Saldatura

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1.0INTRODUZIONE.................................................................................................................................. 3 2.0L’ ESAME VISIVO............................................................................................................................... 4 2.1 PRINCIPI DELL’ ESAME VISIVO..................................................................................................................4 2.1.1 L’occhio e la visione umana...........................................................................................................................4 2.1.2Luce e illuminamento.........................................................................................................................................5 2.1.3Riflessione e rifrazione....................................................................................................................................6 2.2TECNICHE DI ILLUMINAMENTO.................................................................................................................7 2.2.1Sorgenti luminose.............................................................................................................................................8 2.3FATTORI CONDIZIONANTI L’ESAME VISIVO.........................................................................................9 2.3.1Caratteristiche del materiale.............................................................................................................................9 2.3.2Fattori ambientali.............................................................................................................................................9 2.3.3Fattori fisiologici............................................................................................................................................10 3.0SPECIFICHE INTERNAZIONALI...................................................................................................... 11 4.0STRUMENTAZIONE.......................................................................................................................... 12 4.1STRUMENTI PER L’ESAME DIRETTO.......................................................................................................12 4.2 STRUMENTI PER L’ESAME INDIRETTO.................................................................................................12 4.3 STRUMENTI DI MISURA..............................................................................................................................13 5.0SALDATURA..................................................................................................................................... 16 5.1 SIMBOLOGIA DELLA SALDATURA..........................................................................................................21 Se la scritta è posta al di sotto della linea di quota (xxxxxx) del segno di saldatura il diritto del cordone corrisponde al lato indicato dalla freccia, nel caso in cui la scritta sia posta al di sopra della linea di quota (yyyyy) allora il lato diritto è quello opposto alla freccia ....................................................................................21 Nel caso della normativa europea il criterio è esattamente l’opposto, lungo la linea di quota possono essere riportate indicazioni relative al metodo di saldatura , il tipo di materiale d’apporto, la preparazione dei lembi etc....................................................................................................................................................................21 5.2 Cenni di metallurgia .......................................................................................................................................22 5.3 Trattamenti termici............................................................................................................................................25 ...................................................................................................................................................................................26 5.4 Metallurgia della saldatura...............................................................................................................................26 5.5 Difetti tipici di saldatura....................................................................................................................................26

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6.0GENERALITA’ SULLA SALDATURA T.I.G......................................................................................30 6.1ATTREZZATURA.............................................................................................................................................31 6.2GAS DI PROTEZIONE.....................................................................................................................................31 6.2.1Protezione al rovescio....................................................................................................................................31 6.3COLLEGAMENTO CORRETTO DEL CAVO DI MASSA.........................................................................31 6.4MATERIALI D’APPORTO..............................................................................................................................32 7.0AISI 410 E SUA SALDATURA...................................................................................................... 33 7.1DIFETTI TIPICI E RACCOMADAZIONI PER LA SALDATURE DI AISI 410 ...................................34

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1.0

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INTRODUZIONE

Il presente corso è indirizzato al personale che eseguirà l’esame visivo su saldature applicando le specifiche di programma attualmente applicabili. Tale corso e strutturato in due parti principali: la prima parte descrive il metodo di ispezione visivo dando delle nozioni teoriche sul metodo stesso sulla strumentazione e informazioni generali sulle specifiche internazionali dedicate a questo metodo di controllo non distruttivo. La seconda parte, più ampia, descrive in modo generale i metodi di saldatura e le difettologie tipiche soffermandosi in particolar modo sulle difetti individuabili con l’esame visivo. Essendo il coso principalmente indirizzato agli operatori di collaudo che seguiranno il programma Delta II, gli esempi saranno per quanto possibile riferiti a materiali, configurazioni o difettologie osservate in questo programma.

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2.0

L’ ESAME VISIVO

L’ ispezione visiva è forse il metodo non distruttivo piu’ antico, le sue prime applicazioni sono state la verifica della conformità a disegno e la verifica dimensionale, mentre dopo la seconda Guerra Mondiale si sono avute le prime applicazioni nel controllo delle saldature. In particolar modo l’American Welding Society inseriva l’esame visiva in alcune specifiche di controllo di strutture saldate a partire dal 1960 ma solo dall’inizio degli anni ’90 esistono specifiche che regolano il metodo paragonabili a quelle esistenti per gli altri metodi di esame non distruttivo.

2.1

PRINCIPI DELL’ ESAME VISIVO

Al fine di poter eseguire un ‘ esame visivo con successo è necessaria la conoscenza di nozioni basilari della fisiologia dell’ occhio e sul funzionamento degli strumenti di controllo.

2.1.1

L’occhio e la visione umana

In figura 1 è riportato uno spaccato dell’occhio umano. Il funzionamento dell’occhio umano puo’ essere descritto, in modo estremamente semplificato come segue:

Fig. 1 N. 1

Descrizione CORNEA: E' la parte anteriore dell'occhio trasparente ed incolore. La sua funzione è di rifrangere la luce.

2

PUPILLA: Foro nero al centro dell'iride attraverso il quale passa la luce. La sua funzione è di regolare la quantità di luce che entra nell'occhio. Con il sole tende a restringersi e con il buio si dilata.

3

IRIDE: Parte colorata dell'occhio posta dietro la cornea. I muscoli dell'iride controllano la dilatazione della pupilla.

4

CRISTALLINO: E' la lente che filtra e convoglia la luce che entra nell'occhio. Con l'età perde la capacità di mettere a fuoco (PRESBIOPIA) o si opacizza (CATARATTA).

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5

RETINA: Membrana che riveste internamente la parte posteriore dell'occhio. E' costituita da milioni di elementi sensibili alla luce (FOTORECETTORI) che trasformano gli stimoli luminosi in impulsi elettrici.

6

CORPO VITREO: E' una sostanza gelatinosa trasparente che riempie la parte posteriore dell'occhio fra il cristallino e la retina.

