APPUNTI DELLA LEZIONE DEL 02/03/2021
SALDATURA AD ARCO A FILO CONTINUO CON PROTEZIONE DI GAS
MIG = Metal Arc Inert Gas cioè gas MAG Metal Arc active Gas
GAS DI PROTEZIONE
I gas di protezione utilizzati nei procedimenti di saldatura M.I.G.-M.A.G. sono essenzialmente di due categorie: inerti ed attivi.
Appartengono alla prima categoria l'argon, l'elio e le miscele argon-elio mentre si definiscono attivi i gas quali l'anidride carbonica, le miscele di argon con ossigeno o anidride carbonica.
INERTI
L'Argon (Ar) è un gas inerte, prodotto dalla distillazione frazionata della atmosfera. E' un gas estratto dall'aria quindi può contenere tracce di impurità quali ossigeno, azoto o vapore d'acqua; risulta comunque essere adatto a quasi tutte le applicazioni in saldatura. E’ più pesante dell’aria, (densità/peso specifico) protegge meglio il bagno di fusione perché la gravità lo mantiene in prossimità del cordone.
L'utilizzo di questo gas nelle applicazioni M.A.G. permette di avere una buona stabilità dell'arco e un facile innesco. Considerata inoltre la bassa conduttività termica, la parte centrale della colonna d'arco si mantiene a temperature elevate rendendo più fluide le gocce di materiale che transitano nella zona d'arco.
L'Elio (He) è un gas inerte, piuttosto raro, scarsamente presente nell'atmosfera e ricavato dal sottosuolo:
di conseguenza risulta essere molto più costoso rispetto all'argon. Le caratteristiche dell'elio, confrontate con quelle dell'argon, vedono una minore stabilità dell'arco ma una maggiore penetrazione; il suo utilizzo è preponderante nel caso di saldature su grossi spessori e su materiali ad alta conducibilità termica quali ad esempio, il rame e l'alluminio.
Poichè l'elio, a differenza dell'argon, è meno pesante dell'aria quindi più volatile, è necessaria una maggiore quantità di gas per assicurare la giusta protezione alla zona interessata alla saldatura. Ma è maggior conduttivo a livello elettrico quindi miglior trasporto di corrente permette una maggiore
ATTIVI
L'Anidride Carbonica (CO2) e' un gas attivo, è presente nell'aria e nel sottosuolo. Il più diffuso problema causato da questo tipo di protezione è quello di provocare la formazione di eccessivi spruzzi e l'instaurarsi di un arco instabile; il mantenimento di un arco piuttosto corto e di lunghezza costante consente comunque di avere un buon controllo dello stesso. Con la protezione in CO2 si ottengono generalmente buone penetrazioni. Aumenta la stabilità d'arco e il trasferimento del metallo dal filo-elettrodo al bagno Miscele attive. Spesso si possono sfruttare le qualità dei singoli gas, utilizzando come protezione gassosa una loro miscela come ad esempio Argon-Ossigeno, Argon-Ossigeno-CO2, Argon-CO2.
Anche se i gas inerti allo stato puro sono in grado di svolgere la loro azione protettiva a qualsiasi temperatura, l'aggiunta di gas attivi migliora la stabilità d'arco e il trasferimento del metallo dal filo- elettrodo al bagno. Questo avviene senza pregiudicare l'azione protettiva.
La saldatrice per ogni tipologia è composta da:
1. generatore
2. torcia con fascio cavi 3. trainafilo
4. gruppo di raffreddamento ad acqua
5. bombola di gas con sistema di regolazione 6. morsetto con cavo di massa
Generatore di corrente
Il generatore è un dispositivo che ha il compito di alimentare la zona di saldatura con il materiale di apporto, mediante l'utilizzo di una torcia apposita, e mantenere acceso l'arco elettrico che si forma tra il pezzo da saldare e il filo-elettrodo fusibile. A differenza dei generatori di saldatura M.M.A. e T.I.G., nei quali è presente un unico parametro di regolazione (corrente di saldatura), nei generatori M.I.G.-M.A.G. sono presenti due dispositivi di regolazione, uno che regola l'intensità dell'arco elettrico (tensione di saldatura), l'altro che regola la velocità di apporto del filo di saldatura (corrente di saldatura).
Le tipologie di generatori rientrano in due categorie:
a) generatore in corrente continua DC (direct current)
I generatori in corrente continua sono i più diffusi e sono caratterizzati da una elevata stabilità; questo perché si basano sul fatto che un arco elettrico alimentato a tensione costante e generato su un filo che viene apportato a velocità costante tende a stabilizzarsi naturalmente.
I parametri della tensione e della velocità del filo possono essere selezionati con una certa tolleranza data la flessibilità del processo. In questo modo si può ottenere il trasferimento delle gocce, dal materiale di apporto al materiale da saldare, sia con il procedimento a immersione "short arc" sia con il procedimento a spruzzo "spray arc".
b) generatori in corrente pulsata
In questo caso la grandezza regolata nel generatore non è più la tensione, ma la corrente, che non viene mantenuta costante ma viene modulata con un treno di impulsi (da qui il nome "pulsato"). Gli impulsi
stabilizzazione naturale dell'arco, quindi impulsi e velocità del filo devono essere ben sincronizzati per ottenere una saldatura accettabile.
