente di saldatura, aumenta anche la profondità del bagno di saldatura.
La tensione di saldatura è un'altra variabile che deve essere presa in considerazione. Lo stress ha un effetto importante sulla profondità di fusione nel metallo di base e anche sulla stabilità operativa del processo.
L'aumento della sollecitazione aumenta la profondità di fusione e la larghezza del bagno di saldatura e aumenta anche il fattore di forma (rapporto larghezza/profondità) e, di conseguenza, la possibilità di fessurazione è inferiore.
Se la tensione è bassa, può verificarsi un cortocircuito tra l'elettrodo e il bagno di saldatura. Se la tensione è troppo alta, possono formarsi schizzi di saldatura o archi sopra le scorie fuse.
Tipi e funzioni dei materiali di consumo: elettrodi e flussi
Il materiale di riempimento deve avere una composizione chimica simile al materiale di base; eventualmente si possono utilizzare materiali di addizione con caratteristiche differenti, ma è preferibile che le composizioni chimiche siano compatibili, perché qualora fosse necessario un trattamento termico, sarà garantita l'adeguatezza tra questo, il materiale di base ed il materiale colato.I materiali di consumo utilizzati nella saldatura elettroscoria sono il filo pieno, accompagnato da flusso, e il filo tubolare, quando vengono aggiunti elementi di lega.
Anche la composizione del flusso è importante, in quanto determina il buon funzionamento del processo. I flussi possono essere costituiti da vari materiali come ossidi complessi di silicio, manganese, titanio, calcio, magnesio e alluminio. Le caratteristiche speciali desiderate per la saldatura si ottengono modificando o variando la composizione del flusso.
Le normali funzioni dei flussi sono:
- Conduzione della corrente di saldatura.
- Fornire calore per fondere l'elettrodo e il metallo di base.
- Consente un funzionamento stabile.
- Protezione del metallo fuso dall'atmosfera.
Caratteristiche e usi
Il processo di saldatura a elettroscoria ha un'applicazione limitata, viene utilizzato per realizzare saldature verticali in spessori medi di acciai al carbonio, bassolegati, ad alta resistenza, a medio carbonio e alcuni acciai inossidabili. Il processo si applica al meglio per spessori superiori a 200 mm, per spessori massimi non ci sono praticamente limitazioni. Sebbene l'abilità manuale non sia richiesta, la conoscenza della tecnica è necessaria per far funzionare l'attrezzatura.Il processo di saldatura a elettroscoria ha molte applicazioni, principalmente a causa degli elevati tassi di deposito, che rendono il processo economicamente sostenibile. Tra i vantaggi dell'utilizzo del processo elettroslag possiamo citare:
- L'alto tasso di deposito e la buona qualità della saldatura rispetto ai test non distruttivi rendono questo processo desiderabile per sezioni spesse che si trovano in numerose applicazioni industriali come macchinari pesanti, recipienti a pressione, navi e getti di grandi dimensioni.
- Richiede pochi aggiustamenti e preparazione del giunto (di solito giunti senza smusso).
- Salda materiali spessi in una passata, con una sola regolazione.
- È un processo meccanizzato con una movimentazione minima del materiale. Una volta avviato, il processo continua fino al completamento.
- Richiede un tempo di saldatura minimo e ha una distorsione minima.
- Non c'è arco di saldatura visibile e nessun lampo d'arco.
La fragilità della saldatura così ottenuta necessita, per essere corretta, di un trattamento termico post saldatura – normalizzazione. Naturalmente, questa è una generalizzazione perché l'ingegnere deve valutare questa esigenza dopo aver testato e qualificato la procedura di saldatura.
Discontinuità indotte dal processo
Le saldature realizzate con il processo di saldatura a elettroscoria in condizioni di esercizio adeguate sono di alta qualità e prive di discontinuità. Tuttavia, potrebbero verificarsi delle discontinuità se non viene seguita una corretta procedura di saldatura.L'ispettore della saldatura dovrebbe essere a conoscenza di alcune discontinuità che possono derivare da questo processo sono:
Mancanza di fusione
Le saldature a piastra spessa, in cui il calore è distribuito dall'oscillazione dell'elettrodo, possono mancare di fusione al centro o vicino alle scarpe.L'effetto di raffreddamento delle scarpe può impedire che il metallo di base si sciolga vicino alla superficie su cui poggia la scarpa.
L'indicazione risultante assomiglia a un morso.
Possono verificarsi anche all'inizio della saldatura con una temperatura inferiore a quella necessaria.
Inclusioni
Sono rari, ma possono succedere. Questo è il caso in cui i pezzi di filo vengono introdotti nella pozzanghera troppo rapidamente dall'unità trainafilo e non si sciolgono.Nella zona fusa sono state trovate anche bacchette e persino parti di apparecchiature di saldatura, come l'estremità della guida del tubo dell'elettrodo.
Inclusioni di scorie
Può verificarsi se la saldatura viene quasi interrotta e riavviata. Il processo di saldatura richiede una vasca di scorie riscaldata a circa 1700°C. Un riavvio improprio della saldatura potrebbe non fondere perfettamente il metallo, causando scorie di saldatura.Sovrapposizione
Può verificarsi se le scarpe non sono ben adattate alle piastre, consentendo la fuoriuscita di materiale fuso.Porosità
Quando si verifica, è grossolano e simile a un verme e può essere causato da un pezzo di amianto bagnato utilizzato come guarnizione tra il pattino di fissaggio e la parte da saldare, flusso contaminato o bagnato, elettrodo, tubo guida o materiale per iniziare saldatura a umido.Crepe speciali
Non è stato osservato nella saldatura elettroscoria dei giunti di testa perché le sollecitazioni non vengono registrate nella direzione dello spessore delle piastre metalliche di base.Crepe
Le cricche da freddo non si trovano nella saldatura elettroslag. Ciò è dovuto al lento processo di riscaldamento e raffreddamento del giunto inerente al processo. Le cricche a caldo sono comuni nella saldatura elettroscoria, soprattutto nel caso di saldature con un elevato grado di restrizione, a causa della granulazione grossolana del giunto saldato. Queste crepe si propagano lungo i bordi del grano.Laminazioni
Non costituiscono grossi inconvenienti per la saldatura a elettroscoria. La scoria fusa estrae eventuali inclusioni esistenti nella doppia laminazione e sigilla la doppia laminazione lungo la saldatura. Allo stesso modo, i trucioli e le curve vengono assorbiti dalla saldatura con elettroscoria.Informazioni sulla Saldatura
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