7

SCLERA: Tessuto bianco che fa da struttura e da protezione all'occhio.

8

NERVO OTTICO: Originato dal prolungamento delle cellule della retina, trasmette gli impulsi nervosi dall'occhio al cervello.

9

CORPO CILIARE: Porzione dell'uvea in prossimità dell'iride. Comprende il muscolo ciliare, la cui contrazione consente al cristallino di "accomodare" (mettere a fuoco). COROIDE: E, nella parte posteriore dell'occhio, la membrana intermedia tra sclera e retina. Riccamente vascolarizzata, si continua, nella porzione anteriore, con il corpo ciliare. BULBO OCULARE: occhio. PAPILLA del NERVO OTTICO: testa del nervo ottico. MUSCOLI OCULOMOTORI: Sono i muscoli che permettono il movimento del globo oculare nelle diverse direzioni.

10

11 12 13

la luce riflessa dagli oggetti osservati entra nell’occhio attraverso la cornea, attraversa quindi l’iride che è una membrana che si apre o chiude come il diaframma di una macchina fotografica a seconda della quantità di luce. La luce raggiunge quindi il cristallino che ha lo scopo di mettere a fuoco l’immagine sulla retina. La retina, posta nella parte posteriore del bulbo oculare è ricoperta di particolari cellule sensibili alla luce le quali non fanno altro che trasformare l’immagine in impulsi nervosi che verranno poi interpretati dal cervello. Nella ricostruzione dell’immagine finale hanno grande importanza i segnali provenienti dalla parte centrale della retina detta fovea, dove vi è la più alta densità di cellule fotosensibili. I segnali provenienti dalla fovea sono quelli che andranno a definire i dettagli dell’ immagine finale mentre i segnali provenienti dalle zone più periferiche danno riferimenti per l’orientamento dell’immagine e per il movimento ma non aggiungono dettagli nuovi all’immagine. E’ quindi necessario, conducendo l’esame di un oggetto, procedere all’osservazione di piccole aree in modo da coprire l’oggetto con scansioni successive, infatti nonostante il campo visivo sia in grado di coprire interamente l’oggetto osservato, soltanto una porzione ridotta è in grado di ricevere informazioni dettagliate. Bisogna inoltre ricordare che l’ immagine finale si forma all’interno del cervello dopo la decodifica dei segnali provenienti dalla retina, è indispensabile quindi che l’ispettore visivo si approcci al controllo senza idee preconcette sul particolare che sta per osservare, un atteggiamento mentale non corretto può infatti portare a non distinguere dei particolari o a un interpretazione non corretta dell’immagine.

2.1.2

Luce e illuminamento

Non verranno qui considerate le diverse teorie sulla luce, ma verranno date solo alcune nozioni rispetto alla luce e alla sua misura. Si intende per luce visibile o luce bianca l’insieme delle radiazioni elettromagnetiche aventi lunghezza d’onda compresa tra 380 e 770 nanometri. Un fascio di luce bianca che attraversi un prisma viene scomposto nelle diverse frequenze che compongono il suo spettro corrispondenti ai colori visibili. L’occhio umano ha massima sensibilità a radiazioni luminose di lunghezza d’onda di circa 550 nanometri. La luce viene misurata per mezzo di strumenti chiamati fotometri. L’intensità luminosa o illuminamento viene espressa in lumen o in lux , l’ illuminamento (E) varia con l’inverso del quadrato della distanza dalla sorgente luminosa, pertanto raddoppiando la distanza l’illuminamento si ridurrà a un quarto, triplicando la distanza

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diventerà un nono e così via. Ciò e’ valido nel caso in cui il fascio luminoso sia perpendicolare alla superficie illuminata, in caso contrario si dovrà moltiplicare l’illuminamento per il coseno dell’angolo (legge di Lambert). I E= ---d2

Fig. 2

2.1.3

Riflessione e rifrazione

Due importanti fenomeni riguardanti un raggio luminoso che colpisce una superficie sono la riflessione e la rifrazione. Immaginiamo di far colpire una lastra di vetro da un raggio di luce sottile, vedremo che parte della luce verrà riflessa con un angolo uguale a quello con cui il raggio iniziale ha colpito la lastra, e parte della luce si propagherà attraverso la lastra con un angolo diverso da quello iniziale detto angolo di rifrazione.

Aria α β

Vetro θ Fig. 3 Il fenomeno della rifrazione si manifesta in tutti i casi in cui il materiale colpito dal raggio luminoso è trasparente alla luce (ad esempio il vetro delle lenti di occhiali e microscopi) altrimenti abbiamo riflessione completa (un qualsiasi metallo). L’ angolo di rifrazione θ dipende dalla natura del materiale attraversato dal raggio luminoso secondo la legge di Snell:

n1 : sin α = n2 : sin θ dove n1 e n2 sono delle costanti che dipendono dal mezzo attraversato chiamate indici di rifrazione. Per l’aria tale indice può essere approssimato a 1.

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2.2

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TECNICHE DI ILLUMINAMENTO

Un’ adeguata illuminazione delle superfici da esaminare è essenziale per una corretta identificazione delle indicazioni. Spesso l’illuminazione ambiente dell’area di lavoro, è sufficiente per l’esame visivo, si dovrebbe comunque verificare il valore minimo di illuminamento richiesto dalle specifiche applicabili. Valori di norma accettabili varano da 160 a 540 lux. Quando il livello di illuminamento non è adeguato devono essere adottati tutti gi accorgimenti per garantire l’ illuminazione necessaria. A tal fine possono essere impiegate diverse sorgenti luminose: torce, lampade portatili da officina, fari ad alta intensità oppure se le condizioni lo permettono si può spostare l’oggetto da ispezionare in aree maggiormente illuminate. E’ inoltre importante il colore della luce impiegata in quanto determina il contrasto sulla superficie da controllare. Ad esempio, il controllo di cromature su nichel, può essere migliorato utilizzando lampade fluorescenti che danno luce di colore bluastro. E’ evidente quindi che l’aspetto ed il risalto delle indicazioni su una superficie possano variare fortemente a causa delle caratteristiche della sorgente luminosa . Tali caratteristiche dovrebbero essere le stesse utilizzate per l’esame degli standard di riferimento con difetti campione (qualora esistano). Qualunque sia la sorgente scelta, dovrà essere presa in considerazione anche la sua posizione rispetto al pezzo da controllare . La distanza della sorgente e la sua inclinazione rispetto alla superficie determinano l’intensità della luce disponibile e la quantità o presenza di riflessioni o bagliori. A tal proposito si dovrà tenere conto della legge di riflessione per il posizionamento di sorgenti luminose e operatore o strumento di osservazione (telecamera, microscopio etc..) come rappresentato negli esempi che seguono per creare contrasti in campo chiaro o scuro a seconda delle indicazioni da individuare.

