Difetti di saldatura

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Saldatura a elettrodo rivestito.

Le saldature rappresentano la più importante incognita nell'assemblaggio di manufatti d'acciaio. Non è infatti possibile definire a priori le tensioni che un giunto saldato sia capace di sopportare, se non empiricamente, ossia mediante prove del tipo distruttivo.
Dal punto di vista progettuale si è quindi soliti considerare un giunto saldato come un giunto omogeneo, ove però si utilizzino elevati coefficienti di sicurezza, empiricamente ricavati dalle prove di tipo distruttivo. I costruttori analogamente si impegnano a processare i giunti nelle condizioni standard, nelle quali si sono ricavati i dati empirici. A tal fine vengono stillate le WPS, che fissano le variabili di saldatura in range ristretti che l’operatore deve rispettare al fine di rendere il più possibile la saldatura simile a quella campione e quindi dare un senso ai calcoli progettuali. È già sufficiente quindi non rispettare anche un solo parametro della WPS, per introdurre un difetto di saldatura nel senso largo del termine, in quanto ciò altera le prestazioni teoriche.

Ma normalmente per difetti di saldatura si intendono le imperfezioni fisiche, che fanno precipitare i valori di resistenza e tenacità del giunto saldato in quanto trattasi di inneschi di rottura nonché intensificatori di sforzi che nel più o meno lungo periodo causano la frattura della saldatura.

Struttura della zona di saldatura testa a testa[modifica | modifica sorgente]

le diverse zone individuabili in corrispondenza di una saldatura di testa.
L'area azzurra in corrispondenza della zona di saldatura di due tubi è dovuta all'ossidazione ad una temperatura corrispondente a 316 °C

A seguito di una saldatura testa a testa nella zona saldata si possono distinguere diverse zone:

  • il metallo base è quella parte del giunto saldato che si trova ad una distanza tale dalla saldatura da non risentire delle variazioni termiche causate dai cicli termici di saldatura e pertanto da non subire alterazioni a livello microstrutturale e quindi nelle caratteristiche meccaniche;
  • la zona di influenza o termicamente alterata in cui il materiale base ha subito un'elevazione della temperatura, a seguito dei cicli termici di saldatura, tale da non farlo fondere ma da determinare delle modifiche livello microstrutturale quali:
    • variazioni dimensionali del grano cristallino;
    • formazione di nuovi costituenti strutturali;
  • la zona fusa che si distingue in:
    • zona di penetrazione in cui la temperatura ha determinato la fusione di parte del materiale base e la sua compenetrazione col collante di saldatura
    • materiale d'apporto (proveniente dall'elettrodo)

Tipologia dei difetti[modifica | modifica sorgente]

La tipologia di difetti riscontrabili in una saldatura testa a testa riferita ad un controllo radiografico della stessa può essere così sintetizzata.

  • difetti a carattere allungato
Denominazione Simbolo
cricche Cr
incollatura Col
mancanza di penetrazione al vertice Mpv
mancanza di penetrazione al cuore Mpc
inclusioni di scoria o ossido allungate Scall
tarli T
  • difetti a carattere tondeggiante o poligonale o di forma qualsiasi
Denominazione Simbolo
inclusioni di scoria o ossido o cavità di forma qualsiasi Sc
soffiatura Sof
inclusioni di wolframio o di altri metalli pesanti W
  • difetti a grappolo o diffusi
Denominazione Simbolo
pori e porosità P
nidi di tarli Nt
spruzzi di wolframio Spw
  • difetti di profilo
Denominazione Simbolo
incisioni marginali Im
incisioni al vertice Iv
slivellamenti Sl
eccessi di penetrazione Ep
insellamenti o concavità Ins
solchi trasversali alla ripresa Str
cattivi raccordi tra le passate e maglie irregolari Irr

Difetti dimensionali[modifica | modifica sorgente]

Difetti di saldatura che possono essere interpretati come dimensionali sono una eventuale fusione delle parti in maniera tale che il cordone di saldatura si presenti con una convessità eccessiva tale da formare una calotta convessa che può presentare un innesco per fenomeni di rottura fragile, oppure difetti che possono portare a un sottosquadro della saldatura, creando in tal modo una zona con resistenza meccanica più bassa di quella adiacente.

