I difetti in saldatura possono essere rilevati secondo diverse tecnologie che si dividono in due grandi categorie , abbiamo controlli distruttivi e controlli non distruttivi.
Secondo le norme unificate si definisce imperfezione una differenza dalla saldatura ideale che può essere tollerata, invece per difetto si intende una differenza che non può essere tollerata.
Gli errori in saldatura sono divisi in 6 grandi categorie :
- cricche - cavità - inclusioni solide – mancanza di fusione e di penetrazione – difetti di forma e dimensionali – altre imperfezioni.
Le cricche sono delle discontinuità nella struttura del cordone di saldatura e si dividono in cricche a caldo e cricche a freddo.
Le cricche a caldo sono difetti che possono presentarsi sia longitudinalmente che trasversalmente all’ asse del cordone di saldatura, sono dovute essenzialmente alla presenza di impurità, in particolare di zolfo e fosforo, tensioni di ritiro e alte percentuali di carbonio.
Questo tipo di difetti sono presenti maggiormente nella zona fusa, mentre si trovano difficilmente nella zona termicamente alterata.
Le cricche a freddo sono invece dei difetti che si possono trovare sia nella zona fusa che nella ZTA, queste si hanno in presenza di tensioni di ritiro e quando il materiale che stiamo saldando è molto sensibile ad essere temprato.
Un fenomeno simile alle cricche sono gli strappi lamellari, che si possono avere su giunti a T o L in cui per effetto del ritiro si hanno delle sollecitazioni in direzione perpendicolare alla superficie che porta allo strappo del giunto di saldatura, questo problema è particolarmente sentito per le lamiere di grande spessore , infatti per spessori minori si ha la deformazione della lamiera invece degli strappi lamellari.
Le cavità nel cordone di saldatura sono un fenomeno dovuto essenzialmente alla presenza di inclusioni gassose, queste cavità si hanno a causa di una solidificazione troppo veloce del bagno fuso che non consente al gas di fuoriuscire, possono essere causate da diversi fattori che fanno avvenire reazioni particolari con formazioni di gas, e questo si può avere
in presenza di giunti ossidati o con vernice, a causa di una protezione con gas non troppo adeguata, presenza di una grande quantità di umidità.
Questo tipo di difetto si divide in tarli, quando hanno una forma stretta ed allungata, o soffiature quando hanno una forma approssimativamente sferica, solitamente se questi difetti sono di piccole dimensioni non sono particolarmente pericolose per la resistenza del giunto.
Inclusioni solide sono cavità in zona fusa contenenti scoria o scoria e gas.
Si possono avere inclusioni di scorie dovute ad impurezze varie presenti sul giunto da saldare e di tungsteno, particolarmente pericoloso è la situazione di presenza di ossido di alluminio.
Le inclusioni derivano dall’asportazione poco accurata delle scorie, dall’inesperienza nell’uso dell’elettrodo rivestito o dell’elettrodo in tungsteno,o dall’angolo di cianfrino stretto.
Un altro difetto importante in saldatura è quello della mancanza di penetrazione della saldatura o delle incollature, la mancanza di penetrazione si presenta con una discontinuità tra i due lembi del giunto da saldare, la mancanza di fusione si presenta con una discontinuità tra un lembo e la zona fusa , questi difetti sono provocati dalla mancata fusione di entrambi o uno solo dei lembi.
Questo tipo di difetto è grave ed inaccettabile, e si può manifestare nelle seguenti condizioni:
a) inadeguata preparazione dei lembi delle lamiere (angolo di apertura del cianfrino troppo piccolo, distanza di accoppiamento tra i lembi insufficiente, lembi non correttamente allineati, ecc.);
b) scarsa abilità del saldatore.
c) scorretta impostazione dei parametri di saldatura.
Le incollature sono simili alla mancanza di fusione questa volta però tra la zona fusa e il lembo è interposto di una zona di ossido, questo è un difetto tipico dei metalli che si ossidano facilmente.
I difetti di forma sono dovuti essenzialmente alla presenza di deformazioni termiche che abbiamo già visto, quindi per ottenere la forma finale da noi desiderata bisogna prendere delle opportune precauzioni.