camera

Luce diffusa

camera

Campo scuro La maggior parte della luce viene persa in riflessione le discontinuità della superficie appariranno come linee chiare su sfondo scuro

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camera

Campo chiaro La camera è posizionata in modo da raccogliere la luce riflessa, le discontinuità della superficie appariranno come linee scure su sfondo chiaro.

2.2.1

Sorgenti luminose

Al fine di illuminare le aree da esaminare vengono utilizzate sorgenti luminose di tipo elettrico. Si possono individuare tre tipi di luce artificiale: a)

b)

c)

LUCE INCADESCENTE: è prodotta dal passaggio della corrente attraverso un filamento di Tungsteno che è riscaldato fino a incandescenza. La comune lampadina incandescente è fondamentalmente un sottile avvolgimento di Tungsteno circondato dal vuoto in un involucro sigillato. Quando la corrente elettrica passa attraverso il filo, esso si riscalda e brilla. Le lampadine alogene sono affinamento delle lampade a Tungsteno, esse, invece del vuoto, usano un gas inerte ed un composto alogeno. Il gas inerte diminuisce l’evaporazione del Tungsteno , il composto alogeno si combina con il Tungsteno evaporante allunando la vita della lampadina ed evitando l’ annerimento della lampadina. LAMPADE FLUORESCENTI: la luce fluorescente è prodotta da un gas all’ interno di un involucro di vetro che emette fluorescenza quando viene eccitato da una scarica di elettroni. Gli elettroni sono scaricati dai filamenti ad una o entrambe le estremità del tubo. La loro interazione con gli atomi del gas causa l’ emissione di radiazioni con frequenza nel campo dell’ infrarosso, del visibile e dell’ultravioletto. La polvere che ricopre la superficie interna della lampada viene a sua volta eccitata dalle radiazioni ultraviolette con emissione di luce visibile. ILLUMINAZIONE A SCARICA ELETTRICA: le lampade a scarica usano un arco elettrico per produrre luce. Questo tipo di lampade è utilizzata in alcuni sistemi endoscopici come sorgente di illuminazione ad alta intensità. Gli elettrodi sono contenuti in un involucro sottovuoto o contenente del gas mentre un proiettore focalizza il fascio luminoso in un punto specifico d’uscita. Sulla zona d’uscita del fascio sono normalmente utilizzati dello Zaffiro o del Quarzo a causa delle loro proprietà tecniche e di trasmissione della luce. Le caratteristiche di intensità ed efficienza luminosa di questo tipo di lampade sono determinate da vari fattori come la distanza tra gli elettrodi, il voltaggio dell’ arco elettrico, la forma del riflettore ed il materiale impiegato per il punto di uscita della luce.

In alcuni casi può rivelarsi utile utilizzare uno stroboscopio, un dispositivo che utilizza impulsi luminosi ad alta intensità sincronizzati in modo da permettere l’osservazione di oggetti che si muovono in maniera rapida e periodica. L’effetto stroboscopio richiede un accurato controllo dell’intermittenza della sorgente luminosa o dell’interruzione periodica della visione. L’illuminazione stroboscopia viene anche detta illuminazione a lampo. Il circuito elettronico per una lampada stroboscopia è composto da un generatore di tensione ad alto voltaggio, un condensatore in parallelo,una valvola in linea, un interruttore ed una tubo a scarica.Quando il circuito è pilotato da una videocamera un lampo di luce illumina la scena in sincronia con la frequenza dei fotogrammi.

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2.3

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FATTORI CONDIZIONANTI L’ESAME VISIVO

Tra i diversi fattori che possono influenzare l’ esame visivo vi sono le caratteristiche del materiale da controllare le condizioni ambientali dell’ ispezione e i fattori fisiologici dell’ispettore.

2.3.1

Caratteristiche del materiale

La dimensione fisica e la condizione superficiale dell’oggetto da ispezionare giocano un ruolo importante sul risultato dell’esame. La conoscenza di come ognuna di queste variabili influenza l’ esame aiuterà l’ispettore a migliorare la rilevazione delle possibili indicazioni. Le principali condizioni superficiali che influenzano l’esame visivo sono: a)

b)

c)

PULIZIA: La presenza di sporcizia, olio, grasso ecc. può mascherare le discontinuità presenti sulla superficie o creare delle false indicazioni. Una superficie da controllare pulita permette una più facile e rapida rilevazione delle indicazioni ed aiuta a prevenire la possibilità che delle indicazioni importanti vadano perse. La procedura di pulizia dovrà tenere conto di quali siano le lavorazioni che hanno preceduto e che seguiranno l’ispezione visiva, del materiale, della geometria della parte e del tipo di discontinuità che si sta cercando. COLORE: Il colore della luce incidente in relazione al colore dell’ oggetto da ispezionare può giocare un ruolo importante nel rilievo delle discontinuità. Il colore della luce può essere usato per migliorare il contrasto tra oggetto ed eventuali indicazioni. Per intensificare un colore, la sorgente luminosa dovrebbe essere forte di quel colore. Contrariamente per sbiadire un colore, la sorgente luminosa dovrebbe avere una bassa intensità di quel colore. STRUTTURA – COMPOSIZIONE: Le caratteristiche della superficie di un materiale sono importanti in relazione ala quantità ed alla qualità della luce che si riflette dalla stessa verso l’occhio dell’ esaminatore. Una superficie riflettente può produrre un bagliore inaccettabile che può interferire con l’esame della superficie da controllare e creare zone non ispezionabili. In questo caso deve essere considerata attentamente la luce impiegata durante l’esame. Il bagliore può essere diminuito aumentando l’angolo tra la sorgente luminosa e la linea di visuale o diminuendo l’intensità della sorgente luminosa. Quando si esaminano superfici molto rugose è utile diminuire l’angolo tra sorgente luminosa e linea di visuale, in questo modo si riescono a ridurre le ombre dovute alle irregolarità superficiali.

