Per eseguire la saldatura ad arco con gas metallico, l’attrezzatura di base necessaria è una pistola di saldatura, un’unità di alimentazione del filo, un alimentatore di saldatura, un filo di elettrodo di saldatura e una fornitura di gas di protezione.
Pistola di saldatura e unità di alimentazione del filoModifica
La tipica pistola di saldatura GMAW ha una serie di parti chiave: un interruttore di controllo, una punta di contatto, un cavo di alimentazione, un ugello del gas, un condotto e un rivestimento dell’elettrodo e un tubo del gas. L’interruttore di controllo, o grilletto, quando viene premuto dall’operatore, avvia l’avanzamento del filo, la potenza elettrica e il flusso di gas di protezione, causando un arco elettrico da colpire. La punta di contatto, normalmente fatta di rame e a volte trattata chimicamente per ridurre gli schizzi, è collegata alla fonte di alimentazione della saldatura attraverso il cavo di alimentazione e trasmette l’energia elettrica all’elettrodo dirigendola verso la zona di saldatura. Deve essere saldamente fissato e correttamente dimensionato, poiché deve permettere il passaggio dell’elettrodo mantenendo il contatto elettrico. Durante il percorso verso la punta di contatto, il filo è protetto e guidato dal condotto e dal liner dell’elettrodo, che aiutano a prevenire la deformazione e a mantenere un avanzamento ininterrotto del filo. L’ugello del gas dirige il gas di protezione in modo uniforme nella zona di saldatura. Un flusso incoerente può non proteggere adeguatamente la zona di saldatura. Ugelli più grandi forniscono un maggiore flusso di gas di protezione, utile per operazioni di saldatura ad alta corrente che sviluppano un bagno di saldatura più grande. Un tubo del gas dai serbatoi del gas di protezione fornisce il gas all’ugello. A volte, un tubo dell’acqua è anche incorporato nella pistola di saldatura, raffreddando la pistola in operazioni ad alto calore.
L’unità di alimentazione del filo fornisce l’elettrodo al lavoro, guidandolo attraverso il condotto e sulla punta di contatto. La maggior parte dei modelli fornisce il filo ad una velocità di avanzamento costante, ma le macchine più avanzate possono variare la velocità di avanzamento in risposta alla lunghezza dell’arco e alla tensione. Alcuni alimentatori di filo possono raggiungere velocità di avanzamento fino a 30 m/min (1200 in/min), ma le velocità di avanzamento per il GMAW semiautomatico variano tipicamente da 2 a 10 m/min (75 – 400 in/min).
Tool styleEdit
La porta elettrodo più comune è una porta semiautomatica con raffreddamento ad aria. L’aria compressa circola attraverso di essa per mantenere temperature moderate. Viene usato con livelli di corrente più bassi per saldare giunti a giro o di testa. Il secondo tipo più comune di portaelettrodo è quello semiautomatico raffreddato ad acqua, dove l’unica differenza è che l’acqua prende il posto dell’aria. Utilizza livelli di corrente più alti per la saldatura di giunti a T o d’angolo. Il terzo tipo tipico di portaelettrodo è un portaelettrodo automatico raffreddato ad acqua, che è tipicamente usato con attrezzature automatizzate.
AlimentazioneModifica
La maggior parte delle applicazioni di saldatura ad arco con gas metallico usano un’alimentazione a tensione costante. Di conseguenza, qualsiasi cambiamento nella lunghezza dell’arco (che è direttamente correlata alla tensione) si traduce in un grande cambiamento nell’input di calore e nella corrente. Una lunghezza d’arco più corta causa un apporto di calore molto maggiore, che fa fondere più rapidamente l’elettrodo a filo e quindi ripristina la lunghezza d’arco originale. Questo aiuta gli operatori a mantenere costante la lunghezza dell’arco anche quando si salda manualmente con pistole portatili. Per ottenere un effetto simile, a volte viene usato un generatore a corrente costante in combinazione con un’unità di alimentazione del filo controllata dalla tensione d’arco. In questo caso, un cambiamento nella lunghezza dell’arco fa regolare la velocità di avanzamento del filo per mantenere una lunghezza dell’arco relativamente costante. In rare circostanze, un generatore a corrente costante e un’unità di avanzamento del filo costante possono essere accoppiati, specialmente per la saldatura di metalli con alta conducibilità termica, come l’alluminio. Questo garantisce all’operatore un controllo aggiuntivo sull’apporto di calore nella saldatura, ma richiede un’abilità significativa per eseguirla con successo.