Ci sono poi tante altre imperfezioni che possono derivare dal particolare processo di saldatura utilizzato, tra i principali possiamo avere un eccesso di sovrametallo , difetto che si riscontra nei giunti di testa. E’ causato da un errore del saldatore, da cattiva distribuzione delle varie passate (di saldatura), da non corretta impostazione dei parametri elettrici nella saldatura elettrica, nei giunti a T o L questo tipo di difetto si riscontra nell’avere un angolo del cordone troppo convesso.
Sempre legato alla scelta dei parametri di saldatura abbiamo le incisioni marginali si presentano nei cordoni eseguiti manualmente , più frequentemente in posizione diversa da quella piana. Sono causati dall’impiego di amperaggi eccessivi che portano alla fusione anche di una zona limitrofa al cordone di saldatura.
Possiamo poi avere delle irregolarità superficiali del giunto di saldatura che conferisce una forma irregolare al cordone di saldatura le cui maglie non si dispongono parallelamente una di seguito all’altra. La causa è cattiva manualità dell’operatore addetto alla saldatura.
In fine possiamo citare lo slivellamento dei lembi che è dovuto ad un assemblaggio di carpenteria delle parti da saldare scorretto che non consente di eseguire una saldatura regolare, in questo caso si deve procedere in maniera preventiva ad una efficace puntatura dei lembi da
saldare, abbiamo poi gli spruzzi e gli sputi che sono depositi più o meno grandi incollati sulla superficie del metallo vicino al cordone, problema simile sono i colpi d’arco che sono provocati dall’operatore addetto alla saldatura che innesca l’arco sul materiale base che non fa parte del giunto di saldatura.
Spesso è necessario un controllo della saldatura per verificare che i difetti elencati prima non siano presenti nel giunto, o almeno non ci siano in una quantità che influisce sulla resistenza del giunto.
Il controllo può essere di carattere preventivo, che ha lo scopo di controllare la qualità del materiale che abbiamo a disposizione per effettuare la saldatura, o l’ abilità dell’operatore che la eseguirà.
In entrambi i casi si eseguono delle saldature su spezzoni di materiale e questi vengono poi sottoposti a prove in officina.
Possiamo poi avere un controllo durante l’esecuzione del lavoro, in questa c’è un controllo del valore della saldatura durante l’esecuzione, questa può essere effettuata da un saldatore esperto che controlla nei vari posti di saldatura la tecnica utilizzata dai vari saldatori, abbiamo quindi un supervisore dei vari posti di saldatura.
Infine abbiamo dei controlli effettuati a saldatura ultimata, questi la maggior parte delle volte si riducono a controlli di tipo visivo, a meno che non utilizziamo particolari controlli non distruttivi.
Possiamo dividere l’analisi in tre tipologie principali, abbiamo controlli distruttivi, i quali attraverso varie prove di laboratorio ci dicono la resistenza che ha il nostro giunto, abbiamo poi l’analisi visiva, che attraverso la semplice osservazione del giunto ci rileva disallineamenti , spruzzi o sputi che ci indicano che durante la saldatura abbiamo utilizzato
una corrente troppo alta, cordone non omogeneo ecc, abbiamo infine i controlli non distruttivi che ci consentono di analizzare la qualità dei giunti senza alterarne l’integrità del pezzo saldato, a volte questo tipo di analisi vengono fatte su giunti saldati in opera, queste tecniche pur avendo un costo maggiore e una tecnologia più complicata, ci consente un risparmio di tempo in quanto possiamo eseguire le verifiche in opera senza bisogno di portare il giunto in laboratorio.
Uno dei controlli non distruttivi più semplici ed economici sono le analisi con i liquidi penetranti, che viene effettuato per individuare difetti superficiali, cricche, incollature o porosità, che non sono visibili ad occhio nudo, l’analisi si effettua spargendo un particolare fluidi sul cordone che vogliamo analizzare, il fluido entrando nelle cavità e difetti superficiali ce li evidenzia rendendoceli visibili. Questa tecnica comunque non è in grado di individuarci dei difetti “interni “ quali ad esempio soffiature e inclusioni solide. Altri tipi di controlli sono dati dall’utilizzo di ultrasuoni, sostanze e polveri magnetiche, ma la tecnica che viene maggiormente usata e che presenta la migliore accuratezza è l’analisi radiografica, che viene utilizzata per la verifica della qualità interna delle saldature tramite raggi X o raggi gamma.
Nell’attraversare la lamiera parte dei raggi X, generati dalla sorgente, vengono più o meno assorbiti a seconda dallo spessore che incontrano.
