SALDATURA

SALDATURA (XXX, p. 497)

Sistemi di saldatura. - La saldatura ossiacetilenica ed elettrica ad arco sono ancora i sistemi più diffusi, perché, mentre gli altri sistemi trovano conveniente applicazione solo in determinati casi, questi si possono applicare, per le loro caratteristiche, a quasi tutti i tipi di costruzione.

Nel campo della saldatura ossiacetilenica è da segnalare una sempre maggiore disciplina nella tecnica operatoria, una più idonea scelta dei metalli d'apporto e dei disossidanti per i metalli che li richiedono, con tendenza a disporli direttamente come rivestimento delle bacchette d'apporto, nonché una sempre maggiore tendenza, ove il lavoro lo consenta, alla semiautomatizzazione o automatizzazione.

Casi tipici di saldatura semiautomatica sono quelli in cui, pur essendo la saldatura eseguita a mano, si fissano i pezzi da saldare su montaggi coi quali si ottiene la esatta giustaposizione dei lembi e lo spostamento relativo delle linee di saldatura rispetto al cannello. Quando la forma dei pezzi e la disposizione dei cordoni lo permettono, macchine speciali evitano ogni intervento dell'operaio, salvo che per le manovre di avviamento ed arresto, come avviene per la saldatura dei tubi dove l'automaticità e la regolarità d'avanzamento unitamente all'impiego di cannelli multiflamme consentono di ottenere risultati perfetti ad elevata velocità.

Per la saldatura elettrica ad arco si sono avuti perfezionamenti sensibili nelle macchine saldatrici per rendere l'arco più stabile e facilmente regolabile secondo le esigenze del lavoro; notevoli progressi sono relativi al dosaggio dei costituenti nel rivestimento degli elettrodi in modo da ottenere ottime caratteristiche meccaniche del metallo apportato e caratteristiche d'impiego dell'elettrodo adeguate al tipo di corrente (alternata o continua) e alla posizione della saldatura.

Funzione elettrica in quanto i vapori che si sviluppano dalla sua fusione attivano la ionizzazione dell'atmosfera e permettono non solo all'arco di mantenersi con corrente alternata, ma, in ogni caso, ne aumentano la stabilità; funzione protettiva sia perché la sua combustione dà luogo ad un'atmosfera gassosa che circonda l'arco sottraendolo al contatto dell'atmosfera, sia perché, solidificando, dà luogo ad una scoria superficiale che protegge il metallo deposto durante il raffreddamento; funzione metallurgica in quanto si possono introdurre per suo nezzo nel metallo in fusione elementi speciali per compensare non solo la perdita di essi, che si verifica durante la fusione, ma atti ad elaborare un metallo d'apporto di elevate caratteristiche meccaniche e chimiche. Infine il rivestimento ha una funzione fisica in quanto il suo peso e la sua viscosità influiscono notevolmente sulla forma e l'aspetto dei cordoni e sulla possibilità di saldare in posizione difficile (verticale, sopratesta). Per questo i costituenti del rivestimento sono molteplici. Sostanze per variare la composizione del metallo d'apporto: ferro-manganese, ferro-silicio ed in genere tutte le ferroleghe e metalli in polvere; sostanze aventi azione stabilizzante per l'arco: carbonato di calcio, idrato di cerio, dolomite, feldspato potassico, ematite ed oligisto, pirolusite, rutilo, ilmenite, biossido di titanio, ecc.; sostanze fondenti: vetro, fluoruro di calcio, carbonato di manganese, silice, talco, mica, siderite, ecc.; sostanze scorificanti: cromite, amianto, silicato di zirconio, silicato di calcio, ecc.; sostanze organiche: farina di legno, farina di riso, cotone, cellulosa, ecc.; sali: cloruro di litio; cloruri alcalini in genere, borace, cromato di potassio, ecc.; ed infine fissativi come silicato di potassio o silicato di sodio.

La saldatura ad arco, per quanto rimanga un'operazione essenzialmente manuale, si presta, per la stretta interdipendenza della sorgente di calore e dell'apporto di metallo, più facilmente della saldatura ossiacetilenica ad essere automatizzata; sono stati realizzati parecchi tipi di macchine automatiche dotate di relais che regolano l'avanzamento dell'elettrodo in funzione della velocità di esecuzione e mantengono una lunghezza d'arco costante. L'impiego di tali macchine è specialmente adatto per costruzioni che comportano lunghi cordoni di saldatura (serbatoi, caldaie, grosse tubazioni). In alcuni casi, dove l'apporto di metallo non è necessario, si usano macchine con elettrodo di carbone.

In questi ultimi anni si è molto sviluppata negli S.U. la saldatura elettrica ad arco in atmosfera protettrice, nella quale l'arco, innescato fra un elettrodo di tungsteno e il pezzo da saldare è circondato da un'atmosfera di gas inerte (elio, argon) che protegge il metallo in fusione: il metallo di apporto, quando è il caso, si aggiunge a parte. Trova applicazione nella saldatura delle leghe leggere e degli acciai inossidabili: il costo dell'operazione è molto elevato.

