Il metodo di saldatura TIG fa parte dei metodi di saldatura all’arco elettrico in atmosfera inerte, mentre nella TAG l’atmosfera non è completamente inerte per la presenza di anidride carbonica come gas attivo.
In questa tipologia l’arco elettrico scocca tra un elettrodo in tungsteno, o una lega di tungsteno, che non prende parte al processo di fusione data la sua alta temperatura di fusione, e il metallo base.
Il materiale di apporto che si adopera solo per spessori maggiori di 1-2 mm viene immesso nella zona di saldatura attraverso l’utilizzo di bacchette, se si adopera manualmente o filo continuo se stiamo operando in maniera automatica.
Questa tipologia di saldatura in generale può essere:
• manuale: con lunghezza d'arco ed elettrodo controllati dal saldatore;
• semiautomatico: lunghezza d'arco ed elettrodo controllati dalla macchina, mentre il saldatore sposta l'elettrodo lungo la saldatura;
• automatico: tutte le operazioni sono effettuate dal Robot.
L’attrezzatura necessaria per effettuare questo tipo di saldatura è riportata nello schema seguente e comprende:
l’elettrodo di tungsteno che è contenuto in una particolare pistola portaelettrodo, che consente al gas di essere convogliato nella zona che vogliamo proteggere, la pistola è collegata con la macchina elettrica ( che può funzionare sia a corrente continua e sia a corrente alternata) con una guaina che contiene il cavo elettrico di collegamento dell’elettrodo, con la bombola contenente il gas inerte che vogliamo utilizzare, il collegamento viene fatto attraverso un opportuno regolatore di pressione attraverso cui ci regoliamo al meglio la pressione del gas protettivo, infine l’ultimo collegamento della pistola è con i tubi per la circolazione forzata dell’acqua di raffreddamento della pistola stessa.
In questa tipo di saldatura quando utilizziamo corrente continua si può operare in due diverse tipologie, possiamo effettuare la saldatura sia in polarità diretta sia in polarità inversa.
Quando si opera con la polarità diretta, cioè nella maggior parte dei casi, abbiamo l’elettrodo al polo negativo e il pezzo al polo positivo, nella polarità inversa invece avviene il processo contrario.
In questo tipo di collegamento, si ha una maggiore concentrazione del calore verso l'elettrodo.
Questo tipo di collegamento non viene praticamente mai utilizzato in quanto si rischia di rovinare l'elettrodo di Tungsteno. Comunque utilizzandolo a bassi tenori di corrente, è molto efficace per l'asportazione di ossidi dalle superfici che si devono saldare, ed è molto utile nella saldatura di leghe leggere in quanto il calore è maggiormente concentrato sull’elettrodo e quindi non rischiamo di sfondare la lamiera.
La corrente alternata è una combinazione dei due tipi di collegamento sopra citati. Il calore è distribuito, al 50 %, tra elettrodo e pezzo da saldare.
La scelta del tipo di corrente da utilizzare dipende quindi principalmente dal tipo di materiale che vogliamo saldare in maniera indicativa queste informazioni sono riportate nella tabella seguente.
Gli elettrodi, dovendo essere di un materiale capace di resistere alle temperature dell'arco elettrico, sono, ormai da molti anni solo in tungsteno o sue leghe, ai primordi di questa tecnologia (anni quaranta) venivano usati anche elettrodi di grafite ( elettrodo a base di carbone ). Il tungsteno, oltre ad avere caratteristiche termiche meccaniche migliori, è preferito per il suo elevato potere termoelettrico (capacità di emettere elettroni ad elevata temperatura), che stabilizza l'arco. Per aumentare il potere termoelettrico del W, talvolta gli elettrodi sono legati con piccole percentuali (1-2%) di
Th (elettrodi toriati).
Gli elettrodi possono essere trovati in commercio a diversi diametri da 0,25 a 6,4 mm fino ad arrivare agli spessori maggiori fino a 16 mm.
Nella tabella sono riassunti i dati riferiti agli elettrodi di dimensioni maggiori.
E' un procedimento simile alla saldatura ossi-acetilenica, ove alla fiamma è sostituita dall'arco elettrico ed ove la necessaria protezione del bagno di fusione dall'influenza nociva dell'aria è ottenuta inviando una corrente di Argon, concentricamente all'elettrodo, in modo da creare un cono protettivo.
Il procedimento TIG consente di ottenere saldature di ottimo aspetto estetico e di qualità. Dato che non vi è scoria, il rischio di difetti quali inclusioni nel metallo d'apporto è assente e la superficie del cordone non richiede nessuna pulizia . Con il TIG si saldano praticamente tutti i metalli sia con procedimento manuale che automatico, sebbene il suo campo ottimale di applicazione sia quello dell'alluminio e degli acciai inossidabili. In particolare, è largamente impiegato nelle industria nucleare , chimica , aeronautica e alimentare.