Quando nella lamiera è presente una cavità le radiazioni che attraversano questa zona subiscono un minore assorbimento, provocando un minore annerimento della pellicola in corrispondenza della proiezione di detta cavità.
Le prove distruttive vengono fatte su pezzi campioni in laboratorio, cioè pezzi realizzati in maniera sperimentale per verificare che i parametri di processo scelti siano corretti, e che non portano ad una limitata resistenza del giunto, solitamente per effettuare un buon controllo bisogna fare più esami, abbiamo bisogno quindi di più pezzi campione.
L’esame da effettuare viene scelto a secondo della specifica applicazione che avrà il giunto, potremo fare:
-Prova di trazione : questa prova viene effettuata solitamente su giunti saldati di testa o a sovrapposizione, si sollecita il pezzo a trazione fino a portarlo a rottura e si verifica il valore di resistenza limite a cui si è arrivato alla rottura confrontandolo con il valore di rottura che ha il materiale non saldato, i due valori non devono differenziarsi di molto, solitamente la prova va ripetuta su più di un provino per avere un valore di resistenza più veritiero.
- Prova di piegamento : si piega il giunto e si misura fino a che angolo il giunto riesce a resistere al piegamento, anche questa prova solitamente va eseguita su giunti saldati di testa.
- Prova di resilenza : è una tipologia di prova che ci consente di misurare la durezza e la resistenza agli urti dei giunti saldati.
- Prova di rottura a fatica : questo è una delle analisi più importanti, si sottopone il giunto a sollecitazioni ripetute di trazione compressione e si vede dopo quanti di questi cicli di sollecitazione il giunto si rompe.
Anche questa prova solitamente deve essere eseguita più di una volta.
Tutte queste prove sono certificate e regolamentate, i provini devono avere delle dimensioni standard stabilite in maniera precisa.
Una volta che è stata eseguita la prova questa è certificata e accompagna la
“ vita “ della saldatura, in quanto in caso di rottura si deve dimostrare che questa non è imputabile ad una saldatura eseguita male.
Ci sono poi esami più approssimate che vengono fatti direttamente in officina, questi prevedono comunque una discreta esperienza di chi li esegue e danno un risultato che solo orientativamente ci dice la qualità del giunto. Queste prove vengono effettuate su due spezzoni della lavorazione saldati, i pezzi saldati una volta raffreddati vengono bloccati attraverso morse e rotte con un qualsiasi strumento in officina o in cantiere, la frattura avverrà sempre nella zona di saldatura essendo questa la zona più sensibile. Dall’analisi della zona fratturata potremo avere un’idea della qualità infatti possiamo verificare l’eventuale presenza di inclusioni, sia solide che gassose,nel primo caso vedremo degli elemento di colore diverso rispetto al materiale base, nel secondo caso abbiamo una frattura
che presenterà una grande porosità, con forme che possono essere sia sferiche che allungate (tarli).
Un altro fattore che abbiamo già visto e che produce una diminuzione delle caratteristiche di resistenza della saldatura sono i cicli termici in saldatura che producono tensioni termiche residue.
Le tensioni termiche residue sono tanto maggiori quanto più vincolato è il pezzo che stiamo saldando, infatti se il pezzo non è libero di deformarsi può portare a strappi e rotture del giunto saldato, a volte comunque le deformazioni non sono possono essere tollerate perché dobbiamo rispettare determinati vincoli di forma, in tutti questi casi dobbiamo procedere con un ciclo termico di distensione che ci riduce le tensioni termiche residue.
I casi principali in cui il trattamento di distensione si rende necessario sono:
- acciai a medio tenore di carbonio o con molti elementi di lega, nel quale il ciclo termico di saldatura porta alla formazione di strutture di tempra ( dura e fragile ) che possono portare alla formazione di cricche.
- saldatura di strutture complicate con giunti che si sovrappongono, quindi lo stesso punto può essere sottoposto a più di un ciclo termico quindi possono insorgere delle fessurazioni.
- saldature di strutture che devono operare al di sotto di determinate temperature critiche che possono portare a rotture fragili.
- saldature di pezzi che devono poi essere lavorati alle macchine utensili quali ad esempio torni o frese.
Il trattamento termico di distensione consiste nel riscaldamento lento fino a circa 600 C , permanenza a questa temperatura per un tempo pari a due minuti per ogni mm di spessore, raffreddamento lento effettuato in forno.