La novità fondamentale nel campo della saldatura ad arco è costituita dalla saldatura ad arco immerso (secondo il sistema Unionmelt, Ellira); consiste nell'immergere l'estremità di un elettrodo metallico in uno strato di una speciale scoria granulare (melt) disposta fra i lembi da saldare.

Innescando l'arco, la scoria fonde e la resistenza, al passaggio di corrente da essa offerta, provoca un notevole aumento di temperatura in conseguenza del quale i lembi da saldare e l'elettrodo fondono e la saldatura viene così eseguita rapidamente sotto lo strato di scoria protettrice senza fiamma e scintillìo. Si realizza automaticamente mediante impianti, molto complessi, la cui parte essenziale consiste in teste di saldatura montate su carrelli automotori che si spostano lungo la linea da saldare a velocità uniforme: la testa contiene gli organi per la distribuzione ed il dosaggio del melt e per l'avanzamento dell'elettrodo che viene impiegato sotto forma di matasse (fig.1). Il sistema, che permette di ottenere saldature perfette ed elevatissima velocità di esecuzione anche su spessori notevoli, dopo essersi largamente diffuso negli Stati Uniti d'America, si sta attualmente diffondendo anche in Europa, specie nel campo della costruzione navale e della carpenteria pesante (fig. 2).

Grandissima applicazione ha avuto in questi ultimi anni la saldatura elettrica per resistenza, specie nelle costruzioni aeronautiche. La diversità degli impieghi ha portato alla costruzione di macchine di caratteristìche notevolmente diverse da piccole saldatrici a mano (fig. 3) a pesanti macchine da istallazioni fisse (fig. 4).

Saldabilità dei metalli e delle leghe. La saldabilità definisce l'attitudine dei metalli e delle leghe ad essere uniti mediante saldatura senza alterazioni notevoli nella zona interessata dal riscaldamento e ad ottenere un giunto saldato che offra tutte le proprietà chimiche, fisiche e meccaniche desiderate.

Nella vasta gamma dei metalli e delle leghe utilizzati nelle costruzioni ne esistono di più o meno saldabili e per uno stesso metallo o lega la saldabilità non è soltanto funzione delle sue qualità intrinseche ma anche del sistema operatorio e delle caratteristiche della costruzione cui è destinato. La saldabilità può quindi essere esaminata sotto tre diversi aspetti: a) metallurgica, che definisce l'attitudine di un metallo alla saldatura in relazione alle sue caratteristiche intrinseche (composizione, trattamenti termici); b) operatoria, che definisce l'attitudine del metallo alla saldatura con un determinato sistema o modo operatorio; c) costruttiva, che definisce l'attitudine di un metallo a dar luogo a determinate forme costruttive (tipo, dimensione, posizione dei giunti e dei pezzi).

Saldabilità degli acciai. - Acciai extra dolci e dolci. - La siderurgia ha messo a punto acciai di questo tipo sui quali è possibile ottenere, adottando metalli d'apporto di buona qualità, giunti di caratteristiche assolutamente paragonabili a quelli del metallo di base. Dal punto di vista metallurgico gli acciai, ottenuti col sistema Martin-Siemens, hanno caratteristiche di saldabilità più elevate di quelli ottenuti col processo Thomas perché contengono minori impurità, quali zolfo, fosforo ed azoto cui sono imputabili fenomeni di fragilità delle saldature. Dal punto di vista operatorio la saldatura di questi acciai non presenta difficoltà e limitazioni, prestandosi essi a essere facilmente saldati con qualsiasi sistema: altrettanto può dirsi, salvo casi particolari, dal punto di vista costruttivo.

Acciai semiduri. - Aumentando il tenore di carbonio la saldabilità degli acciai diminuisce rapidamente soprattutto perché l'ossidazione di questo elemento con conseguente formazione di ossido di carbonio dà luogo a un bagno turbolento: per la rapida solidificazione del cordone l'eliminazione dell'ossido di carbonio gassoso non può avvenire completamente e porta alla formazione di soffiature nell'interno dei giunti che assumono, anche esternamente, un aspetto spugnoso. Si può correggere la scarsa saldabilità di questi acciai aumentandone il contenuto di manganese e silicio, che ossidandosi impediscono la formazione di CO, però quando il tenore di carbonio supera certi limiti (0,35%) anche l'azione di questi elementi non ha più effetto efficace. Un tenore elevato di carbonio può dar luogo, per effetto del riscaldamento, anche a trasformazioni fisicochimiche (tempra) più o meno accentuate che alterano le caratteristiche meccaniche del metallo, nelle vicinanze del giunto e che solo con trattamenti di ricotture o normalizzazione possono essere eliminate.