Le condizioni fisiche agenti come fattori limitanti durante l’esame visivo sono: a)

b) c)

2.3.2

STATO DELL’OGGETTO: gli stadi del processo di lavorazione , le condizioni di servizio, l’applicazione di protettivi superficiali, influenzano le condizioni del campione che deve essere esaminato . La scaglia d’acciaieria, la scoria di saldatura così come la verniciatura o la placcatura possono nascondere difetti superficiali. FORMA: La forma di un oggetto può anche influenzare la riuscita di un esame . Oggetti di forma complessa come le sedi di chiavette e le filettature possono complicare l’esecuzione di un esame, pertanto in tali zone dovrà essere adottata particolare attenzione. DIMENSIONE: Per gli oggetti di grandi dimensioni dovrebbero essere prese opportune precauzioni per evitare zona non controllate.

Fattori ambientali

I fattori ambientali che possono influenzare il buon esito di un esame visivo sono: a) b)

ATMOSFERA: L’atmosfera in questo caso è intesa come la porzione d’ambiente che ha un influenza di tipo fisico o psicologico sull’esaminatore. Un’ atmosfera priva di rumore, polvere , fumo o altri elementi di disturbo sarà più propizia per l‘efficacia dell’esame. UMIDITA’ E TEMPERATURA: E’ noto che le persone hanno una diversa capacità di sopportare il calore e l’umidità e comunque l’innalzamento della temperatura corporea diminuisce le capacità mentali di un ispettore.

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d)

2.3.3 a)

b) c)

d)

e)

PULIZIA: Di fondamentale importanza è la pulizia dell’ambiente in cui viene condotto l’esame. La principale contaminazione nell’area d’ispezione è la movimentazione delle parti da esaminare da un’area all’altra. Mentre si esegue un esame, spesso è necessario movimentare ,l’oggetto da controllare. Durante itale fase, se l’area circostante non è sufficientemente pulita possono essere trasferiti sulla superficie dell’oggetto sporcizia ed altri contaminanti. L’area d’esame può diventare contaminata in diversi modi , ad esempio fumo e vapori possono depositarsi sulle superfici riflettenti dell’ oggetto da esaminare creando una riduzione del contrasto necessario per localizzare eventuali discontinuità. SICUREZZA: Il personale ispettivo deve essere a conoscenza delle norme che regolano la sicurezza sul lavoro ed avere accesso a tutti gli equipaggiamenti protettivi per ridurre al minimo il rischio di incidenti.

Fattori fisiologici COMODITA’ FISICA: Sebbene il conforto fisico sia determinato dalla tolleranza della singola persona coinvolta, una sistemazione confortevole per l’ispettore risulterà in una maggiore attenzione ai dettagli e minore distrazione verso disturbi causati da agenti esterni. Un esame condotto in una posizione scomoda o nella stessa posizione per lungo tempo può influenzare in modo negativo l’ esecuzione dell’esame stesso. L’ispettore tenderà ad affrettare il controllo per tornare in una posizione più confortevole . SALUTE: Diverse condizioni fisiche possono influenzare la vista. Alcuni problemi di percezione visiva sono di tipo ereditario mentre altri sono provocati da stati emozionali o di tipo circolatorio. Altri possono essere il risultato di un deterioramento delle strutture oculari dovuti patologie o all’età. ATTITUDINE MENTALE: L’attitudine mentale dell’ispettore può influenzare l’esame perché si possono formare, prima di eseguire l’ispezione, delle immagini mentali preconcette. Questo tipo di immagine virtuale può alterare la percezione e l’interpretazione dell’immagine reale che entra nell’occhio e influenzare il risultato dell’ispezione. La visione è una sensazione selettiva che è fortemente guidata da quello che l’osservatore vuole o si aspetta di vedere. Il fine dell’ispettore può influenzare la percezione se lo stesso sta osservando solo per certi aspetti una particolare scena. Per esempio una persona che si trova in una stanza affollata può riconoscere immediatamente un viso che si aspettava di incontrare; mentre può non riconoscere affatto un viso famigliare che non si aspettava di vedere. FATICA: Il generale benessere dell’ispettore ha una notevole influenza sulla conduzione e interpretazione dell’esame visivo. La fatica non influenza soltanto la sensazione fisica generale dell’ispettore, ma riduce l’efficienza e l’accuratezza dell’interpretazione dei dati raccolti attraverso la visione . l’affaticamento dei muscoli dell’occhio, causato da una scarsa illuminazione e da una scomoda posizione del corpo, provoca tremore dell’occhio e delle palpebre e può rendere inefficace l’esame. POSIZIONE DELL’OGGETTO: La posizione dell’oggetto e la sua distanza rispetto all’ispettore hanno un’influenza sul risultato del controllo. In generale l’occhio deve essere ad una distanza non superiore a 610mm dalla superficie da esaminare e questa deve essere mantenuta ad un angolo non inferiore a 30° rispetto al punto di osservazione. In figura 4 sono riportate le distanze massime e minime raccomandate.

