Come funziona la saldatura?
Grattacieli, auto esotiche, lanci di razzi - certe cose attirano la tua attenzione. Saldatura , a quanto pare, non è una di queste. Potresti aver passato tutta la vita senza mai pensare all'argomento. Rimarrete sicuramente sorpresi dal fatto che, secondo alcune stime, la saldatura incide fino al 50 per cento del prodotto nazionale lordo degli Stati Uniti d'America. Senza la saldatura non esisterebbe nessuno di quegli incredibili grattacieli, automobili o razzi.
La saldatura è essenzialmente semplicemente un metodo per unire insieme due pezzi di metallo. Sebbene esistano altri modi per unire i metalli (rivettatura, saldatura...), la saldatura è diventata la prima scelta grazie alla sua forza, efficienza e versatilità .
Esistono molti metodi di saldatura diversi e se ne stanno scoprendo di nuovi. Alcuni processi utilizzano il calore per fondere insieme i due pezzi di metallo, spesso aggiungendo "riempitivo" al giunto che funge da agente legante. Altri metodi si basano sulla pressione per unire insieme il metallo e alcuni utilizzano una combinazione di calore e pressione. A differenza della saldatura, dove le parti metalliche da unire rimangono invariate, il processo di saldatura cambia sempre il materiale da unire.
Questo può sembrare poco importante, ma è fondamentale per capire perché la saldatura produce giunti così resistenti. Nei processi di saldatura e brasatura due pezzi di metallo vengono uniti introducendo nella miscela un terzo materiale (con punto di fusione inferiore). L'aggiunta di quel terzo materiale tra le superfici dei pezzi originali lega insieme i pezzi. Il legame, tuttavia, è forte quanto il materiale legante. La saldatura, invece, elimina gli intermediari e unisce i pezzi originali direttamente tra loro. Il risultato è un legame forte e coeso che spesso è forte quanto il materiale stesso.
In questo articolo esamineremo più da vicino come funziona esattamente la saldatura . Esamineremo anche alcune delle tante situazioni in cui viene utilizzata la saldatura,con le competenze e le attrezzature necessarie per realizzare tutto ciò. Ma prima di farlo, diamo un'occhiata a dove tutto ha avuto inizio.
Con tutti i macchinari coinvolti nei processi di saldatura, potresti pensare alla saldatura come a un processo relativamente nuovo. In realtà la saldatura esiste da migliaia di anni. I primi esempi di saldatura sono stati trovati in località che vanno dall'Irlanda all'India, alcuni risalenti all'età del bronzo. Naturalmente, queste civiltà non avevano la grande quantità di strumenti e macchinari a cui hanno oggi accesso i saldatori. Come sono riusciti a saldare?
Il processo utilizzato è noto come forgiatura. Per iniziare il processo, i fabbri riscaldavano il metallo finché non diventava di colore rosso vivo (ma ancora non liquido). I fabbri posizionavano quindi i due pezzi, leggermente sovrapposti, sull'incudine e li rivettavano insieme. La rivettatura presenta diverse limitazioni. Solo i metalli relativamente teneri possono essere rivettati tra loro e il processo è molto laborioso. Nei luoghi senza elettricità, tuttavia, la procedura viene ancora utilizzata.
La forgiatura era l'unica possibilità fino al XIX secolo. Tuttavia, con l’avvento della rivoluzione industriale, numerose scoperte hanno dato impulso allo sviluppo della saldatura. La ricerca sull’elettricità ha portato elettrodi e archi elettrici. Torce rudimentali furono sviluppate entro la metà del secolo. Entrambe le scoperte influenzeranno in modo significativo i metodi di saldatura del prossimo secolo.
Alla fine del 1800, la saldatura stava diventando la forza trainante del settore manifatturiero. Tuttavia, i metodi di quest’epoca non erano perfetti. Durante il processo di saldatura si è verificata l'ossidazione (il processo di legame del metallo nelle particelle di ossigeno nell'atmosfera) e i giunti saldati erano porosi e fragili. Tali saldature rappresentano un grave rischio per i lavoratori. Ad esempio, nel periodo dal 1895 al 1905, caldaie mal costruite esplodevano ogni giorno, provocando migliaia di morti. C’era chiaramente un bisogno urgente di metodi di saldatura migliori. Di seguito impareremo di più sui metodi nuovi e migliorati, iniziando con uno sguardo più attento alle specifiche dell'imbarcazione.