Acciai speciali. - La moderna siderurgia ha messo a disposizione dei costruttori molti tipi di acciai speciali con elevata resistenza (50-65 kg/mm²) ed elevato limite elastico, il cui impiego permette di realizzare sensibili economie nel peso delle costruzioni. Alcuni tipi, di questi acciai sono saldabili e fra essi gli acciai al manganese (C = 0,20%; Mn = 1,2-1,5 %) e gli acciai al cromo (C = 0,15%; Cr = 0,20 − 0,40%), che dal punto di vista operatorio si prestano maggiormente alla saldatura elettrica ad arco che non alla saldatura ossiacetilenica. Anche alcuni tipi di acciai al cromo molibdeno, molto impiegati nelle costruzioni aeronautiche, e che già allo stato normalizzato offrono caratteristiche meccaniche elevate, suscettibili di essere ulteriormente aumentate mediante trattamento termico, si possono saldare senza dar luogo a inconvenienti quali cricche e fessurazioni nei giunti e nelle loro adiacenze; specialmente la saldatura elettrica ad arco con elettrodo metallico e quella ad idrogeno atomico hanno permesso di ottenere giunti di elevatissime caratteristiche su questi tipi di acciai.

Acciai inossidabili. - Presentano, nei confronti di alcuni agenti chimici, resistenza alla corrosione molto elevata. Per questa proprietà, che deriva dalla presenza di speciali elementi di addizione quali il nickel, il cromo, il molibdeno, il titanio, il loro impiego nelle costruzioni si è enormemente diffuso in questi ultimi anni e di conseguenza il problema della loro saldatura si è imposto. Si distinguono tre tipi principali di acciai inossidabili:

1) Acciai martensitici al cromo (C = 0,1-0,4%; Cr = 12-14%). - Essi sono saldabili quando il tenore di carbonio è molto basso e non eccede il 0,1%. Un inconveniente è costituito dal fatto che sono suscettibili di tempra per semplice raffreddamento all'aria con conseguente fragilità nella zona del giunto: è quindi necessario prevedere sia un lento raffreddamento, sia la ricottura dei pezzi dopo la loro saldatura. La saldatura ossiacetilenica degli acciai martensitici è condizionata all'impiego di materiale d'apporto della stessa qualità del metallo base e di una polvere disossidante sulla bacchetta ed all'inverso della saldatura, la cui funzione è quella di impedire la formazione di ossido di cromo, voluminoso ed infusibile, che disturba l'operazione e impedisce il buon collegamento fra il metallo d'apporto e il metallo base. Nella saldatura elettrica ad arco l'impiego di corrente continua facilita l'operazione: l'apporto di metallo è realizzato con elettrodi costituiti da un acciaio della stessa qualità del metallo base e da uno speciale rivestimento contenente elementi disossidanti. Ottimi risultati si ottengono con la saldatura all'idrogeno atomico ed in atmosfera protettiva, data l'atmosfera riducente della fiamma.

2) Acciai ferritici al cromo (C = 0,10%; Cr. = 16-30%). - Presentano nei riguardi della saldatura un interesse limitato: ciò è dovuto al fatto che, in seguito a prolungato riscaldamento, assumono una struttura grossolana quindi fragile, che non è possibile correggere mediante trattamento termico dato che questi acciai non presentano punti di trasformazione. A parte questo inconveniente la saldatura degli acciai ferritici è possibile: vale quanto si è detto per gli acciai martensitici salvo la precauzione di impiegare preferibilmente come metallo d'apporto, dell'acciaio austenitico 18/8 che, apportando del nickel nel giunto, limita l'ingrossamento dei grani e da luogo a giunti meno fragili.

3) Acciai austenitici al cromo-nickel. - Il prototipo di questi acciai ed il più diffuso è il tipo 18/8 (C = 0,10; Cr = 18%; Ni = 8%). Questi tipi di acciaio, se non sono opportunatamente stabilizzati, presentano, dal punto di vista della saldabilità metallurgica, l'inconveniente di dar luogo a fenomeni di corrosione intercristallina. Infatti portando l'acciaio a una temperatura critica dell'ordine di 500°-600°, come è inevitabile durante l'operazione di saldatura, si verifica nella massa del metallo una precipitazione di carburi di cromo ai giunti dei grani cristallini che, impoverendo il metallo di cromo, lo rende vulnerabile alla corrosione.

