Controllo della saldatura


Le implicazioni di sicurezza collegate all'uso della saldatura, soprattutto nel campo dell'ingegneria civile, hanno imposto criteri sulla garanzia dell'affidabilità delle saldature. Difatti la saldatura rappresenta la più grande incognita nell'assemblaggio di strutture in acciaio. Per questo motivo si considerano dei coefficienti di sicurezza per ovviare alle carenza di proprietà dovuta alla saldatura; ad esempio si ovvia spesso ai difetti strutturali creati da un giunto, implementando, ove possibile, la lunghezza del cordone. Questo controllo avviene su due fasi distinte:
  • Controllo del personale e del procedimento (controllo preventivo)
  • Controllo del giunto saldato (controllo di produzione)

Controllo e qualifica dei procedimenti di saldatura
Il procedimenti di saldatura certificati, dovranno essere effettuati solo da personale qualificato e utilizzando procedimenti preposti. Le norme di qualifica dei procedimenti variano a seconda del campo di applicazione ed a seconda del materiale che viene sottoposto a saldatura. Le normative che qualificano la saldatura sono:
  • UNI EN ISO EN 15614-1 per la qualifica dei procedimenti; 
  • UNI EN 287/1 e UNI EN 1418 per la qualifica dei saldatori; 
  • ASME Sect. IX. per gli Stati Uniti d'America;

In genere per qualificare un procedimento devono essere eseguiti dei talloni, che vengono controllati con metodi non distruttivi e da cui sono ricavati provini per prove distruttive, come ad esempio:
  •  Trazione 
  • Pieghe al dritto
  • Pieghe al rovescio
  • Resilienza
  • Durezza

Controllo dei giunti saldati dopo produzione
Il giunto saldato, dopo l'esecuzione, viene sottoposto a controlli non distruttivi, come radiografia, ultrasuoni, liquidi penetranti, ecc... più o meno estesi, a seconda dell'affidabilità richiesta al giunto. Inoltre per un numero prefissato di metri di saldatura o di giunti (in dipendenza dal campo di applicazione) vengono prodotti altri talloni che saranno sottoposti a prove distruttive. Generalmente quelle più significative.
Su un generica sezione di un giunto saldato, si possono notare diverse zone:
  • Il metallo base, la parte di metallo dei lembi che non risente della saldatura, ne dei cicli termici derivanti da questa. Sulle saldature che non hanno bisogno di troppo calore, la zona del metallo base, sarà ampissima.
  • La zona di influenza termicamente alterata in cui il materiale base ha subito un'elevazione della temperatura da determinare delle modifiche livello microstrutturale. Si possono verificare delle variazioni delle dimensioni del grano o si possono formare nuove strutture; 
  • La zona fusa dove si può distinguere una zona di penetrazione, cioè dove l'alta temperatura ha permesso la fusione di parte del materiale base; nel caso la saldatura prevede del materiale d'apporto questo si presenta in questa zona.

Classificazione dei difetti alla vista
  • A carattere allungato: 
    • Cricche
    • Incollatura 
    • Mancanza di penetrazione al vertice;
    • Mancanza di penetrazione al cuore; 
    • Inclusioni di scoria o ossido allungate: 
    • Tarli;
  • A carattere tondeggiante o poligonale o di forma qualsiasi: 
    • Inclusioni di scoria o ossido o cavità di forma qualsiasi; 
    • Soffiatura; 
    • Inclusioni di wolframio o di altri metalli pesanti;
  • Difetti a grappolo o diffusi:
    • Pori e porosita;
    • Nidi di tarli;
    • Spruzzi di tungsteno;
  • Difetti di profilo: 
    • incisioni marginali;
    • incisioni al vertice Slivellamenti; 
    • Eccessi di penetrazione; 
    • Insellamenti o concavità; 
    • Solchi trasversali alla ripresa; 
    • Cattivi raccordi tra le passate e maglie irregolari;

Classificazione dei difetti: cause e rimedi
  • Difetti dimensionali si verificano quando il cordone di saldatura presenta una concavità eccessiva che può innescare una rottura di tipo fragile;
  • Inadeguata penetrazione: se nella saldatura con metallo d'apporto non si ha un riempimento completo;
  • Incollaggi si verificano quando l'eccessiva presenza di ossidi non garantisce più le caratteristiche meccaniche; 
  • Incisioni marginali si verificano quando il calore del metallo fuso si espande creando dei vuoti che non sono riempiti dal metallo di saldatura; 
  • Bruciatura è una zona di cordone di radice dove l'eccesso di penetrazione ha causato la caduta del bagno di saldatura. 
  • Fusione incompleta: se non si riesce ad avere un buon legamento tra i lembi, o con il materiale d'apporto:
    • Cause
      • Insufficiente apporto termico; 
      • Errato posizionamento della torcia; 
      • Lembi da saldare sporchi; 
      • Eccessiva presenza di ossido sui lembi;
    • Rimedi: 
      • Preriscaldamento prima della saldatura; 
      • Pulizia della superifice; 
      • Scelta di un profilo del giunto idoneo; 
      • Elettrodo giusto;
  • Inclusioni gassose: se si ha la presenza di vuoti o di gas all'interno del bagno di saldatura; si possono trovare sotto forma di pori, di tarli o di soffiature; 
    • Cause:
      • Gas prodotti da azioni chimiche inaspettate nel bagno di fusione;
      • Gas prodotti per la presenza di sporco;
      • Gas di risulta dal filler;
      • Prodotti dal gas di schermatura;
    • Rimedi
      • Scelta di filler ed elettrodi sicuri;
      • Preriscaldamento; 
      • Pulitura dopo ogni passata; 
      • Ridurre la velocità di passata;
  • Inclusioni solide:si verifica quando rimane del materiale esterno alla fusione imprigionato nel bagno di saldatura; possono fermarsi frammenti di tungsteno o di scorie, a seconda del tipo di saldatura:
    • Cause:si verificano quando ci sono passaggi multipli, tuttavia è possibile anche nella passata singola se la velocità non è elevata; nelle tecnologie che prevedono un uso manuale, si possono verificare delle inclusioni dovute al semplice fatto che l'elettrodo viene inserito eccessivamente nel bagno, proibendo alla scoria di emergere e galleggiare, rimanendo immersa nel bagno.
    • Rimedi:si può rimediare preventivamente a questo tipo di difetti con una severa pulita dopo ogni passaggio o usando dei gas schermanti.
  • Cricche: sono lesioni che nascono a causa di brusche variazioni termiche; difatti la saldatura avviene, per la maggior parte dei casi, per una produzione di calore che portato a sciogliere i metalli che raffreddandosi si restringono contraendosi e producendo quindi tensioni interne. Si generano delle autotensioni che superando la resistenza del materiale si innescano le cricche. Le possiamo classificare a seconda della forma che prendono: 
    •  Longitudinali
    • Trasversali
    • Di piede 
    • Sottocordone
    • Di cratere