Saldatura in mare e nello spazio
I saldatori subacquei riparano abitualmente navi e piattaforme petrolifere, solitamente utilizzando la saldatura ad arco elettrico (eliminando l'uso della fiamma). La saldatura nello spazio è all'altra estremità dello spettro. Il vuoto dello spazio crea un ambiente di saldatura ideale perché non ci sono gas che interagiscono con il punto di saldatura.
La saldatura al di fuori dell'atmosfera terrestre ha reso possibile la Stazione Spaziale Internazionale.
Specifiche nella saldatura 
Come gli scacchi , la saldatura è facile da imparare, ma difficile da padroneggiare. I saldatori professionisti hanno un gran numero di variabili diverse da considerare quando eseguono il lavoro. Non importa quanto sia complicato il lavoro, per completarlo sono necessarie solo tre cose: attrezzatura per saldare , materiale per saldatura e attrezzatura di sicurezza . L'attrezzatura di saldatura più elementare, per l'uso occasionale in un'officina domestica, può essere trovata per meno di 100 euro. Di solito questi dispositivi sono destinati alla saldatura ad arco elettrico (REL) o alla saldatura ad elettrodo. Molte unità hanno solo un interruttore di accensione/spegnimento in termini di controlli, che le rende facili da usare. Tuttavia, alcuni dispositivi (come quelli utilizzati nella saldatura laser) sono così costosi e complessi da essere utilizzati solo nelle grandi industrie. Per quanto riguarda i materiali, alcuni sono più facili da saldare rispetto ad altri. L'acciaio può essere una scelta eccellente grazie alla sua resistenza, disponibilità e saldabilità. Di norma, più l'acciaio è resistente, più difficile è la saldatura. Di conseguenza, diverse leghe di acciaio sono state sviluppate mediante saldatura. Naturalmente, è possibile saldare quasi tutti i metalli, compresi la ghisa, il bronzo, l'alluminio e persino il titanio, sebbene quest'ultimo richieda un'atmosfera altamente protetta perché il metallo è altamente reattivo. Qualunque cosa saldate, ricordate:
la sicurezza prima di tutto . Se hai mai visto la saldatura dal vivo, puoi essere testimone della luce accecante creata dal processo. Guardare direttamente il sito di saldatura senza protezione può produrre una dolorosa infiammazione della cornea con una sensazione simile alla sabbia negli occhi. Non c'è da meravigliarsi che una buona maschera per saldatura sia un prerequisito per qualsiasi equipaggiamento protettivo. Le maschere per saldatura sono disponibili in molti stili. Quelli più semplici sono quelli che hanno un pannello oscurato attraverso il quale guarda il saldatore mentre salda.Le maschere più avanzate si scuriscono automaticamente quando il punto di saldatura diventa più luminoso. Oltre alla luminosità accecante, la saldatura può generare temperature fino a 5.500 gradi Celsius e numerose scintille, che richiedono guanti e maniche lunghe.
Infine, a seconda del metodo di saldatura è fondamentale una ventilazione adeguata. I saldatori possono essere esposti a sostanze nocive come piombo, mercurio e monossido di carbonio. Le valvole di sfiato possono impedire l'accumulo di fumi nell'area di lavoro.
Come funziona la saldatura
Siamo pronti per iniziare a saldare. La maggior parte dei giunti saldati oggi rientrano in due categorie: saldatura ad arco e saldatura a gas.
La saldatura ad arco utilizza un arco elettrico per fondere i materiali di lavoro e il materiale di riempimento per i giunti saldati. La saldatura ad arco prevede il collegamento di un filo di terra al materiale di saldatura o ad un'altra superficie metallica. Il secondo filo viene posizionato sul materiale da saldare. Dopo che il filo si è leggermente separato dal materiale, viene creato un arco elettrico. Sembra che quando si staccano i cavi di accensione dalla batteria. L'arco quindi unisce i pezzi da lavorare insieme a un materiale di riempimento che aiuta a tenere insieme i pezzi.
Portare il riempitivo nell'articolazione richiede mano ferma e attenzione ai dettagli. Man mano che l'asta si scioglie, il saldatore deve alimentare continuamente ulteriore materiale nel giunto utilizzando movimenti piccoli e sicuri. Questi movimenti sono ciò che conferisce alle saldature il loro aspetto speciale. Muoversi troppo velocemente o troppo lentamente oppure tenere l'arco troppo vicino o troppo lontano dal materiale può creare saldature difettose.
La saldatura REL, la saldatura a gas inerte (comunemente nota come saldatura a gas inerte metallico o MIG) e la saldatura a gas ad arco di tungsteno (spesso chiamata saldatura a gas inerte di tungsteno o TIG) sono saldature ad arco.