Il rimedio più semplice consisterebbe nel sott0p0rre i pezzi saldati ad una tempera eseguita a 1100°-1200° che restituirebbe loro tutte le proprietà di inossidabilità, ma purtroppo la forma e le dimensioni dei pezzi non sempre consentono questo trattamento. È quindi necessario, quando si vogliono eseguire costruzioni saldate, impiegare acciai stabilizzati. contenenti cioè speciali elementi di addizione, quali il titanio ed il colombio, che, fissando il carbonio sotto forma dei loro rispettivi carburi, lasciano al cromo la possibilità di adempiere alla sua funzione di elemento protettore. Un'altra soluzione, che richiederebbe però una costosa elaborazione dell'acciaio, sarebbe quella di impiegare acciai con tenore di carbonio molto basso (≥ 0,07). Dal punto di vista operatorio gli acciai inossidabili si prestano all'impiego di molti sistemi di saldatura: ossiacetilenica, elettrica ad arco, all'idrogeno atomico in atmosfera protettiva, per resistenza. La saldatura ossiacetilenica ed elettrica si applicano colle modalità già descritte per gli altri acciai inossidabili. Dal punto di vista costruttivo, dato il coefficiente di dilatazione piuttosto elevato sono possibilmente da evitare quei tipi di giunto che generano maggiori deformazioni e che ne permettono difficilmente la correzione (giunti d'angolo e a sovrapposizione).

Saldabilità delle ghise. - La saldatura delle ghise e soprattutto della ghisa grigia per le vantaggiose applicazioni che può trovare nel campo delle riparazioni costituisce un problema molto interessante ma comparativamente a quella degli acciai essa presenta, dal punto di vista metallurgico, maggiori difficoltà, derivanti soprattutto dalle seguenti cause: a) formazione di ossido di ferro, che avendo un punto di fusione più elevato di quello della ghisa tende a incorporarsi allo stato solido nel bagno di fusione e che è quindi necessario scorificare coll'impiego di adatti disossidanti; b) possibilità di formazione, durante la solidificazione, di grani e zone di ghisa bianca, non lavorabile per effetto di troppo rapido raffreddamento; c) possibilità di rotture per effetto della dilatazione o del ritiro data l'assenza di malleabilità del metallo e la sua fragilità a caldo.

Dal punto di vista operatorio l'unico sistema che dà risultati pienamente soddisfacenti è la saldatura ossiacetilenica eseguita impiegando bacchette d'apporto di ghisa ad elevato tenore di silicio (3-4%) che favorisce la formazione di ghisa grigia durante la solidificazione, e un'adatta polvere disossidante per scorificare l'ossido di ferro. A saldatura eseguita i pezzi devono essere lasciati raffreddare lentamente al riparo di correnti d'aria. Maggiori difficoltà invece presenta la saldatura elettrica ad arco soprattutto a causa della maggior localizzazione del calore e del più brusco raffreddamento.

Come metalli d'apporto si possono impiegare elettrodi rivestiti sia con anima di acciaio, sia con anima di ghisa, sia con anima di metallo monel; con i primi la saldatura si eseguisce a freddo ma il metallo del giunto oltre a risultare poco omogeneo non è lavorabile all'utensile; inoltre, per effetto del rapido raffreddamento, si formano ai margini del giunto zone di ghisa bianca facilmente soggette a fessurazioni sotto l'azione degli sforzi di dilatazione e ritiro. Impiegando elettrodi con anima di ghisa siliciosa si ottengono saldature omogenee ma è necessario ricorrere, per evitare la formazione di zone fragili e non lavorabili di ghisa bianca ai margini della saldatura, al preriscaldo parziale o totale dei pezzi, ciò che limita in molti casi la possibilità di applicazione di questo procedimento. L'impiego di elettrodi di metallo monel permette di ottenere, pur saldando a freddo, depositi lavorabili, sebbene non omogenei, in quanto la presenza del nickel impedisce la formazione di ghisa bianca: ma il costo molto elevato degli elettrodi ne limita l'impiego a piccole riparazioni su pezzi di notevole valore.

Dal punto di vista costruttivo la saldatura delle ghise presenta non poche difficoltà a causa della scarsa malleabilità e della fragilità a caldo del metallo. In molti casi la posizione delle rotture da riparare mediante saldatura e la forma dei pezzi sono tali da non consentire la libera dilatazione ed il ritiro derivanti dal riscaldamento e costringono a prendere speciali precauzioni per evitare di formarsi di tensioni che il metallo non potrebbe sopportare: deformazioni preventive, preriscaldo totale o parziale dei pezzi. Solo l'esatta conoscenza dei fenomeni e l'esperienza possono guidare il saldatore a ben condurre l'operazione.

Il riscaldo, da eseguirsi in forni a muffola o di fortuna, deve raggiungere la temperatura di circa 800°, la saldatura deve essere eseguita nei forni stessi e ad essa deve seguire un lento raffreddamento. La saldobrasatura, potendosi eseguire a temperature inferiori ed impiegando un metallo di apporto malleabile, permette in molti casi di evitare il riscaldo e di limitarlo a temperature inferiori: per questa ragione il procedimento ha trovato larghissime applicazioni ed ha permesso di raggiungere, in questo campo, risultati notevoli. Esso costituisce l'unico sistema consigliabile per la saldatura delle ghise bianche e delle ghise malleabili sulle quali con altri procedimenti non si sono finora ottenuti risultati soddisfacenti.

