MIG e MAG

La saldatura MIG , acronimo di Metal-arc Inert Gas, o MAG, acronimo di Metal-arc Active Gas, l'unica differenza fra le due è il gas che viene usato per la protezione del bagno di saldatura, indicate entrambe nella terminologia AWS come GMAW, acronimo di Gas Metal Arc Welding , è un procedimento di saldatura sviluppato dopo la Seconda Guerra Mondiale che ha assunto un peso, in termini di prodotto saldato per anno, sempre in crescita. Uno dei principali motivi che hanno permesso questo sviluppo è stata la riduzione dei costi dei prodotti di elettronica, per cui sono state sviluppate macchine per saldatura semiautomatiche a costi accessibili anche per ditte di dimensioni medio-piccole.

Procedimento
Nel procedimento di saldatura MIG/MAG la protezione del bagno di saldatura è assicurata da un gas di copertura. Il fatto che sia un procedimento a filo continuo garantisce un'elevata produttività al procedimento stesso, e contemporaneamente la presenza di gas permette di operare senza scorie e quindi residui di produzioni; entrambe queste caratteristiche aumentano l'economicità del procedimento nei confronti di altri tipi di saldatura. D'altra parte una postazione per saldatura MIG/MAG è necessariamente composta dai seguenti componenti:
  • Torcia con duplice funzione: far scoccare l'arco fra il filo ed il pezzo e portare il gas di protezione sul bagno di saldatura;
  • Massa
  • Generatore di corrente d'arco;
  • Meccanismo di avanzamento e controllo del filo; 
  • Aspo avvolgifilo; 
  • Bombola del gas di protezione.

La presenza di tutti questi componenti, naturalmente, aumenta notevolmente il prezzo di una macchina per saldatura MIG/MAG nei confronti di una macchina per saldatura a elettrodo (che, praticamente, è poco più di un generatore di tensione con caratteristica cadente).

Il filo continuo supporta densità di corrente più elevate rispetto a quelle degli elettrodi rivestiti, è possibile ottenere penetrazioni maggiori, cioè riempimento del giunto con un numero minore di passate.
La saldatura MIG/MAG, come tutti i procedimenti a filo continuo, è un procedimento derivato dall'arco sommerso, ma rispetto a quest'ultimo, ha il vantaggio che l'operatore può tenere l'arco sotto osservazione diretta, quindi può controllare l'esecuzione della saldatura come nei procedimenti a elettrodo, altri vantaggi nei confronti dell'arco sommerso sono la mancata formazione di scoria e la possibilità di saldare anche in posizioni non piane.

Il trasferimento dal filo al bagno può avvenire tramite tre procedimenti:
Corto circuito: se la corrente che percorre il filo non è abbastanza per portarlo alla temperatura di fusione, quando il filo tocca il bagno si crea il cortocircuito, aumentando la temperatura e generando quindi la fusione. La frequenza con cui avvengono i cortocircuiti è tra i 20 ed i 200 per secondo. Si creano una serie di bagni liquidi, che visto la bassa temperatura si fondono velocemente. Questo tipo di saldatura si presta a saldature su piccoli spessori, risultando ottima anche per posizioni di saldatura verticale o sopratesta.
A gocce: questo metodo prevede che il filo si fonda in gocce e per effetto della forza di gravità, sopra il bagno; visto che si utilizza la gravità, questo metodo può essere usato solo in piano. Per utilizzare questo metodo si deve avere un arco abbastanza lungo per evitare che la goccia cadendo nel bagno provochi corto circuiti, disintegrandosi e provocando delle ricadute di materiale adiacente ai lembi.
A spruzzo: con correnti più alte di quella a gocce, il filo fonde creando una pioggia di gocce, circa 300 gocce per secondo. Il trasferimento avviene con un arco molto stabile, privo di spatter; la corrente che permette che si crei questo tipo di trasferimento prende il nome caratteristico di correnti di transizione a spruzzo. L'intensità con la quale si distaccano le gocce è maggiore di quella di gravità, il che permette, con molta difficoltà, di poter usare questo tipo di tecnica anche in posizioni non prettamente orizzontali. Perché si verifichi questo tipo di trasferimento, è necessario ricorrere a grandi correnti, per questo si evita di usarla su spessori sottili. Per ovviare al problema della corrente elettrica, sono state costruite macchine ad energia elettrica pulsata:
    • La macchina genera per una certa percentuale, circa il 70%, del periodo una corrente inferiore alla corrente di transizione a spruzzo;
    • Il filo si scalda ma non produce gocce, ma viene comunque mantenuto l'arco che scalda il bagno di saldatura;
    • La corrente viene innalzata ad un valore superiore a quello della corrente di transizione, trasferendo per qualche millesimo di secondo il filo nel bagno in modalità a spruzzo.
Questo tipo di saldatura si può applicare quando è richiesta un'alta produttività e flessibilità d'impiego. Si può saldare sia acciai austenitici che ferrici, leghe e metalli leggeri come alluminio e manganese, leghe di rame, nickel e titanio.
L'impiego di questa strumentazione è pressoché utilizzato solo in officina, visto che il gas potrebbe essere soggetto ad azioni ventose all'aperto, riducendo di fatto le prestazioni di questo tipo di saldatura. Se richiesta può essere realizzata anche in cantiere, ma nel caso è suggerita la costruzione di una struttura di protezione.
La torcia è lo strumento che si utilizza per la saldatura MIG/MAG. Le parti che la compongono sono:
  1. Impugnatura 
  2. Isolante (in bianco) e inserto filettato per la guida del filo (in giallo);
  3. Ugello per il gas di protezione;
  4. Pattino di contatto fra alimentazione elettrica e filo (guida- filo);
  5. Bocchella di alimentazione del gas di protezione