Inadeguata penetrazione[modifica | modifica sorgente]

Si definisce inadeguata penetrazione il riempimento incompleto della parte inferiore del cianfrino (radice) con il metallo d'apporto. tale difetto può avvenire con o senza slivellamento.

Con il termine slivellamento si definisce una condizione in cui le superfici da saldare non risultano complanari.

L'inadeguata penetrazione può essere dovuta anche a concavità interna.

La concavità interna si forma quando il cordone della prima passata ha fuso entrambi i bordi interni del cianfrino in corrispondenza della radice, ma al centro questo risulta leggermente concavo cioè leggermente sotto la superficie interna dei pezzi da saldare.

Incompleta fusione[modifica | modifica sorgente]

Si definisce incompleta fusione la mancanza di legamento fra i cordoni di saldatura o fra il metallo d'apporto ed il metallo base.

L'incompleta fusione può interessare sia la radice che la sommità del giunto fra il metallo d'apporto ed il metallo base.

Nelle saldature a passate multiple, l'incompleta fusione detta a lembo freddo è invece una discontinuità che interessa l'interno del giunto poiché si può formare fra due cordoni di saldatura adiacenti o fra un generico cordone di saldatura ed il metallo base a causa della mancanza di fusione tra una passata e l'altra.

Cause[modifica | modifica sorgente]

i Difetti di fusione possono essere causati da:

  • un insufficiente apporto termico durante l'esecuzione della saldatura, in questo caso non avviene la fusione di una o entrambe le parti che si volevano assemblare, causato da scarsa tensione, che influisce sulla larghezza del bagno di saldatura, o intensità di corrente, che influisce sulla capacità di penetrazione;
  • un errato posizionamento della torcia saldante, che può essere o un'eccessiva distanza o un'eccessiva inclinazione della torcia saldante;
  • lembi da saldate sporchi o eccessivamente ossidati.

Rimedi[modifica | modifica sorgente]

Per evitare di difetti di fusione si possono seguire i seguenti accorgimenti:

  • preriscaldamento dei pezzi da saldare
  • pulizia della superficie
  • scelta di un idoneo profilo del giunto
  • scelta di idonei elettrodi

Inclusioni gassose[modifica | modifica sorgente]

Le inclusioni gassose sono vuoti, di diversa forma e dimensione, che si vengano a formare nella zona fusa.

Questi difetti a seconda dei casi vengono indicati:

  • pori di forma tondeggiante e dimensioni < 1 mm;
  • soffiature di forma tondeggiante e dimensioni > 1 mm;
  • tarli o porosità vermicolare (wormhole porosity) di forma allungata ad una estremità che si forma quando il gas fuoriesce attraverso il metallo depositato che sta solidificando.

Di norma sono meno pericolosi porosità distribuite rispetto a quelle raggruppate e soffiature di maggiori dimensioni ma minor frequenza

Cause[modifica | modifica sorgente]

Le cause che determinano le inclusioni gassose sono diverse tra queste.

  • gas prodotti a seguito di reazione chimiche che avvengono nel bagno di fusione
  • gas prodotti a causa della presenza di contaminanti
  • gas di schermatura
  • gas risultanti dal filler

Rimedi[modifica | modifica sorgente]

Per eviate questi difetti si possono avere i seguenti accorgimenti:

  • scelta degli elettrodi e del filler
  • preriscaldamento delle parti da saldare
  • pulitura dopo ogni passata
  • minore velocità di deposizione

Inclusioni solide[modifica | modifica sorgente]

Una inclusione è costituita da materiale non metallico intrappolato nel metallo d'apporto o fra il metallo d'apporto e quello base.

Inclusioni di tungsteno[modifica | modifica sorgente]

Sono difetti che possono essere presenti solo in TIG, in quanto provocati dal fatto che l'elettrodo (appunto in lega di tungsteno detto anche wolframio) viene a contatto col bagno di saldatura, lasciando dei frammenti in zona fusa. Questi frammenti formano inclusioni dopo la solidificazione del bagno.

Inclusioni di scoria[modifica | modifica sorgente]

Nei procedimenti di saldatura ad arco sommerso o con elettrodi rivestiti può accadere che la scoria rimanga intrappolata nella zona fusa

Le inclusioni allungate di scoria si trovano usualmente lungo la zona di fusione.

le inclusioni isolate di scoria hanno forma irregolare e si possono trovare in qualsiasi posizione nella saldataura.