Saldabilità dell'allumionio e delle sue leghe. - Dal punto di vista metallurgico la saldabilità dell'alluminio e delle sue leghe è influenzata dalla presenza dello strato superficiale di allumina (Al₂O₃) che protegge il metallo da un'ulteriore ossidazione in profondità. L'allumina ha un punto di fusione (2.200°) più elevato di quello del metallo (657°) ed un peso specifico (3,6) superiore a quello del metallo (2,7): ne deriva che, sotto l'azione del calore, lo strato di ossido è ancora allo stato solido quando il metallo sottostante è già in fusione, che ogni goccia di metallo d'apporto è ricoperta a sua volta da un velo di ossido che ne impedisce il collegamento col metallo base, e che, infine, dato il suo peso, l'ossido tende ad incorporarsi nel bagno di fusione dando luogo a inclusioni. Perciò è assolutamente necessario ricorrere all'impiego di polveri disossidanti che abbiano un punto di fusione inferiore a quello del metallo e che, venendo a contatto coll'allumina, diano luogo a una scoria fusibile, leggera e facilmente eliminabile. L'uso di queste polveri comporta però la necessità, a saldatura eseguita, di procedere a un energico lavaggio, con acqua e soda, delle linee di saldatura per eliminarne ogni traccia: essendo a base di cloruri e fluoruri alcalini esse eserciterebbero un'azione corrosiva sul metallo.

Dal punto di vista operatorio la saldatura dell'alluminio presenta qualche difficoltà: il limitato intervallo di fusione, aggiunto al fatto che il metallo non cambia colore per effetto del riscaldamento e la presenza dello strato di ossido iniziale rendono, al saldatore poco esercitato, difficile l'apprezzamento della fusione e lo portano molto spesso ad insistere troppo con la sorgente di calore fino a provocare un eccessivo sfondamento del metallo. La saldatura ossiacetilenica, realizzata impiegando bacchette d'apporto molto pure e polveri disossidanti adatte, permette però ad un operatore esercitato di ottenere ottimi risultati: altrettanto dicasi della saldatura a idrogeno atomico e ad arco protetto. Più difficile, specialmente su spessori sottili la saldatura elettrica ad arco. Buoni risultati si ottengono colla saldatura elettrica a resistenza.

Dal punto di vista costruttivo l'elevata conducibilità termica, l'elevato coefficiente di dilatazione e la fragilità a caldo del metallo rendono necessarie alcune precauzioni per evitare deformazioni difficili da correggere, tensioni o rotture; bisogna evitare i giunti d'angolo e a sovrapposizione e ricorrere quasi esclusivamente ai giunti di testa, che accessibili all'inverso, consentono la martellatura e l'asportazione dei residui di disossidante.

La saldabilità delle leghe d'alluminio, il cui impiego si è enormemente esteso in questi anni, oltre che dai fattori che condizionano quella del metallo puro, può essere influenzata da altri. Le leghe trattate termicamente (duralluminio, anticorodal) subiscono inevitabilmente, per effetto del riscaldamento, una ricottura con conseguente diminuzione delle proprietà meccaniche, che solo un ulteriore trattamento termico può ristabilire. Quando questo trattamento, per le forme e le dimensioni dei pezzi, non è realizzabile si avrà un'efficienza del giunto ridotta rispetto a quella del metallo base. Le leghe non trattate termicamente non subiscono invece alcuna alterazione apprezzabile. Nella saldatura delle leghe fuse, in caso di riparazione, si deve tener conto dalla loro scarsa tenacità a caldo e della loro scarsa attitudine a sopportare sforzi di dilatazione e ritiro: il che rende necessario, in molti casi, il preriscaldo parziale o totale dei pezzi. La saldobrasatura rende anche in questo caso segnalati servizî.

Saldabilità delle leghe di magnesio. - La tecnica di saldatura di queste leghe è molto simile a quella delle leghe dell'alluminio. Dal punto di vista operatorio, la saldatura ossiacetilenica, eseguita impiegando bacchette della stessa composizione del metallo base e adatte polveri disossidanti, è stato l'unico sistema impiegato fino a poco tempo fa e dà buoni risultati, a patto di usare una fiamma molto ben regolata e mano d'opera esperta, per evitare che a motivo della grande affinità del magnesio coll'ossigeno, i pezzi si infiammino per ossidazione o surriscaldamento. Attualmente si è molto sviluppato in America l'impiego del procedimento ad arco in atmosfera protettrice di elio o argon.