Difetto tipico di questa tecnologia, e non riportabile ad altre tecnologie, sono le inclusioni di tungsteno. L'arco deve sempre scoccare fra l'elettrodo di tungsteno ed il bagno, ma può succedere che, per un motivo qualsiasi, l'elettrodo venga a contatto con il bagno. In questo caso l'elettrodo può frammentarsi, rilasciando nel bagno delle schegge, queste schegge di solito hanno una forma con bordi fortemente angolati. Questo significa che sono inneschi per rotture fragili nella struttura del materiale saldato. Per evitare questi difetti è necessario un accurato addestramento del saldatore, che deve fare in modo da evitare il più possibile il contatto tra elettrodo e bagno fuso.
Un difetto relativemente frequente nelle saldature TIG è la mancanza di protezione che può essere sia al dritto sia al rovescio, la protezione al rovescio viene fatta in particolari applicazioni in cui il gas oltre ad essere
apportato nella zona di saldatura con la pistola nella zona superiore, viene apportato anche nella zona inferire tramite della altre tubazioni provenienti dalla bombola, questo ovviamente si fa quando il giunto è accessibile da entrambe le parti e soprattutto per giunti saldati in maniera automatica perché manualmente è difficile che un solo saldatore riesca a controllare il gas sia sul dritto e sia sul rovescio.
La mancanza di protezione si manifesta come fiorette, cioè con zone circolari ossidati sul materiale. Questi difetti possono essere evitati effettuando prove appropriate prima di effettuare la saldatura, cioè la saldatura viene effettuata su pezzi campione e poi se i parametri di protezione adottati vanno bene si procede a saldare gli altri pezzi.
I principali vantaggi che ci vengono dati da questa tecnica sono:
• Rapidità di esecuzione;
• Adattabilità a qualsiasi posizione di lavoro;
• Facilità di controllo dell’arco con conseguente regolarità del deposito;
• Regolazione di intensità di corrente entro ampi limiti;
• Sorgente termica potente e concentrata. Questo rende possibili saldature di spessori molto ridotti (fino a 0.5 mm) con discrete velocità di saldatura
Le saldature con arco elettrico sono usate principalmente per saldare gli acciai dolci contenente cioè un basso tenore di carbonio.
Gli acciai inossidabili si saldano in corrente continua con polarità diretta (elettrodo negativo).
Nella saldatura con filo adeguato non vi è apporto alcuno di carbonio e nessuna combustione degli elementi di lega.
Gli spessori oltre 2,5 mm vanno smussati. Il materiale d'apporto deve essere particolarmente adatto alla qualità dell'acciaio inossidabile da saldare; non usare mai filo degli elettrodi normali dopo averne tolto il rivestimento.
Si può saldare senza materiale d'apporto fino a spessori di 2,5 mm. Non puntare mai con elettrodi normali; fare puntature in Argon lunghe 20 mm circa a distanza di 100 - 150 mm.
Come abbiamo visto, le leghe leggere si saldano in corrente alternata e richiedono.
Se vi è una forte ossidazione, è bene eliminarla con spazzolatura o decapaggio.
Per gli spessori oltre 6 mm occorre uno smusso di 60 - 90° C.
Gli spessori sottili possono essere saldati senza materiale di apporto;
quest'ultimo deve in ogni caso essere di qualità adatta rispetto al pezzo da saldare. E' sconsigliabile l'uso di ritagli, sempre ossidati o sporchi.
Oltre alle leghe leggere ed agli acciai inossidabili, possono venire saldati in atmosfera di Argon, con elettrodo al tungsteno, anche i seguenti materiali: acciai dolci e legati; nichel e sue leghe; rame e sue leghe; titanio.
Possono inoltre venire depositati cordoni e superfici anti-usura. Per tutti questi metalli e leghe si impiega corrente continua con polarità negativa all'elettrodo.
Oltre lo spessore di 2 mm è bene utilizzare un prodotto riduttore del tipo normalmente usato per la saldatura al cannello ossiacetilenico.
Oltre i 4 mm è necessario preriscaldare a 260 - 300°C. Nella passata di copertura, pendolare un poco; ripresa con poco o senza materiale d'apporto.
Nelle saldature all’arco elettrico bisogna prestare attenzione a concepire una razionale disposizione delle passate.
A secondo del numero di passate che si fanno bisogna cercare di seguire la seguente regola :
• saldatura in un solo strato: un solo cordone
• saldature con due strati : tre diversi cordoni
• saldature con tre strati : cinque cordoni differenti
Si procede poi adottando sempre aumentando di un cordone ad ogni passata.
Nell’esecuzione della saldatura si seguono poi tutti gli accorgimenti adottati per la saldatura ossiacetilenica sia per quanto riguarda la preparazione del giunto sia sul movimento da dare agli elettrodi.