Sia nel primo che nel secondo caso, la regolazione è affidata ad almeno due manopole; recenti ricerche sul settore hanno permesso di sviluppare e commercializzare saldatrici del tipo "sinergico", nelle quali l'operatore agisce su una sola manopola di controllo.
Nel generatore, infatti, vengono memorizzati dal costruttore i parametri ottimali di saldatura che possono essere richiamati e/o corretti dall'operatore, in funzione alle esigenze del lavoro da eseguire.
La diversa connessione dei poli della sorgente di saldatura al materiale da saldare identifica due modalità di esercizio:
i) corrente continua con polarità diretta
Con la polarità diretta la torcia viene collegata al polo negativo e il materiale da saldare al polo positivo della sorgente erogatrice; questo tipo di connessione viene utilizzata solo nella saldatura con fili animati (FLUX).
ii) corrente continua con polarità inversa
La saldatura con questa modalità può avvenire collegando la torcia al polo positivo della sorgente e il pezzo da saldare al polo negativo della macchina erogatrice; è il collegamento più frequentemente utilizzato.
Torcia con fasci con cavi
La torcia, che consente di trasferire il metallo di apporto alla zona di saldatura, ha il corpo isolato esternamente, inoltre permette il passaggio del filo-elettrodo, del gas e della corrente.
L'impugnatura della torcia contiene un pulsante di comando adibito all'accensione della corrente, alla fuoriuscita di gas e all'avanzamento del filo-elettrodo. Il fascio cavi è costituito da un conduttore di corrente, dell'acqua di raffreddamento nonché dalla guaina guida-filo. Esistono in commercio diversi tipi di torce o pistole di saldatura.
Le torce raffreddate ad acqua sono usate quando le intensità di corrente impiegate sono tali da generare notevoli quantità di energia termica; sono da utilizzarsi per correnti di lavoro superiori a 300 A o nel caso di correnti pulsate. Le torce autoraffreddate sono raffreddate dal gas di protezione e vengono impiegate quando le correnti di lavoro sono inferiori a 300 A; il loro utilizzo è assai diffuso.
Anche le torce a collo d'oca sono raffreddate dal gas di protezione e vengono usate per applicazioni a bassa intensità di corrente (trasferimento a immersione - short arc).
La torcia per saldatura
Nell'immagine è riportato un spaccato di una torcia per saldatura MIG/MAG. Nello spaccato è possibile individuare le parti principali che compongono la torcia:
1.Impugnatura
2.Isolante (in bianco) e inserto filettato per la guida del filo (in giallo) 3.Ugello per il gas di protezione
4.Pattino di contatto fra alimentazione elttrica e filo (guidafilo) 5.Bocchello di alimentazione del gas di protezione
In alcuni casi la torcia ha un circuito di refrigerazione alimentato con acqua
Trainafilo
Il trainafilo è un apparecchio azionato da un motore la cui funzione è quella di spingere il filo-elettrodo, dapprima avvolto in una bobina, verso la torcia e quindi alla zona di saldatura. La scelta del valore della velocità di avanzamento del filo è effettuata agendo sull'organo di regolazione del motore;
una data velocità di avanzamento del filo implica una determinata velocità di fusione e quindi un valore definito della corrente di saldatura. Un elemento distintivo di un trainafilo risulta il numero di rulli preposti all'avanzamento del filo; apparecchi a 4 rulli consentono di avere una maggiore regolarità di avanzamento del filo rispetto ad apparecchi a 2 rulli.
Gruppo di raffreddamento ad acqua
Il gruppo di raffreddamento ad acqua è un dispositivo utilizzato per il raffreddamento della torcia, se questa è raffreddata ad acqua, qualora le elevate correnti di saldatura in gioco provochino sovrariscaldamenti eccessivi. Esso, attraverso una pompa, consente la continua circolazione dell'acqua nella torcia e, tramite un sistema di raffreddamento, ne controlla il surriscaldamento.
Bombola di gas con sistema di regolazione
La bombola contiene il/i gas di protezione quali Argon, Elio, Anidride Carbonica e loro miscele, ed è corredata da un manometro con annesso riduttore di pressione, impiegato per segnalare la quantità di gas all'interno della bombola nonché da una elettrovalvola, comandata da un pulsante posto sulla torcia, che apre e chiude il flusso di gas a seconda di quando si inizia o si termina la saldatura.
Morsetto con cavo di massa
La pinza con cavo di massa consente il collegamento elettrico tra il generatore di corrente e il materiale base da saldare. Il cavo deve avere una sezione e una lunghezza in funzione dell'amperaggio massimo della sorgente di saldatura.