Saldabilità del rame e delle sue leghe. - Rame. - La saldabilità di questo metallo dipende essenzialmente dalla sua purezza e soprattutto dal suo tenore in ossido di rame (ossidulo). Nel rame laminato l'ossidulo assume l'aspetto di grani annegati nei cristalli e sotto questa forma non ha un'influenza nociva sulle caratteristiche del metallo; ma per effetto del riscaldamento, inevitabile nella saldatura, alla temperatura di 1065°, di poco inferiore a quella della fusione (1085°), esso si trasforma in un eutectico rame-ossidulo di rame, fragile e voluminoso che, depositandosi ai giunti dei grani, è causa di fragilità. L'impiego di polveri disossidanti e l'atmosfera riducente della fiamma non sono sufficienti a ridurre l'ossido di rame quando esso ecceda certi limiti ed è pertanto necessario, per la saldatura autogena, impiegare un metallo base e un metallo d'apporto, costituiti da rame elettrolitico quasi completamente esente da ossidulo (max. 0,05%), ad evitare rotture e cricche nei giunti o nelle loro vicinanze. Piccole percentuali di fosforo nel metallo d'apporto favoriscono la disossidazione. Quando non si sia certi della buona qualità del metallo base è consigliabile ricorrere alla saldobrasatura ed alla brasatura che, eseguendosi a temperature inferiori a quelle di formazione dell'eutectico, evitano gli inconvenienti che da essa derivano.

Dal punto di vista operatorio il miglior sistema è la saldatura ossiacetilenica; la grande conducibilità termica del rame richiede però l'impiego di fiamme molto potenti che rendono il lavoro penoso specialmente su forti spessori, dove si è costretti talvolta a ricorrere a fiamme di riscaldo sussidiario. L'operazione è resa difficile anche dalla grande fluidità del metallo fuso. La saldatura elettrica ad arco è invece scarsamente impiegata: data la grande localizzazione della sorgente di calore e l'elevata conducibilità del metallo, l'innesco e il mantenimento dell'arco sono molto difficili, a meno di non preriscaldare i pezzi.

Anche dal punto di vista costruttivo sono da tener presenti alcuni fattori. In primo luogo l'elevato coefficiente di dilatazione e l'elevata conducibilità termica del metallo sono causa di deformazioni notevoli o di tensioni interne che, in concomitanza della scarsa tenacità a caldo del metallo, possono dar luogo a rotture; in secondo luogo il metallo costituente i giunti risulta allo stato ricotto e presenta quindi caratteristiche meccaniche molto basse che solo con un adeguato incrudimento mediante martellatura, possono essere migliorate.

Da quanto sopra deriva la necessità di adottare nella saldatura autogena forme costruttive (tipo e disposizione dei giunti), tali da evitare eccessive deformazioni, da permetter la loro correzione e la martellatura dopo saldatura (giunti di testa), nonché di ricorrere alla saldobrasatura od alla brasatura nei casi in cui questo non fosse possibile; date le loro caratteristiche di applicazione esse evitano o limitano molte delle difficoltà sopraccennate.

Ottoni. - Dal punto di vista metallurgico la saldabilità degli ottoni è influenzata dalla presenza dello zinco, che insieme al rame è uno dei principali costituenti di queste leghe: se non si adottassero infatti speciali accorgimenti si avrebbe, per effetto della saldatura autogena, una forte perdita di questo elemento e quindi un'alterazione notevole nella composizione del metallo nella zona interessata dall'operazione. Oltre che all'ossidazione la perdita di zinco è dovuta alla volatilizzazione, essendo la sua temperatura di vaporizzazione inferiore a quella di fusione dell'ottone. La saldatura ossiacetilenica, unico sistema praticamente impiegato, permette di evitare l'inconveniente, adottando (ciò che a prima vista può sembrare un controsenso) una fiamma nettamente ossidante: si forma infatti alla superficie del metallo fuso una pellicola compatta di ossido che impedisce sia il progredire dell'ossidazione in profondità, sia l'evaporazione dello zinco. Come metallo d'apporto si usano bacchette dello stesso titolo del metallo base; l'impiego di polvere disossidante, sia sulle bacchette che all'inverso delle saldature, ostacola la formazione di una pellicola di ossido troppo voluminosa. L'impiego della saldobrasatura che permette di ottenere giunti di caratteristiche assolutamente paragonabili a quelle del metallo base, limita il fenomeno di volatilizzazione dello zinco.