L'inclusione non è rilevabile al controllo visivo (anche se ad un occhio esperto alcune particolari conformazioni del cordone di saldatura possono generare sospetti) ma occorre eseguire un controllo volumetrico (radiografia o ultrasuoni) per verificarne la presenza.

Un giunto con inclusioni di scoria non è omogeneo, pertanto presenta una resistenza minore da quella teorizzata dal progettista, inoltre le inclusioni di aspetto sottile e allungato rappresentano, specialmente in presenza di sollecitazioni oscillatorie, un formidabile invito alla rottura.

Cause[modifica | modifica sorgente]

Le inclusioni di scoria si presentano normalmente nei giunti realizzati con il procedimento a passate multiple (elettrodo rivestito o arco sommerso), anche se non si esclude la possibilità di generare inclusioni nei procedimenti a passate singole.
È il tipico difetto operativo dovuto al cattivo maneggio dell'elettrodo rivestito o della torcia di saldatrici a filo animato, per cui la scoria tende ad essere coperta dal metallo d'apporto, anziché salire a galla sul bagno di fusione dove può essere rimossa, oppure, nei procedimenti a passate multiple con elettrodo rivestito, filo animato e arco sommerso, l'inclusione è normalmente dovuta alla cattiva rimozione della scoria della passata precedente.
Una ulteriore causa è l'atmosfera non completamente riducente.

Rimedi[modifica | modifica sorgente]

  • pulizia dopo ogni passata
  • controllo del gas schermante

Cricche[modifica | modifica sorgente]

Le cricche sono delle lesioni che si presentano nella zona di saldatura a causa di l'insorgere di autotensioni generate da brusche variazioni termiche.
Infatti con la solidificazione il bagno di fusione si contrae in quantità sostanzialmente proporzionale, se la contrazione per qualche motivo è contrastata si originano tensioni interne.
Si ricorda che una barra di acciaio lunga l a seguito di una diminuzione di temperatura ΔT si contrae di una quantità Δl pari a:

  • Δl = α l ΔT

con:

pertanto una barra di acciaio di 1 m soggetta ad una contrazione termica di 100 °C si contrae di 1,2 mm, se vogliamo impedire tale contrazione si deve applicare una tensione di trazione pari a 2500 daN/cm².
Nel caso di cianfrinature asimmetrica, (tipo a V o a U), poiché i filetti superiori della saldatura sono più lunghi di quelli della radice la contrazione Δl della parte fusa è maggiore nella parte più esterna e decresce verso la radice centrale e pertanto si viene a determinare una distorsione (rotazione, serraggio, ecc.) dei pezzi saldati.
Se lo smusso è simmetrico (tipo a X), e pertanto teoricamente autocompensanti nei confronti della distorsione, o nel caso precedente ma con distorsione impedita, all'interno del giunto saldato, con la solidificazione, insorgono delle autotensioni che sono di trazione nella parte più esterna e di compressione in quella inferiore, poiché il ritiro dei filetti superiori è contrastato dalla presenza della parte inferiore già solidificata.
Quando le autotensioni superano la resistenza del materiale si innescano le cricche.

Tipologia[modifica | modifica sorgente]

a seconda della loro forma le cricche si classificano in:

  • longitudinali :
    • in zona fusa tipica delle cricche a caldo causata dalla presenza di composti basso fondenti
    • lungo la linea di fusione causata dalla disomogeneità metallurgica tra zona fusa e quella termicamente alterata
    • in zona termicamanete alterata tipica delle cricche a freddo
    • nel materiale base
  • trasversali
    • in zona fusa tipiche delle cricche a freddo
    • in zona termicamanete alterata
    • nel materiale base
  • di piede
  • sotto cordone
  • di cratere: durante la fase di ritiro del materiale fuso si può creare un cratere causato dal risucchio del materiale liquido da parte delle zone circostanti. Le cricche di cratere possono essere:
    • longitudinali
    • trasversali
    • a stella

Cricche a caldo[modifica | modifica sorgente]

Le cricche a caldo sono delle fratture che si generano in zona fusa praticamente in qualsiasi materiale (acciai ferritici ed austenitici, leghe di nichel e leghe di alluminio) a seguito di operazioni di saldatura nel corso della solidificazione del metallo saldato. Hanno generalmente un andamento longitudinale rispetto al cordone di saldatura e si generano a partire dal punto del cordone di saldatura che raffredda più lentamente (normalmente il centro del cordone).

