La saldatura ossiacetilenica è un processo di saldatura a gas che utilizza ossigeno e acetilene per la produzione della fiamma. Questi gas prodotti e tenuti separati ( in bombole diverse ) vengono convogliati in un apparecchio detto cannello, dal quale escono perfettamente mescolati e in proporzione adatta.
La saldatura ossiacetilenica per l’elevata temperatura di fiamma , consente di saldare anche i materiali più resistenti come l’acciaio.
Manovrando in maniera opportuna il cannello, si possono fondere bene i bordi del materiale base prima di introdurvi il materiale di apporto in modo da ottenere così un’ottima penetrazione.
Questa tecnica di saldatura viene preferita alla saldatura elettrica nella saldatura di piccoli spessori, in quella di recipienti e soprattutto nella saldatura di metalli non ferrosi quali rame, ottone, bronzo, alluminio.
Con l’impiego di cannelli di grande potenza si potrebbero saldare spessori fino a 30 mm, ma la maggiore economia conseguibile con la saldatura elettrica ne limita l’uso a spessori ridotti.
Con la fiamma ossiacetilenica può anche essere eseguito il taglio, riuscendo ad avere taglio di forme molto complicate con minima spesa.
Vediamo ora i materiali occorrenti per eseguire una buona saldatura ossiacetilenica:
- ACETILENE –OSSIGENO – MATERIALE D’APPORTO -SOLVENTI Una buona saldatura non deve presentare differenze nelle caratteristiche sia meccaniche che chimiche tra materiale e cordone, questo non è facile
da ottenere , anche usando un materiale di apporto uguale al materiale base, questo perché durante la fusione, una parte dei componenti bruciano e si volatilizzano.
Si cerca quindi di impiegare barrette di composizione speciale che nel caso dell’acciaio possono essere arricchite con carbonio e manganese per compensare le eventuali perdite.
In questa tecnica non c’è protezione con gas inerte, quindi il metallo fuso è a contatto diretto con l’aria, ed essendo estremamente sensibile si ossida;
questi ossidi devono essere eliminati perché altrimenti si verrebbe a ridurre la resistenza della saldatura.
Per alcuni metalli, come per gli acciai, gli ossidi sono più leggeri del metallo fuso , quindi galleggiano sulla superficie e vengono facilmente eliminati.
Per altri metalli invece, gli ossidi sono più pesanti e fondono a temperatura più elevata ( questo è il caso dell’alluminio il cui ossido, l’allumina, fonde ad una temperatura maggiore ) , in questo caso bisogna ricorrere all’uso di particolari solventi, che si trovano in commercio sotto forma di polveri, paste o liquidi, che combinandosi con gli ossidi, formano quindi composti più leggeri che quindi galleggiano, e diventano quindi facilmente asportabili.
In funzione del materiale da saldare viene scelto il solvente più appropriato.
Questi solventi si usano spalmandone i bordi della superficie da saldare o immergendo di tanto in tanto la punta calda della bacchetta che costituisce il materiale di apporto.
Ossigeno
L’ossigeno è l’elemento più diffuso in natura, l’aria ne contiene circa il 20%, tenuto isolato da altri elementi l’ossigeno non è ne infiammabile, ne esplosivo, ma è stabile a qualsiasi temperatura e pressione.
Si combina con quasi tutti gli elementi generando calore, questo fenomeno è detto combustione,e viene sfruttato per fondere il materiale di apporto nelle saldature e per praticare taglio al cannello dei metalli.
L’ossigeno puro solitamente è ricavato separando dall’aria gli altri elementi , l’ossigeno puro al 100% però è difficilmente ottenibile, ci si accontenta di livelli di purezza che possono arrivare al 98%.
L’ossigeno è posto in commercio in bombole di acciaio dentro le quali viene compresso a pressione variabile tra 125 e 150 atmosfere.
La costruzione il collaudo e il trasporto di queste bombole sono regolate dalla legge in modo da garantire la pubblica incolumità, queste bombole devono avere un’incisione in cui si riporta il nome del gas contenuto, il nome della ditta che ha costruito la bombola, la data di fabbricazione e collaudo, pressione massima a cui può essere utilizzata e il volume in litri della bombola .
Il saldatore deve contribuire alla buona manutenzione della bombola, per garantire la propria incolumità e quella degli altri operatori, se le bombole sono piene devono essere tenute lontane da fonti di calore di qualsiasi genere, e nella stagione estiva bisogna tenerle al fresco in modo da evitare che l’aumento di volume provochi l’esplosione della bombola.
Bisogna evitare che le bombole subiscano urti, sia durante il trasporto che durante l’uso, sia che esse siano piene sia che siano vuote.
A volte si rende necessario valutare il contenuto in volume di una bombola riportato alla pressione atmosferica, questo si riesce a fare con un calcolo semplice.
Si moltiplica il volume della bombola impresso sulla bombola per la pressione che ci viene data dal manometro.
Ad esempio se su una bombola di 40 litri contenente ossigeno a 125 atmosfere conterrà :
40 x 125 = 5000 litri
Se vogliamo conoscere il volume di ossigeno consumato per un determinato lavoro , basterà calcolare la differenza tra volume iniziale e il volume a lavorazione ultimata.