610 mm max

Posizione dell’occhio 305 mm min 30°

30° Fig. 4

Superficie da esaminare

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3.0

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SPECIFICHE INTERNAZIONALI

Attualmente esistono due standard internazionali che trattano l’esame visivo: - EN 970 Non destructive examination of fusion weld – Visual examination Questa specifica è nata appositamente per il controllo di saldature e prevede due diversi livelli di ispezione: l’esame diretto che prevede come strumenti di aiuto all’occhio umano specchi, lenti di ingrandimento e luce artificiale e prevede una massima distanza dal pezzo di 600mm, illuminamento minimo 350lux , consigliato 550 lux e angolo d visuale minimo 30°. Esame remoto che prevede come strumenti telecamera, fibroscopi o boroscopi. Il personale deve conoscere le procedure di saldatura applicata e deve essere sottoposto a controllo dell’ acuità visiva (Jaeger 1) ogni 12 mesi. La EN970 definisce le fasi (prima della saldatura, tra le passate dopo saldatura dopo riparazione) in cui si applica il controllo evidenziando le difettologie da ricercare. In appendice alle EN 970 sono riportate le descrizioni di strumenti di misura e calibri di saldatura. -

ASME V article IX Visual Examination.

Tale specifica si applica all’esame visivo di qualunque semilavorato e a differenza della EN970 richiede che il costruttore rediga una procedura per l’esecuzione dell’esame dedicata, richiede una verifica dell’adeguatezza dell’esame o dimostrando di poter individuare una linea sottile di larghezza 0.8mm o utilizzando difetti artificiali. L’illuminamento minimo richiesto è 160lux mentre è consigliato 500lux.

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4.0

STRUMENTAZIONE

Gli strumenti che vengono utilizzati per l’esame visivo possono essere divisi in strumenti per l’esame diretto, strumenti remoti e strumenti di misura

4.1

STRUMENTI PER L’ESAME DIRETTO

Nei casi in cui l’esame visivo viene eseguito senza l’ausilio di strumenti che elaborino l’immagine si dice che l’esame è diretto. In genere gli strumenti usati per l’esame diretto sono sistemi di ingrandimento quali lenti o microscopi. Lenti e microscopi sono disponibili con diversi poteri di ingrandimento, che variano da 1.5x a 2000x con potere di risoluzione che varia da 0.05 mm a 2 µm. All’aumentare del potere di ingrandimento o di un microscopio si ha una conseguente riduzione della distanza di lavoro e della profondità di campo, questa caratteristica deve essere tenuta in considerazione nella scelta dello strumento o dell’ ingrandimento con il quale si intende procedere all’ispezione. Nel caso in cui si presentino difficoltà nell’accessibilità alla parte da esaminare possono essere usati degli specchi che possono essere dotati di snodi e di sorgente luminosa propria.

4.2

STRUMENTI PER L’ESAME INDIRETTO

Nei casi in cui l’immagine venga elaborata dalla strumentazione si parla di esame remoto. Gli strumenti generalmente usati per l’esame remoto sono boroscopi e fibroscopi. Boroscopi: Sono costituiti da un complesso di lenti inserite in un tubo rigido che permette di ispezionare zone non accessibili, fuori della normale portata dell’ambiente di ispezione o in zone con accessi fisici limitati. I boroscopi permettono di ingrandire l’immagine utilizzando un sistema di lenti e prismi, a seconda del tipo di lente di estremità permettono visione la terale , frontale o addirittura posteriore.. L’illuminazione nella zona di ispezione può essere fornita da una lampada ad incandescenza posta all’estremità terminale dell’asta, questa soluzione era adottata nelle prime generazione di boroscopi. La tecnologia attuale permette di avere la sorgente luminosa all’esterno e il trasporto della lue all’area da ispezionare avviene o per mezzo di fibre ottiche o utilizzando cavi portaluce a liquido. La regolazione dell’ingrandimento e la messa a fuoco vengono eseguiti direttamente all’oculare, l’osservazione da parte dell’ispettore può essere eseguita all’oculare o su schermo televisivo acquisendo l’immagine all’ oculare con una telecamera. Fibroscopi: I fibroscopi permettono come i boroscopi l’osservazione di aree normalmente non accessibili ma operano su un principio differente. Mentre i boroscopi utilizzano un sistema a lenti per la trasmissione dell’immagine i fibroscopi utilizzano un fascio di fibre ottiche in vetro di quarzo chiamato guidaimmagini. Questa caratteristica dei fibroscopi permette il superamento di pieghe ed angoli mentre i boroscopi possono avanzare solo su un percorso rettilineo I fibroscopi raccolgono l’immagine attraverso un lente obiettivo e la trasmettono attraverso un fascio di fibre estremamente sottili ( fino a 8µm di diametro), che sfruttano la completa riflessione della luce sulle loro pareti interne. Infatti nel caso l’angolo tra il raggio luminoso e la superficie di separazione tra vetro e aria superi un certo valore critico non si ha diffrazione del raggio luminoso ma completa riflessione ciò permette la trasmissione dell’immagine da un’estremità all’altra della fibra ottica (fig. 5), tale fenomeno è ulteriormente esaltato ricoprendo le fibre con un sottile strato di vetro a coefficiente di rifrazione più basso.

Fig.5 Dato che ogni singola fibra trasporta una porzione dell’immagine, il fascio deve essere composto in modo tale che ogni fibra termini nella lente oculare nella stessa posizione in cui esso si origina nella lente obiettivo. Questo è

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detto allineamento coerente e permette la formazione dell’immagine di partenza nell’oculare, se le fibre avessero disposizione casuale l’immagine risultante sarebbe irriconoscibile. L’illuminazione è fornita da un secondo fascio di fibre ottiche che trasportano la luce di una sorgente esterna ad alta intensità, tale fascio non necessita di avere allineamento coerente. La parte terminale della sonda può essere angolabile nelle quattro direzioni (alto/basso – destra/sinistra) per mezzo di comandi meccanici o pneumatici permettendo di ottenere un maggior campo visivo. Boroscopi e fibroscopi sono generalmente collegati a telecamere che raccolgono l’immagine dalla lente oculare per trasferirla su un monitor, sono anche disponibili videoendoscopi nei quali il sensore CCD della telecamere è posto direttamente sulla testa dell’ endoscopio pertanto i fasci di fibre ottiche vengono utilizzati esclusivamente per il trasporto della luce.

