Arco sommerso

Il processo di saldatura in arco sommerso è un processo del tutto, o almeno parzialmente, automatizzato e può essere impiegato per una vasta gamma di spessori fornendo giunzioni di elevata qualità eseguite in condizioni controllate.
L'arco elettrico scocca direttamente sul pezzo ed è alimentato da un filo continuo.
In questo tipo di procedimento, non è presente il gas di protezione in quanto il bagno fuso è protetto dall'ossidazione da una copertura di un flusso granulare o pulverulento, erogato da una tramoggia, che mantiene il giunto fuori dal contatto dell'aria. Il flusso può avere anche la funzione di fornire al giunto fuso elementi in lega, disossidanti, ecc. Il flusso, che copre completamente il bagno impedendone la visibilità, determina poi la formazione di scoria superficiale che dovrà essere in seguito asportata.

L'alimentazione del bagno attraverso il filo viene effettuata automaticamente, come nei processi di saldatura MIG o MAG, solo che in questo caso, viste le dimensioni del filo, l'autostabilità della macchina è ritardata.
Non è possibile eseguire delle saldature in posizione a causa del flusso che tenderebbe a precipitare.
Schema arco sommerso
AttrezzaturaAttrezzatura
Attrezzatura
Attrezzatura
Un impianto automatico di saldatura ad arco sommerso è tipicamente costituito da:
  1. Bobina per alimentazione filo
  2. Tramoggia per il flusso
  3. Impianto di recupero flusso
  4. Generatore a caratteristica piana o cadente
Generatori
I generatori per il processo ad arco sommerso possono funzionare sia in corrente continua sia in corrente alternata: la corrente continua è più utilizzata in quanto permette migliore costanza di penetrazione e più regolare svolgimento dei fenomeni metallurgici.
La corrente alternata viene utilizzata quando sulla zona da saldare sono presenti dei campi magnetici dovuti, ad esempio, alla lavorazione di macchina per la preparazione dei cianfrini; utilizzando la corrente alternata si minimizza il problema del soffio d'arco.
La stabilità del sistema è in funzione della relazione Velocità di fusione = Velocità avanzamento filo; viste le dimensioni rilevanti dei fili di materiale d'apporto, la macchina fa fatica a ripristinare la stabilità del sistema automaticamente, per tale problematica sono stati messi a punto nuovi sistemi di stabilizzazione, il collegamento del motore per l'avanzamento del filo direttamente alla tensione dell'arco o con tensione differenziata.

Caratteristiche del processo ad arco sommerso
Questo tipo di processo presenta le seguenti caratteristiche:
  • Elevati valori di densità corrente (si passa dai 180-200A dei procedimenti MIG MAG ai 700A dell'arco sommerso).
  • Elevati apporti termici (con conseguente problematica delle cricche a caldo)
  • Produttività elevata
  • Sicurezza dell'operatore (in quanto l'arco è sommerso dal flusso)
  • Il flusso è molto igroscopico e se non viene ben trattato può apportare idrogeno nel bagno con conseguente problematica delle cricche a freddo.
  • Spessori elevati: si possono saldare grossi spessori adottando anche più fili contemporaneamente. Per contro lo spessore da saldare deve essere almeno di 8 mm altrimenti, a causa delle correnti elevate, si sfonda il cianfrino. (Per sopperire a tale problematica si possono utilizzare i piatti di sostegno).
FATTORI CHE INFLUENZANO LA SEZIONE E LA QUALITA' DEL CORDONE DI SALDATURA
I fattori più importanti che influenzano la qualità del cordone di saldatura sono:

Intensità di corrente e la polarità
La corrente influenza la penetrazione del cordone di saldatura quindi maggiore corrente maggiore penetrazione.
Alla corrente è legata anche la velocità del filo in quanto, all'aumentando della prima, deve di conseguenza aumentare anche la velocità del deposito e quindi del filo.
Saldando in polarità diretta, filo negativo,  si utilizza tale polarità nel caso di saldature di riporto o placcature in quanto il materiale di deposito è inferiore; saldando in polarità inversa, filo positivo, si hanno maggiori penetrazioni.
La corrente alternata determina un comportamento intermedio ai due tipi di collegamento; viene comunque utilizzata nel caso di saldature multifili o nel caso di presenza di campi magnetici sui cianfrini.

Tensione di saldatura
La tensione di saldatura influisce sulla larghezza del bagno di fusione, bisogna utilizzare una tensione dai 40 ai 45 Volt, altrimenti si creano dei bagni troppo grandi che scoprirebbero l'arco favorendo l'insorgere di porosità.

Velocità della saldatura
La velocità di saldatura influisce, in modo inversamente proporzionale, sulle dimensioni del bagno. Le dimensioni del bagno diminuiscono all'aumentare della velocità di saldatura.
Un'elevate velocità può determinare incisioni marginali e porosità.

Stich-out
Aumentando la lunghezza dello stick-out, quest'ultimo si scalda per effetto Joule e aumenta la
velocità di deposito diminuendo la penetrazione.

Diametro del filo
Il diametro del filo determina la densità di corrente, ad esempio, a parità di corrente e di tensione, diminuendo il dimetro del filo, aumenta la densità di corrente sullo stesso: questo porta ad una maggiore penetrazione ed alla riduzione della larghezza del cordone.

