Processi di saldatura per le strutture in carpenteria metallica

La saldatura è un processo produttivo utilizzato per ottenere prodotti facilmente assemblabili in cantiere, anche molto complessi, ricavati da più componenti in acciaio che vengono resi continui grazie all’unione chimico-fisica di giunti. L’unione viene garantita in maniera permanente dalla fusione del materiale che compone il materiale di base (che costituisce le parti da assemblare) e, a seconda della tecnica impiegata, anche del metallo d’apporto (introdotto allo stato fuso).
Le Norme Tecniche per le Costruzioni stabiliscono che la saldatura, sia per quanto riguarda le attività in officina sia per quelle in cantiere, deve avvenire con uno dei procedimenti all’arco elettrico (§11.3.4.5 delle NTC2018 – Processo di saldatura) definiti dalla norma UNI EN ISO 4063. Sono tuttavia ammessi procedimenti diversi purché sostenuti da adeguata documentazione teorica e sperimentale.

L'arco elettrico

L’arco elettrico è la manifestazione fisica del passaggio di corrente attraverso un mezzo gassoso ionizzato. Consideriamo due elettrodi fusibili o infusibili posti in aria (gas non ionizzato) ad una certa distanza tra loro. In condizioni normali, se vogliamo che tra essi ci sia un arco elettrico e quindi un passaggio di corrente nel mezzo gassoso tra essi interposto, dobbiamo collegarli ad una sorgente di forza elettromotrice e fornire una tensione molto elevata.

Sotto queste condizioni gli elettroni degli atomi costituenti il catodo (polo negativo) riescono ad allontanarsi ed essere accelerati verso l’anodo (polo positivo). Nel loro cammino dal catodo all’anodo, tali elettroni urtano violentemente gli atomi costituenti l’aria, ionizzandoli e formando altre particelle cariche che vengono accelerate verso l’elettrodo di segno opposto e che contribuiranno alle successive ionizzazioni. Tale ionizzazione avviene generando una forte quantità di calore ed una intensa luminosità.

Si ha così la formazione dell’arco elettrico la cui continuità è assicurata dalla continua applicazione della tensione elettrica fra gli elettrodi in questione e dal forte sviluppo di calore, che favorisce la ionizzazione del gas interposto fra gli elettrodi. Sfruttando l’effetto termoionico dei materiali, cioè la capacità di emettere spontaneamente elettroni se portati ad elevate temperature (5000 ÷ 6000 °C circa, mentre l’acciaio fonde a circa 1300 ÷ 1500 °C), si riesce ad ottenere lo stesso fenomeno sotto una differenza di potenziale di poche decine di volt. Quindi, mediante l’innalzamento della temperatura del catodo e l’applicazione di una tensione relativamente bassa tra gli elettrodi, si riesce ad innescare l’arco.

L’arco elettrico è caratterizzato da due zone, chiamate rispettivamente fuso ed aureola.

Il fuso, detto così per la sua forma, è la zona centrale luminosissima dove si hanno altissime temperature anche superiori ai 6000 K. Esso costituisce una sorta di ponte conduttore tra i due elettrodi ed è qui che si ha l’effettivo passaggio di elettroni. Il fuso è costituito interamente da plasma.

L’aureola è la zona esterna dell’arco costituita da particelle solide e/o gassose ad alta temperatura o in combustione. Anche questa zona è molto luminosa pure se in modo minore rispetto alla precedente.

La luminosità dell’arco, emettendo raggi ultravioletti ed infrarossi, è nociva principalmente per la vista ed è quindi necessario proteggersi con opportuni filtri visivi.

Tipologie di processo per la saldatura

La classificazione dei processi di saldatura è contenuta nella norma europea EN 4063. I procedimenti che vengono abitualmente utilizzati nei processi di costruzione della carpenteria sono riportati nella tabella seguente:

Vengono in seguito approfondite alcune tipologie di processo di saldatura, dando più spazio in particolare a quelle che vengono maggiormente impiegate nelle opere di carpenteria metallica.

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