4.3

STRUMENTI DI MISURA

Gli strumenti di misura generalmente utilizzati per condurre l’esame visivo sono righe metalliche graduate, calibri, micrometri profilometri e comparatori il cui uso e funzionamento si considera conosciuto al lettore. Viene invece riportata una descrizione di alcuni tipi di calibri di saldatura . Calibro per saldatura ad angolo: permette di misurare in modo semplice e rapido la lunghezza del lato cordone e determina se vi è sufficiente altezza di gola. Questo calibro è di base un comparatore in quanto per verificare la dimensione si confronta la parte del calibro, corrispondente alla dimensione accettabile della saldatura, con quella del cordone da controllare. Sul calibro sono ricavati degli archi per creare spazio al cordone da controllare. La dimensione accettabile è incisa sulla parte corrispondente del calibro. Il calibro viene posizionato perpendicolarmente contro il componente saldato. Con questi calibri è possibile controllare il maniera precisa e rapida cordoni d’ angolo da 3 a 25mm.

Saldatura concava

Saldatura convessa Fig. 6

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Calibro per saldatura Palmgreen: con questo calibro è possibile misurare le dimensioni delle saldature ad angolo, la reale altezza di gola dei cordoni d’angolo sia convessi che concavi, il sovrametallo delle saldature testa a testa e le distanze tra i lembi

Fig. 7

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Calibro Cambridge: questo calibro può misurare velocemente l’angolo di preparazione dei lembi, lo livellamento, la dimensione dei cordoni, l’eventuale incisione marginale come visibile nelle figure che seguono.

Fig. 8 Altri tipi di calibri per saldatura sono riportati nella specifica EN 970.

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5.0

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SALDATURA

Al fine di individuare i difetti tipici di una saldatura è necessario conoscere quali sono i vari tipi di processi di saldatura e le cause che portano alla formazione dei vari tipi di difetti a seconda del tipo di materiale e o processo impiegato. Per saldatura si intende un processo che realizza l’unione di due parti metalliche per formare un unico complessivo avente continuità di materiale. Possiamo distinguere diversi metodi di saldatura a seconda dell’uso di materiale di apporto o meno o del l’uso di calore o pressione per realizzare l’unione; in generale si possono dare le seguenti definizioni: saldatura omogenea: una saldatura è detta omogenea quando il materiale base è uguale al metallo d’apporto saldatura eterogenea: una saldatura è detta eterogenea quando il metallo base è diverso da quello d’apporto saldatura autogena: una saldatura è detta autogena quando il materiale base fonde e prende parte alla composizione del giunto saldatura eterogena: una saldatura è detta eterogena quando il materiale base non fonde e non prende parte alla composizione del giunto che è formato dal solo materiale d’apporto. saldatura per fusione: si ha quando il collegamento dei pezzi è ottenuto mediante fusione e susseguente solidificazione dei lembi, con o senza interposizione di metallo d’apporto saldatura per pressione: si ha quando il collegamento dei pezzi è ottenuto esercitando una pressione meccanica sui pezzi da unire. L’azione della pressione deve essere combinata col calore necessario per far raggiungere i pezzi allo stato pastoso , generalmente senza l’impiego di metallo d’ apporto. Nella tabella che segue sono classificati alcuni dei metodi di saldatura più noti, di alcuni dei quali è data una descrizione del principio di base di seguito, alla saldatura TIG sarà dedicato un apposito capitolo nel seguito

Saldature autogene per fusione

Saldature autogene per pressione

Saldature eterogenee

Saldatura ossiacetilenica Ad elettrodi rivestiti Automatico Ad arco Semiautomatico sommerso A doppio filo Con elettrodo di Tungsteno TIG Saldatura ad arco Con filo continuo in Argon MIG In atmosfera Con filo continuo gassosa in CO2 MAG All’ Idrogeno atomico Al plasma Sotto scoria elettroconduttrice Alluminotermia A fascio elettronico (Electron beam) Ad ultrasuoni Laser Per punti A resistenza elettrica A rulli A scintillio Per frizione Saldobrasatura Dolci Alla fiamma Ossigas Brasatura In forno capillare Forti A resistenza elettrica Ad induzione

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Saldatura ad arco : Si tratta di una saldatura per fusione che utilizza una sorgente di calore di natura termoelettrica. Il calore nella zona di fusione è ottenuto mediante l’arco voltaico che scocca tra i pezzi da saldare ed il metallo d’apporto, detto elettrodo. Entrambi fanno parte di un circuito elettrico al quale l’energia è fornita da una macchina detta saldatrice. Esistono diversi metodi di saldatura che sfruttano il calore prodotto dall’arco elettrodo: Saldatura con elettrodo rivestito: In questo caso l’elettrodo oltre a provvedere a costituire uno dei due poli tra i quali scocca l’arco fornisce anche il materiale d’apporto per la saldatura essendo l’elettrodo stesso fusibile. Il rivestimento dell’elettrodo in parte vaporizza fornendo l’atmosfera protettiva al bagno fuso ed in parte fonde per poi solidificare sotto forma di scoria che ricopre il cordone proteggendolo dall’ossidazione durante il raffreddamento. Legenda: A Anima B Gocce di metallo d’apporto C Scoria liquida D Bagno di fusione E Elettrodo F Scoria solidificata G Deposito solidificato L Gas protettivi M Metallo base N Rivestimento Fig. 9

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Saldatura ad arco sommerso: In questo procedimento l’arco elettrico scocca tra un elettrodo fusibile A (vedi fig. 10) ed il metallo base B mantenuto sotto protezione di un flusso granulare C. Tale flusso alimentato da una tramoggia D, cade immediatamente davanti al punto da saldare e ricopre i lembi in modo tale che l’arco avanzando ne risulti sempre protetto. Il materiale d’apporto è u filo nudo E che funge anche da elettrodo e viene fatto avanzare con un dispositivo automatico F. I vantaggi di tale procedimento sono la grande penetrazione e conseguentemente una velocità di esecuzione più elevata ed un minor numero di passate nella saldatura di forti spessori. Un limite è dato dal fatto che possono essere eseguite solo saldature in piano.