Quantità di flusso
Il flusso influenza la forma del cordone. Se il flusso ha uno strato sottile, l'arco non è ben protetto e si ottiene un cordone difettoso; al contrario, con un flusso in eccesso, si ha un cordone poco profondo ma arrotondato.

MATERIALI D'APPORTO

FILI
I fili hanno diametro che può andare da 1,6 a 6 mm, sono forniti sotto forma di bobine, e devono essere sbobinati senza tensionatura o torsionatura del filo.
La superficie dei fili è ricoperta da un sottile strato di rame o di nichel che funge da protezione contro eventuali attacchi atmosferici e buona conducibilità all'alimentazione elettrica.

Classificazione dei fili
I fili sono classificati secondo le seguenti normative:
UNI 8030 - Fili pieni per saldatura ad arco sommerso di acciai non legati o ad alto limite di snervamento e relativi sopporti. Dimensioni, classificazione e condizioni tecniche generali di fornitura
UNI 8410 - Fili e bacchette di acciaio per saldatura in gas protettivo e ad arco sommerso di acciai legati inossidabili e refrattari e relativi sopporti e contenitori. Dimensioni, classificazione e condizioni tecniche generali di fornitura
UNI EN 756 - Materiali di apporto per saldatura. Fili ed abbinamenti filo-flusso per saldatura ad arco sommerso di acciai non legati e a grano fino. Classificazione.

Inoltre vi sono le normative americane dell'AWS (American Welding Society)

Il simbolo S stà ad indicare che è un materiale d'apporto per i processi di saldatura ad arco sommerso.

FLUSSI
I flussi sono fondamentali per la protezione del bagno di fusione e dell'arco elettrico durante il processo di saldatura ed hanno funzioni paragonabili ai rivestimenti degli elettrodi.
Contengono ossidi, silicati e ferroleghe in modo da creare reazioni chimiche nel bagno di fusione  e di aggiungere elementi di lega.
Ci sono due tipi di flussi:
  • flussi prefusi
  • flussi agglomerati


Abbiamo poi "flussi misti" ottenuti dalla miscelazione dei due.

Flussi prefusi
Hanno aspetto vetroso e sono ottenuti per fusione in forno dei minerali di partenza a 1500-1700°C, questi vengono di seguito colati in vasca e, dopo la solidificazione, sono macinati a granulometria controllata.
Il flusso prefuso non è particolarmente attivo, risulta scarsamente disossidante quindi bisogna  abbinarlo con fili contenenti Manganese (che è un ottimo disossidante); occorre utilizzare fili con tenore in manganese doppio rispetto a quello che si vuole ottenere sulla zona fusa. Altro elemento contenuto è il silicio, elemento fragilizzante.
Il flusso prefuso crea una scoria facilmente asportabile, ed il flusso non saldato può essere riutilizzato; per tale ragione si prevedono, a seguito del filo, impianti di recupero flusso.
Il flusso prefuso non è igroscopico e quindi si può saldare ad alta velocità.

Flussi agglomerati
I flussi agglomerati vengono ricavati da fine macinazione dei minerali e di seguito cotti in forno con un'agglomerante.
Date le temperature di trattamento, inferiori a quelle dei prefusi, questa tipologia di flussi conserva  l'azione metallurgica ed è in grado di apportare manganese e silicio nel bagno fuso; per tale motivo i flussi agglomerati devono essere utilizzati con fili a bassi tenori di manganese.
Il colore più opaco li differenzia dai flussi prefusi, sono inoltre igroscopici e quindi devono essere condizionati, a strati sottili, in forno; in caso contrario si rischia l'introduzione di idrogeno nel bagno fuso.
I flussi agglomerati non  possono essere riutilizzati perché non si otterrebbe la stessa azione metallurgica.
I flussi agglomerati si dividono in tre tipologie:
 

  • flussi acidi (azione disossidante)
  • flussi neutri (azione disossidante e depurante)
  • flussi basici (azione depurante)

Flussi misti
Allo scopo di sfruttare al meglio le proprietà dei due flussi esistono in commercio i flussi misti, miscele delle due tipologie sopra citate. I due tipi sono trattati diversamente, come descritto e, successivamente, vengono portati alla stessa granulometria e quindi miscelati.
Si usa questa tipologia di flusso per ridurre gli svantaggi caratteristici delle due tipologie di flusso; si ottiene una miscela che permette di limitare l'igroscopicità, e può assicurare buona velocità di avanzamento e limitato arricchimento in silicio del bagno di fusione. termine della saldatura il flusso residuo non può essere più utilizzato ed è quindi meglio non eccedere in quantità di flusso durante il processo.

Placcature
Mediante il processo ad arco sommerso è possibile anche effettuare dei riporti superficiali (placcature) di materiali duri su supporti di acciai bassolegati o dolci.
Il procedimento può prevedere sistemi di saldatura a fili multipli, che possono essere disposti sia sulla stessa linea trasversalmente o longitudinalmente (tandem), correnti basse ed alte velocità. Questi parametri puntano a ridurre il più possibile la penetrazione in modo da limitare il fenomeno della diluizione del materiale d'apporto ad opera del materiale base sottostante. Questo fenomeno può poi essere limitato anche mediante l'uso di una particolare tecnica che prevede l'utilizzo di un materiale di sottofondo di opportuna composizione; il materiale d'apporto può essere fornito sottoforma di nastro anziché di filo, il chè permette di operare con una corrente piuttosto bassa se rapportata alla sezione del nastro rispetto a quella del filo. 

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