Si possono classificare in due famiglie:
  • Cricche a caldo: si verificano nella zona fusa quando il metallo saldato si raffredda:
    • Cause: sono dovute alla presenza si impurità bassofondenti nel bagno di saldatura, che si accumulano nelle zone dove il metallo si raffredda più lentamente, rimanendo fuse quando il resto del materiale è già solidificato. Quando anch'esse si raffreddano subiranno un ritiro generando delle cavità, comunemente dette cricche di cratere. Si ottengono di solito da un materiale base ad alto tenore di carbonio.
    •  Rimedi
      • Pulendo attentamente i lembi durante la cianfrinatura si evita la contaminazione del bagno; 
      • Se si procede con un raffreddamento rapido del giunto non si da il tempo alle impurezze di accumularsi;
      • Usare materiali con un tempo di solidificazione molto rapido;
  • Cricche a freddo: si generano quando il giunto è completamente raffreddato, difatti si eseguono controlli per trovare questo difetto solo 16 ore dopo l'esecuzione. A differenza di quella a caldo, questo tipo di saldatura si estende anche sul materiale base. 
    • Cause: si genera nella zona intermedia tra il bagno e la matrice; avviene quando la presenza di idrogeno in zone di tempre e sono presenti tensioni residue. Si verifica più di frequente con matrici ferritica o martesintica, o con le saldature a stagno, mentre ne sono esenti acciai austenitici.
    • Rimedi: 
      • Usare materiali ben essicati; 
      • Preriscaldare i lembi per eliminare l'umidità e diminuire le tensioni; 
      • Ridurre la velocità di raffreddamento;

Analisi ed esami delle saldature
Per poter analizzare e riconoscere i difetti di una saldatura, si può far ricorso a delle analisi non distruttive: 
  • Esame visivo: si esegue un'analisi ad occhio nudo, usando lenti di ingrandimento, o più tecnologici endoscopi con ingrandimento. Questo esame serve per determinare i difetti macroscopici superficiali; tuttavia è il primo esame che si compie e permette di stabilire quali analisi debbono essere fatte successivamente.
  • Liquidi penetranti: la capacità dei liquidi di penetrare per capillarità all'interno dei difetti superficiali, come cricche e cavità, permette di accedere alle cavità anche sottilissimi eventualmente presenti. E' un metodo efficiente ed economico, che evidenza i problemi di cricche, porosità e ripiegature. Questo tipo di analisi si può dividere in diverse fasi:
    1. Applicazione del liquidi penetrante; 
    2. La parte eccedente del penetrante viene rimossa con un lavaggio di acqua fredda; questa non è in grado di rimuovere il liquido penetrante dai pori, visto che questo ha una più elevata tensione superficiale e bagnabilità; 
    3. Viene steso sopra il bagno uno strato di polvere bianca, chiamata rilevatore, che assorbe l'eventuale liquido contenuto dai pori colorandosi di rosso o con macchie fluorescenti;
  • Magnetoscopia: viene usato il ferromagnetismo, cioè la capacità di concentrare il campo magnetico per evidenziare nei pressi dei difetti anomalie nelle linee dello stesso campo; per evidenziare la presenza del difetto è sufficiente gettare della polvere di ferro. Per generare il campo si usa un elettromagnete, oppure della corrente, abilmente applicata tramite due elettrodi. Risulta un buon metodo per scoprire i difetti superficiali, mentre per quelli interni non risulta essere adatta.
  • Radiografia: i raggi X passano attraverso l'oggetto da esaminare, assorbiti in funzione dello spessore e della densità della materia attraversata. I raggi X che passano vengono impressi su una lastra fotografica posta dietro il giunto da esaminare. Sviluppando la fotografia si notano i difetti: la lastra sarà più annerita in funzione delle radiazioni assorbite. Viene usato questo metodo soprattutto per saldature a completa penetrazione.
  • Ultrasuoni: il metodo utilizzato è quello per riflessioneanche detto ad eco impulsi, basato sul principio della tecnologia radar: una sonda basata sul giunto invia un fascio di onde ultrasoniche che vengono riflesse quando incontrano un'ostacolo, cioè un difetto, ritornando alla stazione di partenza. Il tempo impiegato ci dice la profondità del difetto. Questa tecnologia è quella attualmente in rapida diffusione, difatti ci permette di capire immediatamente i difetti e la loro profondità, è di facile applicazione e può essere eseguita in qualsiasi posizione.


Saldature metalliche