Saldatura Ossiacetilenica

La saldatura ossiacetilenica, OFW acronimo di OxiFuel gas Welding, è un procedimento di saldatura in cui l'energia viene fornita dalla combustione di acetilene in ambiente fortemente ossidante. Questo procedimento, non richiedendo energia elettrica, è stato fra i primi ad essere studiati per la saldatura nel 1895 e fu utilizzato fin dagli inizi del XX secolo. Nella saldatura ossiacetilenica è quasi sempre richiesto che sia fornito materiale d'apporto che fonde sotto la fiamma. Date le sue caratteristiche non tutti i materiali sono saldabili con questa tecnologia. Oltre che in saldatura la fiamma ossiacetilenica viene spesso usata anche in brasatura, mentre la torcia ossiacetilenica può essere adattata all'ossitaglio.
L'energia necessaria per produrre il fenomeno viene data dalla combustione di due gas:
L'acetilene C2H2 messo in un contenitore ermetico, è un gas combustibile senza colore e senza sapore, ma con un odore molto caratteristico. E' molto infiammabile se mescolato con l'aria o con l'ossigeno. In presenza di rame, argento, leghe di rame contenenti più del 70% di questo metallo, o di mercurio, si può formare un prodotto esplosivo.
L'ossigeno O2 presente sia nella bombola che libero nell'aria. E' un gas comburente incolore, inodore e insapore.
I due gas combinati nel cannello in maniera ottimale, producono la così detta fiamma neutra che si può dividere in 3 diverse zone:

  • Nel dardo, zona immediatamente adiacente all'uscita dal cannello, dove la temperatura arriva ai massimi livelli, la fiamma è di colore bianco, avviene la reazione:

C2 H2+O2=2CO+H2+444kJ 

  • Zona riduttrice, dove la fiamma è di colore bluastro, i gas prodotti nel dardo vengono a contatto con l'ossigeno presente nell'aria, producendo ulteriore calore. E' la zona dove si salda. Avvengono due reazioni: 

2CO+O2=2CO2+573kJ

H2+1/2O2=H2O+243kJ



  • Pennacchio o fiocco, la zona più esterna della fiamma costituito da prodotti della combustione, azoto e ossigeno atmosferico in eccesso a quello richiesto per le reazioni nella zona riduttrice. Il pennacchio è più 
    luminoso della zona riduttrice, finché i gas restano a temperatura sufficientemente elevata. E' costituito dai prodotti finali della combustione, a temperatura più bassa.

La fiamma che si ottiene è tra le più alte che si possono produrre con la combustione di due gas, arriva fino a 3120 °C, inoltre producendo CO e H2 ha caratteristiche riducenti, proteggendo essa stessa il metallo dall'ossidazione. L’acetilene è il più utilizzato fra i gas in quanto possiede le seguenti caratteristiche:

  • Alta temperatura di fiamma;

  • Elevato contenuto termico;

  • Bassa reattività della fiamma con il metallo base e d’apporto;

  • Facilità di regolazione della fiamma.
Procedimento
La saldatura autogena con cannello ossiacetilenico può avvenire principalmente attraverso due processi: 

  • senza metallo d’apporto, nel caso di spessori sottili;

  • con metallo d’apporto, utilizzando bacchette o fili di composizione simile al metallo base che viene fuso, nella zona di azione della fiamma, per costituire il cordone di saldatura.


Data la scarsa penetrazione di questa procedimento, i lembi del metallo base vengono preparati con cianfrinature appena lo spessore dei pezzi da saldare supera i 3 – 4 mm. È buona norma pulire le superfici dei lembi per eliminare tracce di ossido, olio o grasso. È opportuno usare paste o polveri disossidanti che reagendo con l’ossido del metallo base, lo trasformano in prodotto fusibile alla temperatura di saldatura, facendolo galleggiare sul bagno di metallo fuso.
Questo procedimento può essere utilizzato per molti materiali metallici con esclusione di leghe refrattarie (ad alta temperatura di fusione) e leghe reattive (che formano facilmente ossidi e altri composti). Solitamente il procedimento viene usato per gli acciai dolci (a basso tenore di carbonio).
Il saldatore, nel corso delle operazioni di saldatura deve regolare la fiamma in modo tale che resti sempre neutra o riducente. Ovviamente saldare in eccesso di ossigeno porta a difetti di saldatura come inclusioni di ossidi o incollature.
La saldatura ossiacetilenica è stato il primo processo di saldatura a diffondersi, poi lentamente sostituito dalla saldatura ad arco. Questo tipo di saldatura è attualmente usato per officine che realizzano imburraggio o ossitaglio. Tuttavia visto che la maggior parte degli altri metodi si basano sull'uso delle corrente elettrica, questo tipo di saldatura rimane ancora utilizzato dove non sono presenti collegamenti elettrici; in commercio è molto diffusa la produzione di piccole bombole di acetilene, da tenersi anche in una mano per piccoli lavori anche a temperature non elevate.