Fig. 11

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Saldature semiautomatiche a filo continuo sotto protezione gassosa (MIG - MAG): Dalla pinza porta elettrodo chiamata pistole A (fig. 12) esce in modo continuo il filo elettrodo B spinto da un motorino C a velocità costante. L’arco scocca tra l’estremità del filo ed il metallo base, mentre dalla corrente della pistola fluisce una corrente di gas che crea nella zona d’arco un’atmosfera protettiva D. Un cavo flessibile E alimenta la pistola assicurando contemporaneamente la trasmissione F della corrente elettrica dalla saldatrice all’elettrodo ed il flusso del gas protettivo G, nonché una circolazione di andata e ritorno per l’acqua di raffreddamento. Un cavo elettrodo M collega il, morsetto di massa M alla saldatrice. La distinzione tra i due sistemi è data dal gas di protezione usato: nel sistema MIG il gas è Argon, nel sistema MAG è CO 2.

Fig. 12 Saldatura al plasma: Se un gas neutro viene riscaldato oltre un certo limite ad esempio attraverso un arco elettrico si ha la formazione di plasma , un particolare stato della materia caratterizzato da elevati livelli di energia cinetica e conseguentemente termica. Il plasma si ottiene con una speciale torcia di forma cilindrica in materiale refrattario, nell’interno della quale viene fissato un elettrodo di Tungsteno A (fig. 13) .Il gas entra dalla parte superiore della torcia e a contatto con l’arco elettrico B si ionizza. Si ha così il raggiungimento di temperature dell’ordine di 20000°C nella zona C. La torcia è energicamente raffreddata con una circolazione d’acqua nella sua intercapedine. Il gas ionizzato tende a strozzarsi in corrispondenza dell’ugello della torcia, mentre il gas essendo in temperatura tende a espandersi tutto ciò provoca un aumento della velocità di uscita del gas. Ciò impedisce al’arco di espandersi lateralmente e lo riduce ad un dardo. Il materiale di apporto viene introdotto sotto forma di bacchetta o di filo continuo.

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Fig. 13 Saldatura a fascio elettronico (electron beam): questo metodo utilizza come sorgente di calore un sottile e velocissimo fascio di elettroni diretti contro i pezzi da unire. Gli elettroni emessi dal catodo vengono fortemente accelerati da una tensione regolabile sino a 30000V e quindi attraverso un foro praticato nell’anodo continuano la corsa verso il metallo base. All’atto dell’urto l’energia cinetica degli elettroni si trasforma in calore portando a fusione il metallo. La saldatura si esegue in una camera in tenuta stagna e sotto vuoto non sono quindi necessari gas protettivi. Questo metodo consente elevate penetrazioni e alte velocità di saldatura con cordoni molto stretti (fig. 14).

Fig. 14 Legenda: 1 Catodo 2 Griglia

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Anodo Visore ottico Raccordo per il vuoto del cannone Valvola di intercettazione del cannone Camera sotto vuoto Dispositivo di focalizzazione Raccordo di aspirazione aria Fig. 15

Saldatura laser: Il laser è un emittente ottico che produce fasci estremamente concentrati di luce coerente . I fasci concentrati da un sistema di lenti vengono focalizzati nella zona di saldatura,ottenendo una elevata densità di energia che permette velocità di saldatura molto elevate fino a 10m/minuto. L’avvento di nuove sorgenti sta rendendo possibile l’applicazione di questa tecnica anche alla saldatura di leghe di Alluminio.

5.1

SIMBOLOGIA DELLA SALDATURA

Al fine di condurre una corretta valutazione di un giunto di saldatura è necessario sapere interpretare i simboli di saldatura richiamati dai disegni. Esistono due diverse codifiche: la codifica europea (EN22553) e la codifica americana (AWS A2.4). Nel caso del programma Delta si farà sempre riferimento alla codifica americana secondo AWS A2.4 che prevede Quanto illustrato nello schema che segue:

yyyyyy xxxxxx

Se la scritta è posta al di sotto della linea di quota (xxxxxx) del segno di saldatura il diritto del cordone corrisponde al lato indicato dalla freccia, nel caso in cui la scritta sia posta al di sopra della linea di quota (yyyyy) allora il lato diritto è quello opposto alla freccia . Nel caso della normativa europea il criterio è esattamente l’opposto, lungo la linea di quota possono essere riportate indicazioni relative al metodo di saldatura , il tipo di materiale d’apporto, la preparazione dei lembi etc.

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5.2

Cenni di metallurgia

Al fine di poter comprendere i fenomeni che avvengono durante una saldatura e come si originano le principali difettologie tipiche della saldatura è necessario dare qualche nozione sulla struttura della materia. I metalli come qualsiasi sostanza sono composti da atomi che per i nostri scopi possiamo considerare come se fossero il più piccolo costituente della materia. Se consideriamo un metallo allo stato liquido e immaginiamo di poter osservare gli atomi che lo costituiscono , osserveremmo un insieme disordinato.

Fig. 16 Immaginiamo ora di raffreddare il nostro metallo fino a farlo solidificare completamente, se osserviamo gli atomi vediamo che essi iniziano a raggrupparsi e a disporsi in modo ordinato in modo da formare un reticolo.