Cause[modifica | modifica sorgente]

Sono dovute alla presenza, nel bagno di saldatura, di impurità bassofondenti (zolfo, fosforo) che accumulandosi nelle zone del cordone di saldatura a raffreddamento più lento, rimangono fuse (in virtù del loro basso punto di fusione) quando il resto del materiale è già solidificato, solidificando successivamente generano delle cavità di ritiro (cricche di cratere).

Le cricche a caldo possono essere dovute da un materiale base ad alto tenore di carbonio.

Rimedi[modifica | modifica sorgente]

Per prevenire la formazione di cricche a caldo è necessario curare la pulizia dei lembi per non contaminare il bagno di saldatura con impurezze bassofondenti (polvere e sporcizia in genere), ed operare in modo da ottenere un raffreddamento rapido del giunto, per non dare il tempo alle eventuali impurezze di accumularsi al centro del cordone. È inoltre sempre opportuno utilizzare materiali che abbiano un intervallo fra liquido e solido quanto più ridotto possibile.

Cricche a freddo[modifica | modifica sorgente]

Le cricche a freddo sono delle fratture che si generano a seguito di una saldatura, quando il giunto è completamente raffreddato, per questo motivo i controlli atti a ricercare tale difetto, si effettuano di norma almeno 16 ore dopo l'esecuzione del giunto.

Questo tipo di cricca presenta un andamento generalmente trasversale rispetto al cordone di saldatura e tende propagarsi anche nel materiale base.

Cause[modifica | modifica sorgente]

Si genera prevalentemente nella zona termicamente alterata a causa della concomitanza di tre fattori: presenza di idrogeno (derivato dall'umidità dei lembi o del materiale d'apporto), presenza nella matrice del materiale di "zone di tempra" (dovute ad un raffreddamento del giunto troppo veloce), presenza di tensioni residue (fenomeno in saldatura comunque inevitabile).

Questo difetto è possibile negli acciai con matrice ferritica o martensitica (acciai al carbonio, acciai al Cr-Mo, ecc.), mentre gli acciai con matrice austenitica (acciai inox al Cr-Ni) ne sono praticamente esenti.

Difetto diffuso anche nelle saldature a stagno quando lo stagno fuso tra un filo e una traccia di un circuito stampato, questo non si unisce e poi quando raffreddato, il filo si stacca con la goccia di stagno attaccata.[senza fonte]

Rimedi[modifica | modifica sorgente]

Per scongiurare l'insorgere di cricche a freddo è necessario:

  • utilizzare materiali d'apporto ben essiccati quando possibile (elettrodi e flussi al rutilo non sopportano alte temperature di essiccazione),
  • operare un preriscaldo dei lembi per: eliminare ogni traccia di umidità, rallentare la velocità di raffreddamento del giunto, far dilatare impercettibilmente i lembi e diminuire così le tensioni residue. Può essere utile anche un trattamento termico di distensione per ridurre al minimo le tensioni residue o di preriscaldo per ridurre le velocità di raffreddamento.

Incollaggi[modifica | modifica sorgente]

Gli incollaggi si presentano quando si forma una strato di ossido tra la zona fusa e il lembo da saldare.

Questo strato determina una riduzione della resistenza meccanica del giunto.

Incisioni marginali[modifica | modifica sorgente]

L'incisione marginale è un solco scavato dal metallo liquido nel metallo base adiacente il cordone esterno o di radice di una saldatura e che non viene riempito dal metallo di saldatura.

Bruciature[modifica | modifica sorgente]

Una bruciatura è quella zona di cordone di radice dove l'eccesso di penetrazione ha causato la caduta del bagno di saldatura attraverso l'intradosso dei pezzi saldati.


Normativa[modifica | modifica sorgente]

  • API 1104 - Norma per la saldatura delle tubazioni e dei pezzi speciali

Voci correlate[modifica | modifica sorgente]

Bibliografia[modifica | modifica sorgente]

  • (EN) AAVV, Welding Handbook, American Welding Society (Miami FL), Ninth Edition, 2004