La torcia ha bisogno di essere raffreddata, questo può avvenire con il contatto dell'aria, oppure inserendo un circuito di raffreddazione a liquido.

I gas di protezione
Il gas di protezione ha la funzione di impedire il contatto del bagno di fusione con l'atmosfera, per evitare l'eventuale ossidazione, viene quindi portato sul bagno di fusione direttamente dalla torcia. Inizialmente il procedimento prevedeva solo l'uso di argon, MIG, che essendo un gas inerte non dava problemi garantendo un'atmosfera locale priva di ossigeno. Veniva usato solo per la saldatura di acciai inossidabili austenitici, dato il costo elevato del gas di protezione. Successivamente si vide che l'aggiunta di un gas ossidante (inizialmente si utilizzò l'ossigeno e, successivamente, l'anidride carbonica) non solo permetteva una protezione analoga, ma aveva effetti favorevoli sul trasferimento di metallo dal filo al bagno di fusione, quindi si diffuse la tecnica MAG, che utilizza un gas attivo per la protezione ed il procedimento fu esteso anche alla saldatura di acciai al carbonio.
I gas di protezione inerti più utilizzati sono l'argon e l'elio, entrambi sono gas monoatomici inerti, ma, mentre l'argon è più pesante dell'aria, quindi stagna sul bagno di fusione, garantendo una maggiore protezione, l'elio è più leggero dell'aria, quindi fornisce una protezione minore, tuttavia, avendo una conduttività termica circa 10 volte quella dell'argon, permette una penetrazione della saldatura maggiore. Per questo motivo l'utilizzo dell'elio è limitato a giunti di elevato spessore o a materiali aventi elevata conducibilità termica.
I gas attivi sono generalmente miscele di argon e anidride carbonica che, in casi estremi, sostituisce l'argon, anche se raramente viene usata in percentuale superiore al 25%. La presenza di CO2 aumenta la stabilità di posizionamento dell'arco su materiali ferromagnetici (acciai al carbonio o bassolegati). Inoltre la presenza di gas attivo permette una maggiore penetrazione del giunto. D'altra parte la presenza di anidride carbonica provoca un aumento della corrente necessaria per avere un trasferimento di metallo a spruzzo fra il filo ed il bagno, aumenta gli schizzi diminuendo la stabilità elettrica dell'arco. Quindi per poter usare gas attivi con trasferimento a spruzzo, generalmente si utilizza una corrente pulsata, cioè una corrente che presenta picchi di intensità di durata e frequenza prestabilite, per avere un'immissione di energia continua.

Problematiche e difetti
In questa tecnologia non sono riscontrabili molte cricche a freddo, sopratutto se si usano dei gas deumidificanti con un punto di rugiada inferiore ai -40 °C, che evitano l'introduzione di idrogeno nel bagno. Mentre è soggetta a problemi relative a cricche a caldo, poiché si usa con un importante apporto termico. Per evitare delle cricche viene

18richiesta un'ottima pulizia dei lembi con materiali base privi di inquinanti. Si possono anche riscontrare problemi relativi a difetti geometrici, come la penetrazione eccessiva o intagli marginali, comunemente chiamati undercut, entrambi legati all'apporto termico elevato necessario per questo tipo di saldatura. Se la portata del gas è troppo bassa è facile la formazione di porosità.
Il costo attuale di una macchina professionale MIG/MAG nuova è di 10'000 EUR. Una saldatrice MIG può essere acquistata a meno di 200 euro, 30-90 ampere, con alimentazione monofase, portatili delle dimensioni di un forno microonde, o dai 1500 euro, trifase professionali, 200-250 ampere, integrate su carrello mobile.



Saldature metalliche