La corrente alternata è raramente usata con il GMAW; invece, viene impiegata la corrente continua e l’elettrodo è generalmente caricato positivamente. Poiché l’anodo tende ad avere una maggiore concentrazione di calore, questo si traduce in una fusione più veloce del filo di alimentazione, che aumenta la penetrazione della saldatura e la velocità di saldatura. La polarità può essere invertita solo quando si usano speciali fili di elettrodo con rivestimento emissivo, ma poiché questi non sono popolari, un elettrodo caricato negativamente è raramente impiegato.
ElettrodoModifica
L’elettrodo è un filo di lega metallica, chiamato filo MIG, la cui selezione, lega e dimensione, è basata principalmente sulla composizione del metallo da saldare, sulla variazione di processo utilizzata, sul design del giunto e sulle condizioni della superficie del materiale. La selezione dell’elettrodo influenza notevolmente le proprietà meccaniche della saldatura ed è un fattore chiave della qualità della saldatura. In generale, il metallo saldato finito dovrebbe avere proprietà meccaniche simili a quelle del materiale di base, senza difetti come discontinuità, contaminanti trascinati o porosità all’interno della saldatura. Per raggiungere questi obiettivi esiste un’ampia varietà di elettrodi. Tutti gli elettrodi disponibili in commercio contengono metalli disossidanti come silicio, manganese, titanio e alluminio in piccole percentuali per aiutare a prevenire la porosità dell’ossigeno. Alcuni contengono metalli denitrificanti come il titanio e lo zirconio per evitare la porosità dell’azoto. A seconda della variazione del processo e del materiale di base da saldare, il diametro degli elettrodi usati nel GMAW varia tipicamente da 0,7 a 2,4 mm (0,028 – 0,095 in), ma può arrivare a 4 mm (0,16 in). Gli elettrodi più piccoli, generalmente fino a 1,14 mm (0,045 in) sono associati al processo di trasferimento del metallo in cortocircuito, mentre gli elettrodi più comuni della modalità di processo spray-transfer sono solitamente almeno 0,9 mm (0,035 in).
Gas di schermaturaModifica
I gas di protezione sono necessari per la saldatura ad arco con gas metallico per proteggere l’area di saldatura dai gas atmosferici come azoto e ossigeno, che possono causare difetti di fusione, porosità e infragilimento del metallo saldato se entrano in contatto con l’elettrodo, l’arco o il metallo di saldatura. Questo problema è comune a tutti i processi di saldatura ad arco; per esempio, nel vecchio processo Shielded-Metal Arc Welding (SMAW), l’elettrodo è rivestito con un flusso solido che sviluppa una nuvola protettiva di biossido di carbonio quando viene fuso dall’arco. Nel GMAW, invece, il filo dell’elettrodo non ha un rivestimento di flusso, e viene impiegato un gas di protezione separato per proteggere la saldatura. Questo elimina la scoria, il residuo duro del flusso che si accumula dopo la saldatura e che deve essere rimosso per rivelare la saldatura completata.
La scelta di un gas di protezione dipende da diversi fattori, soprattutto dal tipo di materiale da saldare e dalla variazione del processo utilizzato. I gas inerti puri come l’argon e l’elio sono usati solo per la saldatura dei non ferrosi; con l’acciaio non forniscono un’adeguata penetrazione della saldatura (argon) o causano un arco irregolare e incoraggiano gli spruzzi (con l’elio). L’anidride carbonica pura, d’altra parte, permette saldature a penetrazione profonda ma incoraggia la formazione di ossido, che influenza negativamente le proprietà meccaniche della saldatura. Il suo basso costo lo rende una scelta attraente, ma a causa della reattività del plasma dell’arco, gli spruzzi sono inevitabili e la saldatura di materiali sottili è difficile. Di conseguenza, l’argon e l’anidride carbonica sono spesso mescolati in una miscela dal 75%/25% al 90%/10%. In generale, nel GMAW a corto circuito, un contenuto più elevato di anidride carbonica aumenta il calore e l’energia di saldatura quando tutti gli altri parametri di saldatura (volt, corrente, tipo di elettrodo e diametro) sono mantenuti uguali. Quando il contenuto di anidride carbonica aumenta oltre il 20%, il GMAW a trasferimento spray diventa sempre più problematico, specialmente con elettrodi di diametro minore.