Esempio: ad inizio lavorazione il manometro da una pressione di 100 atmosfere, a fine lavorazione abbiamo 75 atmosfere, il volume di ossigeno consumato riportato alla pressione atmosferica sarà :
volume iniziale ossigeno : 40 x 100 = 4000 litri volume finale ossigeno : 40 x 75 = 3000 litri ossigeno consumato : 4000- 3000 = 1000 litri
Questi calcoli sono ovviamente approssimati perché i manometri istallati sugli estintori normalmente non sono troppo precisi, ci danno comunque un’indicazione sull’ossigeno che abbiamo a disposizione.
Volendo un’indicazione più precisa si ricorre al metodo della pesata , in questo caso bisogna tener presente che 1000 litri di ossigeno pesano 1,380 Kg.
Esempio: prima della lavorazione la bombola pesava 68,5 Kg alla fine pesa 64,85Kg , la differenza della pesata sarà quindi 3,650 Kg, per avere il contenuto in litri si dovrà moltiplicare per 1000 e dividere 1,380 in questo caso il risultato è di 2645 litri.
Tutte le bombole sono provviste di una valvola che ha lo scopo di aprire e chiudere il passaggio dell’ossigeno, non si deve usare mai grasso , olio o altre sostanze combustibili per lubrificare la valvola.
Come abbiamo visto, le bombole di ossigeno sono poste in commercio alla pressione di 125 - 150 atmosfere, ma per saldare occorre che il gas effluisca ad una pressione assai più bassa, compresa tra le 0,5 e le 2 atmosfere per saldare.
Per abbassare la pressione si usano appositi riduttori di pressione ,che hanno il compito di fare uscire dalla bombola il gas alla pressione di lavoro e mantenere questa pressione costante, mentre la pressione interna della bombola diminuisce pian piano.
In figura sono rappresentati i due manometri, uno ci da indicazione della pressione interna ( chiamato manometro di alta pressione ) mentre l’altro ci indica a che pressione stiamo lavorando.
Anche il riduttore di pressione non deve essere lubrificato con sostanze infiammabili.
Se abbiamo grosse officine di saldatura l’ossigeno è distribuito alle varie utenze mediante tubazioni che partono da una centrale dell’ossigeno.
Acetilene
Acetilene è un idrocarburo in forma gassoso, è incolore e se ben depurato è inodore. Alla pressione atmosferica pesa 1,117 Kg per 1000 litri, puro e a temperatura ambiente non è esplosivo.
Se viene mescolato con aria , e ancora di più se viene mescolato con ossigeno , forma delle miscele esplosive , per questo motivo i locali dove avvengono le saldature devono essere ben areati per impedire concentrazioni pericolose di miscela esplosiva.
È un gas molto solubile nell’acetone , e così disciolto non è più esplosivo fino a 20 atmosfere di pressione. Questa proprietà consente il trasporto in bombole senza nessun pericolo.
Alla pressione atmosferica l’acetone scioglie 24 litri di acetilene per ogni litro, con l’aumentare della pressione la solubilità cresce di circa 24 litri per ogni atmosfera ( a 10 atmosfere riuscirebbe a sciogliere 240 litri ).
In impianti dove le saldature ossiacetileniche sono molto utilizzate la produzione dell’acetilene è fatta in cantiere in appositi mezzi detti gasogeni.
Nelle officine dove la saldatura non viene praticata in maniera costante si usano apposite bombole che contengono acetilene disciolto in acetone, le bombole che si usano sono molto simili a quelle per il trasporto dell’ossigeno.
Aprendo la valvola della bombola, la pressione diminuisce, e l’acetilene si sviluppa come avviene per l’anidride carbonica nelle bibite gasatte.
Normalmente le bombole sono fornite ad una pressione di 15 atmosfere, ed è una buona norma non superare mai le 20 atmosfere, tenere le bombole lontane da qualsiasi fonte di calore, mentre non hanno rischio di congelamento, non devono mai essere disposte orizzontalmente perché altrimenti al primo utilizzo ci sarebbe l’uscita di acetone (anche se oggi ci sono delle speciali valvole che impediscono la fuoriuscita di acetone), la perdita di acetone costituisce sia una perdita economica, e sia un rischio per il saldatore in quanto l’acetone è nocivo se ispirato in grandi quantità.
La fuoriuscita di acetone ci può essere anche quando si richiedono grandi portate di acetilene, infatti se la richiesta supera gli 800-1000 litri all’ora, si procederà ad usare più bombole in serie.
Le valvole e i riduttori di pressione sono gli stessi di quelli utilizzati per le bombole di ossigeno.
La valutazione dell’acetilene consumato in questo caso si fa per doppia pesata , sapendo che il peso di 1000 litri di acetilene è 1,11 Kg.
L’acetilene disciolto è assai puro e consente di ottenere buone saldature senza bisogno di effettuare la depurazione.
In questo caso l’impianto si riduce a sole 2 bombole una per l’ossigeno e una per l’acetilene, che si distinguono dalle altre perché hanno nella parte superiore una fascia di colore arancione.
Sulle bombole di acetilene ci sono delle valvole di sicurezza che servono per impedire che l’ossigeno trovando un’ostruzione nel cannello possa risalire e entrare nella bombola dell’acetilene creando una pericolosa miscela esplosiva.