I materiali che possono essere saldati con questo tipo di procedimento sono: 

  • Acciai al carbonio o basso-legati;

  • Ghise malleabili; 

  • Acciai inossidabili al Cr-Ni e acciai al Cr;

  • Alluminio e relative leghe, tuttavia è richiesto un disossidante; 

  • Rame, per cui sono richieste particolari precauzioni per il raffreddamento.


Può essere usato lo stesso procedimento per l'ossitaglio, dotando il cannello di uno speciale strumento è possibile impiegare la fiamma di ossicombustibile con quella di un getto d'ossigeno, riuscendo ad avere alte temperature su aree ristrette, tagliando di fatto un elemento di metallo. Si prestano a questo tipo di applicazioni gli acciai deboli o non legati. Questo tipo di impiego è utilizzato spesso su impianti robotizzati ottenendo dei tagli di qualità. Manualmente è impiagato sia per la manutenzione che per la demolizione; è utilizzato anche in siderurgia per il taglio delle bramme nella colata continua.

Si usa il termine posto ossiacetilenico un'insieme di: 

  • Bombole di gas, solitamente l'ossigeno in una di colore bianco ed l'acetilene in una di colore arancione; i gas si trovano ad compressione di circa 200 atmosfere;

  • Riduttori di pressione, con lo scopo di ridurre e stabilizzare la pressione; 

  • Accessori, quali:

    • valvole di sicurezza, per evitare il ritorno di fiamma e di gas verso le bombole;

    • tubi di gomma;

    • raccordi rapidi di connessione; 

    • anelli stringitubo;

    • ecc...
  • Cannello;



Il cannello ossiacetilenico

L'acetilene viene portato a contatto con l'ossigeno, per generare la fiamma, tramite il cannello, che miscela i due gas nelle quantità opportune per avere una fiamma con le caratteristiche richieste, genericamente alta temperatura ed ambiente riducente. La potenza del cannello è definita come la portata di acetilene (l/h) che può essere erogata dal cannello stesso. I cannelli possono variare la potenza o per cambiamento della testa o con un eiettore variabile e cambiando solo l'estremità. La regolazione che permette il crearsi della fiamma neutra è di 52% di acetilene e 48% di ossigeno.
I cannelli possono essere a bassa pressione, cioè con la pressione di ossigeno più alta di quella dell'acetilene, in questo caso l'ossigeno viene accelerato in un eiettore e successivamente miscelato all'acetilene, che si trova a pressione atmosferica. In questo modo si ha una miscela superiore al teorico con conseguente maggiore consumo di ossigeno. Nei cannelli ad alta pressione ossigeno ed acetilene sono alla stessa pressione, quindi non è necessario l'eiettore per la miscelazione che avviene fra gas alla stessa pressione. Lo svantaggio naturalmente presente con questi cannelli è la necessità di tenere l'acetilene ad una pressione relativamente elevata: il cannello deve sempre essere regolato in maniera che la velocità di miscela dei due gas deve essere sempre superiore alla velocità di propagazione della fiamma, per evitare delle accensioni nella parte interna del cannello.


Problematiche e difetti
Difetti possono essere generati dalla miscelazione dei due elementi:
  • Un eccesso di acetilene nella miscela provoca una fiamma carburante che presenta un dardo allungato e un fiocco color giallo; tali condizioni possono provocare formazione di carburi nel giunto saldato. I carburi metallici sono sempre molto duri e quindi fragili, pertanto sono indesiderati. Questo tipo di fiamma si può usare per la saldatura di ghisa o di acciaio al alto tenore di carbonio.
  • Un eccesso di ossigeno nella miscela provoca una fiamma ossidante che presenta un dardo molto piccolo e un fiocco color azzurro, con temperature di fiamma maggiori; tali condizioni possono bruciare il metallo, cioè possono portare alla formazione di ossidi diffusi anche all’interno del metallo.


I difetti tipici di questo procedimento possono essere mancanze di penetrazione o incollature, dovuti ad un uso del cannello con un apporto termico insufficiente a portare il materiale a completa fusione sul fondo (mancanza di penetrazione) o sui lati, con formazione di ossidi del cordone di saldatura (incollatura). Mentre le mancanze di penetrazione sono facilmente rilevabili con un esame visivo, le incollature possono essere evidenziate solo con controlli volumetrici. Più raramente è possibile trovare inclusioni di ossidi o addirittura denaturazione del metallo, cioè un'alterazione chimica del metallo base ad opera della fiamma, dovute principalmente ad una regolazione di fiamma che la porta ad essere una fiamma ossidante.
Difetti di esecuzione, comuni anche ad altre tipologie di saldatura, sono i profili del cordone errati, questi difetti in genere provengono da un'errata velocità di saldatura. L'eccesso di sovraspessore viene da un movimento in avanti del cannello troppo lento, mentre la mancanza di spessore viene generalmente da un movimento eccessivamente rapido. Le incisioni marginali possono venire anche da un'errata posizione del cannello (solco su un solo lato) o da un'eccessiva potenza del cannello (solchi su entrambi i lati).



Saldature metalliche