Bronzi. - Durante la fusione lo stagno, che è uno dei costituenti di tali leghe, tende a segregarsi e ad evaporare: questo fenomeno oltre che ad una alterazione nella composizione del metallo provoca la formazione di soffiature nei giunti saldati e nelle loro vicinanze, che attenuano molto l'interesse della saldatura autogena. A parte questo inconveniente essa può eseguirsi sia colla fiamma ossiacetilenica sia coll'arco elettrico, impiegando come metallo d'apporto bronzo della stessa lega del metallo di base e facendo uso di una adatta polvere disossidante, che nel caso della saldatura ad arco è incorporata nel rivestimento dell'elettrodo. Tuttavia nella saldatura elettrica ad arco la temperatura più elevata e la maggior concentrazione del calore, facilitano i fenomeni di segregazione dello stagno. Dal punto di vista costruttivo è da tener presente che, essendo i bronzi impiegati generalmente allo stato fuso, la saldatura serve principalmente nel caso di riparazioni; la scarsa tenacità a caldo di queste leghe obbliga quindi a prendere delle precauzioni quando, per la forma dei pezzi e la posizione delle rotture, la dilatazione ed il ritiro non possono avvenire liberamente. La saldobrasatura, non richiedendo la fusione dei lembi e potendo essere eseguita a temperature inferiori, evita o limita gli inconvenienti che rendono difficile la saldatura autogena; potendosi ottenere giunti di caratteristiche assolutamente paragonabili a quelle del metallo base, essa è da considerare il sistema da preferirsi per la saldatura dei bronzi.

Saldabilità del nichelio e sue leghe. - Nichelio. - Per quanto, dato il suo costo, l'impiego del nichelio sia molto limitato, la sua saldatura presenta interesse per i vantaggi che può portare nella costruzione di apparecchi destinati all'industria chimica. Condizione essenziale perché il nichelio sia saldabile è che il suo contenuto di zolfo non ecceda certi limiti (0,010%): infatti lo zolfo dà luogo, per effetto del riscaldamento, alla formazione di solfuro di nichelio che, ripartendosi allo stato lamellare ai giunti dei grani, toglie al metallo ogni tenacità. Entro certi limiti l'azione nociva dello zolfo può essere corretta coll'aggiunta, in quantità proporzionali al contenuto di zolfo, di alcuni elementi quali il manganese e il magnesio che dànno luogo a solfuri non pericolosi. La saldatura ossiacetilenica dà buoni risultati se s'impiega un adatto disossidante e un metallo d'apporto esente da zolfo: l'aggiunta di piccole quantità di titanio (0,2%) favorisce la disossidazione e permette di ottenere saldature perfette. Anche la saldatura ad arco eseguita con elettrodi costituiti da un'anima di nichelio di buona qualità e da un rivestimento contenente elementi disossidanti, dà buoni risultati: consigliabile la corrente continua con elettrodo collegato al polo positivo. Dal punto di vista costruttivo si devono evitare forme di giunti che diano luogo a deformazioni o tensioni.

Leghe di nichelio. - Le più interessanti sono di monel (lega naturale contenente il 67% di nichelio, il 28% di rame e il 5% di ferro) e l'inconel (80% di nichelio, 14% di cromo, 6% di ferro e tracce di manganese). La lom saldatura non presenta speciali difficoltà e si eseguisce, come quella del nichelio impiegando materiali d'apporto della medesima composizione del metallo base e adatte polveri disossidanti. Anche altre leghe (nichelio-cromo, ferro-nichelio, cupronichelio) sono saldabili sia al cannello ossiacetilenico, sia all'arco elettrico.

Saldatura dello zinco e sue leghe. - Zinco. - La saldatura autogena non presenta speciali difficoltà, se eseguita impiegando un disossidante per eliminare la pellicola di ossido che ricopre sempre il metallo. Unico sistema impiegato la saldatura ossiacetilenica. La struttura del giunto risulta piuttosto grossolana e quindi fragile, ciò che nella maggior parte dei casi non ha grande importanza; la martellatura dei giunti seguita da una ricottura a 100-120° elimina in ogni modo questo inconveniente. Si impiega però più generalmente la brasatura con leghe stagno-piombo.

Leghe di zinco. - Le uniche che interessano il saldatore sono le leghe a composizione ben definita. Fra queste le più note sono le leghe Zama, che secondo il tipo contengono, oltre allo zinco: rame (0,4%-3%), alluminio (0,8%-4%) e piccole quantità di magnesio (0,02%-0,05%). La loro saldatura si eseguisce colle stesse modalità che per lo zinco. Altre leghe di zinco, sovente impiegate allo stato di fusione per molti accessorî industriali, presentano una scarsa saldabilità trattandosi in genere di metalli di ricupero e quindi di dubbia composizione.

Controllo delle saldature. - Un controllo efficace sui giunti saldati successivo alla loro esecuzione non potrebbe essere che un controllo distruttivo, quindi praticamente impossibile ad eseguirsi. Si vedrà in seguito come gli altri mezzi di controllo che la tecnica ha messo a disposizione per l'esame dei giunti saldati non possano dare che indicazioni relative e soprattutto essi non possano essere, per il costo e la complessità delle apparecchiature che richiedono, alla portata di piccoli utilizzatori. È pertanto indispensabile che il controllo finale sulle saldature sia preceduto da controlli preventivi.