Questi tre metodi comuni presentano vantaggi e svantaggi. La saldatura ad elettrodo, ad esempio, è economica e facile da imparare. È anche più lento e meno versatile rispetto ad altri metodi. Al contrario, la saldatura TIG è difficile da imparare e richiede attrezzature di saldatura speciali. La saldatura TIG, tuttavia, produce saldature di alta qualità e può saldare materiali che altri metodi non possono saldare.
La saldatura a gas è un altro metodo di saldatura popolare. Questo processo utilizza tipicamente un cannello ad acetilene/ossigeno per fondere il materiale da lavorare e l'asta di saldatura. Il saldatore controlla simultaneamente la torcia e la barra, creando così il pieno controllo sulla saldatura. Sebbene la saldatura a gas sia meno comune nell'industria, viene ancora spesso utilizzata per la manutenzione e le riparazioni, nonché sulle sculture (ne parleremo più avanti).
„ Saldatura estrema“
Gli archi elettrici e le torce roventi non sono un gioco da ragazzi, ma esistono metodi più estremi per saldare. La saldatura a esplosione utilizza la pressione creata da una potente esplosione per unire insieme i metalli. La saldatura a raggio laser si basa su potenti laser per fondere insieme i metalli. La saldatura ad ultrasuoni utilizza vibrazioni ad alta frequenza che fanno risuonare le molecole metalliche e quindi si uniscono.
Una buona saldatura è difficile da trovare
Possiamo ricordare la storia della saldatura e il fatto che le saldature fragili e porose hanno causato seri problemi di sicurezza nelle applicazioni industriali. Gran parte del problema con quelle prime saldature deriva dall'ossidazione. Con l'avanzare della scienza della saldatura, sono progrediti anche i metodi per proteggere il sito di saldatura dall'ossigeno. Nella saldatura ad elettrodo, ad esempio, l'elettrodo è rivestito con uno strato protettivo. Questa protezione ha diversi scopi, uno dei quali è quello di creare una protezione antigas per il punto di saldatura. La saldatura MIG e TIG arriva fino all'utilizzo di serbatoi di gas che avvolgono continuamente il punto di saldatura con gas inerti. La protezione del punto di saldatura dall'ossidazione è essenziale per la formazione di una saldatura resistente.
Il processo di preparazione stesso è forse altrettanto importante per produrre saldature resistenti. Assicurarsi che i materiali di lavoro siano esenti da grasso, sporco e polvere è solo il primo passo per preparare adeguatamente il giunto saldato. La scelta del giusto tipo di giunto è fondamentale per una saldatura di qualità.
Dopo la saldatura, puoi verificare la qualità della saldatura in diversi modi. Un'ispezione visiva può mostrare che il saldatore stava lavorando alla velocità o all'amperaggio sbagliato, creando crepe e lunghe irregolarità. I saldatori possono anche controllare il loro lavoro mediante test con particelle magnetiche, penetrazione di liquidi, test a ultrasuoni, ispezione a raggi X, test di pressione o altri metodi. Anche i test distruttivi, che distruggono la saldatura nel processo di controllo, vengono spesso utilizzati per determinare la qualità della saldatura.Indipendentemente dal test utilizzato, garantire che la saldatura sia forte e sicura è un passo importante nel processo.
Saldatura nell'industria e nell'arte
La maggior parte dei lavori di saldatura sono legati alla produzione nelle industrie. Industria automobilistica, costruzione navale, edilizia commerciale, costruzione di ponti: l'elenco dei lavori di saldatura potrebbe continuare all'infinito.
Sebbene la maggior parte dei saldatori siano uomini, migliaia di donne si guadagnano da vivere saldando. Le donne saldatrici hanno svolto un ruolo chiave nella costruzione navale durante la seconda guerra mondiale.
Una delle applicazioni più interessanti della saldatura proviene dalla comunità artistica. Alcuni dei primi esempi di saldatura in assoluto furono opere d'arte, come la colonna di ferro di Delhi, in India, e ciotole e tappi d'oro risalenti a più di 1.000 anni fa. Strutture come gli archi di S. Louis Gateway (alto 192 metri e costruito per durare 1.000 anni) e l'Atomium di Bruxelles illustrano fino a che punto è arrivata l'arte della saldatura.
La tradizione della saldatura artistica rimane forte, poiché la saldatura crea enormi sculture che pesano diverse tonnellate. Sebbene gli artisti costituiscano solo un piccolo segmento del settore della saldatura, possono mostrare il potenziale della saldatura a milioni di altre persone.
