Influenza della scelta dei gas di protezione nella saldatura TIG orbitale

Il gas di protezione è il secondo elemento più importante – dopo l’elettrodo – nel processo di saldatura TIG.

Attualmente sul mercato è disponibile un’ampia gamma di gas di protezione appositamente studiati per il processo di saldatura TIG.

Reattività chimica

In generale, i gas di protezione vengono classificati in tre categorie a seconda della loro reattività chimica. Questa classificazione consente di scegliere il gas più adatto in base alle proprietà dei metalli che si desidera saldare e al tipo di risultato di saldatura richiesto.

GAS INERTI

I gas inerti sono monoatomici, come l'argon, l'elio e le loro miscele, indipendentemente dalla composizione. Non si verificano reazioni con il metallo fuso. Questi gas vengono utilizzati per la saldatura TIG, la saldatura MIG dell'alluminio e delle sue leghe, nonché per la saldatura al plasma.

GAS OSSIDANTI (ATTIVI)

These gases cause a more important oxidation of the surface of the weld seam and they have a higher oxidation index. These gases are the following: oxygen (only in a blend with <6%), carbon dioxide and in the same way the blends of carbon dioxide: argon/carbon dioxide, argon/carbon and dioxide/oxygen. The carbon dioxide is an inert gas at ambient temperature and active at welding temperature. This kind of gas is used for manual, automatic and robotised MAG welding.

GAS DI RIDUZIONE (ATTIVI)

Si tratta di idrogeno e, ovviamente, di tutte le miscele come quella di argon e idrogeno.

L'idrogeno consuma l'ossigeno e tutti i gas ossidanti; per questo motivo viene definito un gas riducente. L'uso dell'idrogeno migliora l'aspetto del cordone di saldatura (poiché riduce gli ossidi) e, grazie alla sua conduttività termica, influisce direttamente sul profilo di penetrazione e sulla velocità di saldatura. Si sconsiglia l'uso dell'idrogeno con gli acciai ferritici.

Potenziale ionizzante, conducibilità termica e chimica della deposizione

Il potenziale di ionizzazione dei gas di protezione è un aspetto molto importante nella saldatura TIG orbitale, poiché influisce direttamente sulla velocità di saldatura e sulla penetrazione.

La tabella che segue riporta alcuni valori relativi al potenziale di ionizzazione degli atomi e delle molecole più comuni.

Qui si può notare che il potenziale di ionizzazione dell’argon è pari a 15,76 eV. Ciò significa che l’argon è un gas ideale per l’innesco dell’arco. Maggiore è il potenziale di ionizzazione, più facile risulta l’innesco dell’arco. L’elio ha un potenziale di ionizzazione di 24,6 eV e produce una tensione d’arco elevata. Una tensione d’arco più elevata consente velocità di saldatura più elevate e influisce sulla forma della penetrazione.

CONDUTTIVITÀ TERMICA

Un altro fattore fondamentale è la conduttività termica, ovvero la capacità di trasmettere il calore. Ogni gas di protezione utilizzato nella saldatura orbitale presenta una conduttività termica che varia in funzione della temperatura. Maggiore è la conduttività del gas, più caldo sarà l’arco di saldatura.

STABILITÀ DELL'ARCO

È possibile migliorare la stabilità dell'arco utilizzando un gas ossidante come l'ossigeno o la CO₂. Il loro impiego determina la formazione di un deposito di ossidi sulla superficie, che contribuisce a mantenere la stabilità dell'arco.

CHIMICA DELLA DEPOSIZIONE

Il gas di protezione influisce notevolmente sulle caratteristiche chimiche del processo di deposizione. Si tratta di gas attivi quali: O₂, CO₂, N₂, H₂.

Effetti dell'idrogeno e dell'azoto

EFFETTI DELL'IDROGENO

L'idrogeno è un gas riducente; contribuisce a ridurre la percentuale di ossigeno sia nel deposito che sulla superficie del pezzo.

Inoltre, per motivi metallurgici, l'idrogeno non deve essere utilizzato per:

• Saldatura multistrato
• Acciai inossidabili non austenitici
• Acciai temprati

EFFETTI DELL'AZOTO

L'azoto viene utilizzato principalmente in combinazione con altri gas per proteggere gli acciai inossidabili, i duplex e i super duplex (struttura ferritico-austenitica). Contribuisce infatti a favorire la formazione dell'austenite e, al contempo, migliora la resistenza alla corrosione puntiforme.

FORMA DELL'ARCO

La conduttività termica descrive il trasferimento di calore dal centro verso la parte esterna della colonna dell'arco e, di conseguenza, verso l'asse centrale dell'arco, dove la temperatura raggiunge il suo livello massimo.

L'argon ha una bassa conduttività termica e crea una concentrazione di energia al centro dell'arco. Come illustrato nella figura sottostante, un arco elettrico è rappresentato da due elementi:

– L'asse centrale, che presenta la temperatura più elevata e che determina la forma della penetrazione.

– La forma dell'arco di saldatura dipende anche dalla densità relativa del gas di saldatura rispetto all'aria ambiente; minore è la densità del gas, più l'arco risulterà allargato.

Ar: Penetrazione limitata, scarsa bagnabilità

Ar/O₂: penetrazione limitata, buona bagnabilità

CO2: Penetrazione corretta, radice robusta (ottima compattezza), bagnatura moderata

Ar/CO₂: penetrazione più uniforme e minore bagnabilità rispetto all’Ar/O₂

Lui: Area di fusione allargata, radice robusta e buona bagnabilità

Ar/He: l’area di fusione è più ampia e più estesa alla base rispetto a quella ottenuta con l’argon.

Gas di protezione di supporto

La protezione con gas di protezione è fondamentale per tutti gli acciai leggermente o altamente legati, nonché per gli acciai esotici e tutti gli acciai inossidabili.

Il gas di supporto può non essere necessario per alcuni acciai al carbonio, ma è vivamente raccomandato per tutte le applicazioni di saldatura TIG orbitale, poiché crea una protezione del cordone di saldatura interno e migliora il controllo del bagno di fusione.

La scelta del gas di supporto influisce direttamente sulle caratteristiche del materiale e sulla colorazione dei cordoni di saldatura.

Conclusione:

Anche nella saldatura TIG orbitale, il gas di protezione giusto può spesso aumentare notevolmente la produttività. Ci auguriamo che questo manuale vi aiuti a scegliere il gas più adatto in base al risultato finale desiderato e al processo di saldatura che utilizzate. Le macchine AXXAIR vi aiuteranno a preimpostare e a registrare una serie di parametri.Richiedete una dimostrazione persaperne di più sulle macchine AXXAIR.