MODALITÀ TRASFERIMENTO MATERIALE DI APPORTO:
Cortocircuito
A spruzzo/spray
Arco pulsato
Nel procedimento di saldatura M.I.G.-M.A.G. le modalità del trasferimento del metallo d'apporto dal filo- elettrodo (pieno o animato) al bagno di fusione dipendono, oltre che dai parametri elettrici di saldatura, anche dal diametro del filo, dal tipo di generatore utilizzato e dal gas impiegato. In base a questi parametri il trasferimento delle gocce può avvenire con:
1. Trasferimento a immersione (short-arc, dip-transfer o a corto circuito) 2. Trasferimento a spruzzo (spray-arc)
3. Trasferimento a impulsi o ad arco pulsato (pulsed-arc)
1. trasferimento a immersione (short-arc, dip-transfer o a corto circuito)
Il metallo di apporto si trasferisce nel bagno di fusione sotto forma di gocce che si immergono nel bagno stesso, creando continui cortocircuiti.
La corrente che percorre il filo non è abbastanza alta da portarlo alla temperatura di fusione, quindi il filo viene a contatto con il bagno, provocando un corto circuito fra i due metalli che, facendo aumentare la corrente, fonde l'estremità del filo, cioè il metallo non viene trasferito attraverso l'arco. In genere la frequenza con cui avvengono i cortocircuiti è mantenuta fra 20 e 200 per secondo. In questo modo vengono generate una serie di piccole "pozzanghere" che solidificano velocemente, data la temperatura relativamente bassa. Quindi questa modalità di trasferimento è particolarmente adatta a saldature su piccoli spessori, saldature in posizione (verticale o sopratesta) o per chiudere aperture formate in seguito a lavorazioni o riparazioni. In genere si evita di usare questa forma di trasferimento, dato che provoca livelli molto alti di spatter.
Tale trasferimento "short arc" è caratterizzato dalla presenza di intensità di correnti fino a 200 A, dall'utilizzo di fili pieni sottili, da 0,6 mm a 1,2 mm, rendendo così possibile la saldatura di piccoli spessori e la saldatura in tutte le posizioni. Si ottiene con generatori in corrente continua.
2. trasferimento a spruzzo (spray-arc)
Tale modalità prevede che le gocce di materiale d'apporto non vengano trasferite per contatto al bagno di fusione bensì, per effetto dell'elevata corrente, vengono spruzzate nel bagno stesso, creando un flusso continuo di materiale.
Il filo fonde formando un gran numero di gocce di piccole dimensioni, con correnti più alte di quelle richieste per il trasferimento a gocce. In questo modo si ottiene un trasferimento in un arco molto stabile, praticamente privo di spatter. La corrente sopra la quale avviene questo tipo di trasferimento è indicata come corrente di transizione a spruzzo, sopra questa corrente la velocità di trasferimento passa da poche gocce per secondo a 200-300 gocce per secondo. Dato che le dimensioni delle gocce sono molto più piccole di quelle generate nel trasferimento a gocce, la forza di gravità è inferiore alle forze elettriche provocate dall'arco, quindi questa modalità può essere usata (con difficoltà) anche in posizioni diverse da quella orizzontale. Questa modalità di trasferimento, richiedendo correnti elevate, e quindi un elevato apporto termico, non è consigliabile quando vengono saldati piccoli spessori Questa caratteristica si ottiene con generatori in corrente continua quando le correnti in gioco sono elevate, maggiori di 200 A, e i fili sono di diametro superiore a 1 mm. Viene generato un bagno di fusione molto fluido e di notevole penetrazione, adeguato alla saldatura in posizione piana soprattutto su medi e grossi spessori.
3. trasferimento a impulsi o ad arco pulsato (pulsed-arc)
Questo procedimento è ottenibile solamente con generatori in corrente pulsata. Le pulsazioni infatti causano lo stacco di gocce di piccole dimensioni, e quindi permettono di ottenere la caratteristica dell'arco a spruzzo (spray arc) anche a correnti basse. L'apporto termico, le dimensioni del bagno e la penetrazione sono molto simili alla modalità "spray arc". Questo procedimento trova grossa applicazione nei materiali come l'alluminio o l'acciaio inossidabile, dove il procedimento short arc non garantisce risultati in saldatura qualitativamente sufficienti.
In pratica la macchina genera per una certa percentuale (generalmente il 70%, ma può essere aumentata o ridotta a seconda delle circostanze) del periodo (fissato sulla macchina) una corrente inferiore alla corrente di transizione a spruzzo. In questa fase il filo si scalda, ma non produce gocce che vengono trasferite, e contemporaneamente viene mantenuto l'arco che scalda il bagno di saldatura. Dopo la pausa, la corrente viene innalzata (generalmente a gradino) ad un valore superiore a quello della corrente di transizione, quindi per un certo tempo (qualche ms) trasferisce il filo nel bagno in modalità a spruzzo.
Nelle macchine di saldatura più moderne è possibile modificare la forma d'onda (per esempio, gestendo la riduzione di corrente dopo il trasferimento a spruzzo). Questo modo di impiego della macchina per saldare ha notevolmente ridotto la difficoltà di saldare con questa tecnologia, ed il basso costo dei componenti elettronici ha permesso di contenere entro limiti accettabili il costo delle macchine stesse