L’argo è anche comunemente mescolato con altri gas, ossigeno, elio, idrogeno e azoto. L’aggiunta di ossigeno fino al 5% (come le più alte concentrazioni di anidride carbonica menzionate sopra) può essere utile nella saldatura dell’acciaio inossidabile, tuttavia, nella maggior parte delle applicazioni l’anidride carbonica è preferita. L’aumento dell’ossigeno fa sì che il gas di protezione ossidi l’elettrodo, il che può portare a porosità nel deposito se l’elettrodo non contiene sufficienti disossidanti. Un eccesso di ossigeno, specialmente se usato in applicazioni per le quali non è prescritto, può portare alla fragilità della zona colpita dal calore. Le miscele argon-elio sono estremamente inerti e possono essere usate su materiali non ferrosi. Una concentrazione di elio del 50-75% aumenta la tensione richiesta e aumenta il calore nell’arco, a causa della più alta temperatura di ionizzazione dell’elio. L’idrogeno è talvolta aggiunto all’argon in piccole concentrazioni (fino a circa il 5%) per la saldatura di nichel e pezzi spessi in acciaio inossidabile. In concentrazioni più elevate (fino al 25% di idrogeno), può essere usato per la saldatura di materiali conduttivi come il rame. Tuttavia, non dovrebbe essere usato su acciaio, alluminio o magnesio perché può causare porosità e infragilimento da idrogeno.
Sono disponibili anche miscele di tre o più gas. Miscele di argon, anidride carbonica e ossigeno sono commercializzate per la saldatura degli acciai. Altre miscele aggiungono una piccola quantità di elio alle combinazioni argon-ossigeno. Queste miscele sono sostenute per permettere tensioni d’arco e velocità di saldatura più elevate. L’elio a volte serve anche come gas di base, con piccole quantità di argon e anidride carbonica aggiunte. Tuttavia, poiché è meno denso dell’aria, l’elio è meno efficace per schermare la saldatura rispetto all’argon, che è più denso dell’aria. Può anche portare a problemi di stabilità e penetrazione dell’arco, e a un aumento degli spruzzi, a causa del suo plasma d’arco molto più energetico. L’elio è anche sostanzialmente più costoso di altri gas di protezione. Altre miscele di gas specializzate e spesso proprietarie rivendicano benefici ancora maggiori per applicazioni specifiche.
Anche se è velenoso, tracce di ossido nitrico possono essere usate per prevenire la formazione di ozono ancora più fastidioso nell’arco.
La velocità desiderabile del flusso di gas di protezione dipende principalmente dalla geometria della saldatura, dalla velocità, dalla corrente, dal tipo di gas e dal modo di trasferimento del metallo. La saldatura di superfici piane richiede un flusso maggiore rispetto alla saldatura di materiali scanalati, poiché il gas si disperde più rapidamente. Le velocità di saldatura più elevate, in generale, significano che deve essere fornito più gas per fornire una copertura adeguata. Inoltre, una corrente più alta richiede un flusso maggiore, e generalmente, è necessario più elio per fornire una copertura adeguata rispetto all’argon. Forse la cosa più importante è che le quattro varianti primarie del GMAW hanno diversi requisiti di flusso di gas di protezione: per i piccoli bacini di saldatura delle modalità a corto circuito e a spruzzo pulsato, circa 10 L/min (20 ft3/h) sono generalmente adatti, mentre per il trasferimento globulare sono preferiti circa 15 L/min (30 ft3/h). La variazione di trasferimento a spruzzo normalmente richiede un flusso di gas di protezione maggiore a causa del suo maggiore apporto di calore e quindi di un pool di saldatura più grande. Le quantità tipiche di flusso di gas sono circa 20-25 L/min (40-50 ft3/h).
Stampa 3-D basata su GMAWModifica
GMAW è stato anche usato come metodo a basso costo per stampare oggetti in metallo 3-D. Varie stampanti 3-D open source sono state sviluppate per usare il GMAW. Tali componenti fabbricati in alluminio competono con componenti fabbricati più tradizionalmente sulla resistenza meccanica. Formando una cattiva saldatura sul primo strato, le parti stampate in GMAW 3-D possono essere rimosse dal substrato con un martello.