Controlli preventivi. - Questi controlli, molto efficaci, devono soprattutto esercitarsi: sull'apparecchiatura, in quanto la sua qualità, le sue caratteristiche ed il suo stato di manutenzione hanno un'importanza notevolissima in relazione al buon risultato dell'operazione; sulle materie prime, in quanto, e specialmente nel caso di costruzioni importanti, è indispensabile assicurarsi: a) che i gas impiegati nella saldatura alla fiamma (ossigeno, acetilene, idrogeno) corrispondano alle richieste caratteristiche di purezza; b) che le polveri disossidanti siano di ottima qualità e non abbiano subìto alterazioni per umidità ed invecchiamento; c) che il materiale di base ed il materiale d'apporto presentino i necessarî requisiti di saldabilità e di resistenza. Molto indicative sono a questo proposito le prove meccaniche, che per quanto insufficienti a dare da sole un'idea precisa sulla saldabilità dànno però indicazioni molto utili per la scelta dei metalli base e d'apporto, di caratteristiche corrispondenti e di buona saldabilità relativa.

Apposite norme emanate da amministrazioni statali o da enti di controllo (Ministero delle comunicazioni- Marina militare Registro italiano navale, Registro aeronautico) stabiliscono le modalità di queste prove che in genere vengono effettuate sia sul solo metallo base, sia sul solo metallo d'apporto per determinarne le qualità intrinseche, sia su giunti elementari saldati per determinarne la resistenza e per determinare la saldabilità relativa del metallo base e del metallo d'apporto; quando il genere e l'importanza della costruzione lo richiedono, oltre alle prove meccaniche normali, si possono eseguire altri controlli per determinare particolari caratteristiche del giunto (per esempio: analisi chimiche, prove di corrosione prove di forgiabilità).

Sulla mano d'opera. - L'operazione di saldatura è nella maggior parte dei casi un'operazione essenzialmente manuale e più che in qualsiasi altra lavorazione, la buona riuscita e l'efficienza del lavoro sono affidate all'abilità dell'operaio: è quindi assolutamente indispensabile affidarne l'esecuzione a lavoranti esperti e quando l'importanza del lavoro lo richieda, a operatori particolarmente qualificati e di esperienza provata. Le norme emanate dalle amministrazioni e dagli enti già citati, prevedono anche l'abilitazione dei saldatori addetti alle lavorazioni di loro competenza.

Controllo sulle costruzioni saldate. - Secondo l'importanza e il genere delle costruzioni si possono effettuare i seguenti controlli:

a) Controllo distruttivo. - È possibile solo in determinati casi ed anche in questi in modo incompleto e limitato. Quando si tratti di costruzioni in serie e di apparecchi di costo limitato, alcuni di questi, scelti a caso in un lotto più o meno importante di fabbricazione, vengono distrutti per esaminare il loro comportamento in condizioni pari o più onerose di quelle cui verranno sottoposti in servizio: è questo il caso, quasi unico, dei recipienti saldati, destinati a trasportare gas compressi e liquefatti.

b) Controllo semidistruttivo. - Rientra in questa categoria un sistema di controllo proposto alcuni anni fa e consistente nel praticare in alcuni punti del cordone di saldatura degli intagli mediante una piccola fresa; col semplice esame visivo e coll'uso di reagenti si esamina se esistano soffiature, inclusioni e ci si rende conto della buona penetrazione. Dopo l'esame gli intagli vengono di nuovo riempiti mediante apporto di metallo. Il procedimento si presta però a molte critiche sia perché l'esame, di per sé stesso difficile, interessa una piccola porzione dei giunti, sia perché indebolisce il giunto.

c) Controllo non distruttivo. - Si può eseguire in diversi modi:1) coll'esame visuale delle saldature che può rivelare la presenza di molti difetti esterni (mancanza di penetrazione, insufficienza e sovrabbondanza dei cordoni, slivellamento dei bordi, canaletti laterali nei cordoni) ed a un osservatore esperto anche la presenza di altri difetti (bruciature, ossidazione); 2) coll'esame magnetografico, che si basa sull'esame delle deformazioni che provoca la saldatura sulle linee di forza di un campo magnetico: le linee di forza sono messe in evidenza col metodo classico della limatura di ferro in sospensione in un liquido viscoso; la presenza di difetti è resa evidente dall'accumularsi delle limature nelle zone dove, per la presenza di difetti, si ha una maggiore concentrazione di linee di forza magnetica; 3) coll'esame radiografico che si basa sulla proprietà dei raggi X di attraversare spessori di metallo anche rilevanti: lasciando cadere sulle saldature un fascio di raggi X e disponendo all'inverso una pellicola fotografica è possibile distinguere, in maniera più o meno netta, secondo lo spessore dei pezzi, l'intensità della sorgente e le condizioni di esposizione, i difetti di penetrazione, le inclusioni e le fessure che appariranno sotto forma di macchie nere sulla negativa. L'applicazione del procedimento richiede però apparecchiature costosissime: è evidente che, per dare risultati attendibili, esso deve venir applicato con regole precise e con metodo da esperti delle sue particolarità esecutive e che ne sappiano interpretare i risultati.