Fig. 17

Gli atomi sono quindi regolarmente allineati , disposti a distanze regolari e possiamo supporre che formino una gabbia immaginaria che chiamiamo reticolo cristallino. Ora immaginiamo di considerare un metallo diverso da quello di prima e ripetere l’esperimento, otterremo sempre una forma solida ma vediamo che gli atomi sono disposti in modo diverso da prima pur avendo una disposizione ordinata. Quello che differisce tra i due reticoli è la cella elementare che possiamo definire come la più piccola “gabbietta” di atomi che mantiene tutte le caratteristiche di simmetria del cristallo. Se ripetessimo questo esercizio con tutte le sostanze che solidificano in forma di cristalli otterremmo 14 diverse celle elementari possibili (vedi figura 18).

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Fig. 18 Torniamo adesso a considerare il nostro metallo liquido mentre solidifica, durante il raffreddamento avremo la formazione di diversi di questi gruppi ordinati di atomi. Ciascuno di questi gruppi continuerà a crescere nelle varie direzione fino a quando non ne incontra un altro, questi gruppi prendono il nome di grani cristallini e la loro disposizione determina la struttura metallografia di un particolare.

Grani cristallini

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Se finora abbiamo fatto riferimento a un metallo puro , consideriamo adesso una lega di due metalli A e B in una rapporto ben preciso tra loro ad esempio 20%A e 80% B rappresentata dalla linea blu nel grafico temperatura concentrazione degli elementi di lega di figura 19. Quando la nostra lega si trova allo stato liquido i due metalli si trovano nella proporzione nominale, se iniziamo a diminuire la temperatura in modo molto lento osserveremo che quando la temperatura arriva al punto A che si formano dei nuclei di solidificazione con una certa struttura ordinata, nel grafico la linea 1(azzurra tratteggiata) indica la composizione di questa porzione di metallo solido che si è formata , possiamo veder che è molto vicina alla composizione nominale della lega, mentre la linea azzurra tratteggiata 2 indica la composizione del liquido rimanente. Come si può vedere a questo punto la composizione del liquido è molto vicina a quella nominale della lega madre, mentre il solido è composto quasi esclusivamente dal metallo A. A mano a mano che la temperatura scende la proporzione tra metallo A e B nel liquido e nel solido varia. Quando il la temperatura raggiungerà la posizione B del grafico di figura avremo che il liquido sarà quasi scomparso ed avrà la composizione indicata dalla linea tratteggiata verde 3, mentre il solido avrà la composizione 4, per temperature inferiori a C tutto il metallo si trova allo stato solido.

Liquido

A

B C

Liquido + solido

Solido B% 0

100% A%

100%

4 1

2

0

3

Fig. 19 Dalla descrizione si potrebbe essere indotti a pensare che il nostro metallo abbia una composizione non costante e che sia per così dire composto da una serie di strati con composizione diversa. Ciò non è vero, infatti, semplificando, possiamo immaginare che mentre il raffreddamento procede gli atomi dei due singoli metalli si spostano nel reticolo cristallino che si sta formando in modo da distribuirsi in modo omogeneo. Inoltre in molte leghe come gli acciai durante il raffreddamento avvengono trasformazioni del reticolo cristallino ad esempio da cubico corpo centrato a cubico a facce centrate che vengono sfruttate nel corso dei trattamenti termici degli acciai.

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5.3

Trattamenti termici

Le trasformazioni del reticolo cristallino ed il movimento degli elementi che compongono la lega all’interno del reticolo sono i fenomeni stanno alla base dei trattamenti termici. Per alcuni materiali come gli acciai o le leghe di Titanio si sfrutta il fatto che la lega cambia forma allotropica ovvero cambia il tipo di cella elementare con la quale è costruito il reticolo cristallino al variare della temperatura. In altri casi come ad esempio le leghe di alluminio si sfrutta il fatto che con il variare della temperatura il reticolo cristallino del metallo presente in maggiore percentuale è in grado di ospitare al suo interno maggiori o minori quantità di elementi di lega. Se facciamo riferimento all’ acciaio vediamo che fino temperature comprese tra i 750 e i 900°C (a seconda della lega) ha una struttura di tipo cubico a corpo centrato ed è in grado di sciogliere al suo interno una quantità di Carbonio molto piccola (12 atomi ogni 1000 celle unitarie circa), mentre a temperature superiori ha struttura cubica a facce centrate ed è in grado di accogliere percentuali di Carbonio molto più elevate (370 atomi ogni 1000celle circa a 1145°C).

Cubico corpo centrato

Cubico facce centrate Fig. 20

Se noi raffreddiamo un acciaio lentamente da temperature superiori ai 900°C diamo modo alla struttura di modificarsi completamente, ma se il raffreddamento avviene in modo brusco come nella tempra gli atomi di Carbonio in eccesso non possono essere espulsi e rimangono intrappolati all’interno del reticolo che si sta trasformando, pertanto si ha la formazione di una struttura intermedia che risulta distorta come illustrato in figura. La struttura metallografia che ne risulta prende il nome di martensite. Un acciaio che sia stato raffreddato velocemente e presenti questa struttura risulta essere duro ma molto fragile. Per diminuire questa fragilità al trattamento di tempra generalmente si fa seguire un trattamento di rinvenimento che riduce le tensioni nel reticolo della martensite dando modo ad una parte del Carbonio in eccesso di abbandonare il reticolo.

Fig. 21 La formazione della martensite non dipende solo dalla velocità di raffreddamento dell’acciaio ma anche dal tipo di accaio che si considera esistono infatti acciai per i quali si ha la formazione di martensite anche per raffreddamenti in aria (acciai inossidabili martensitici come l’Aisi 410modificato) e acciai per i quali è necessario un raffreddamento molto veloce per ottenere la martensite.

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Questa rapida e semplificata descrizione di ciò che avviene durante un trattamento di tempra su acciai è necessaria per comprendere l’origine di alcuni difetti tipici delle saldature e la metallurgia di una saldatura

5.4

Metallurgia della saldatura

Vediamo ora come quanto esposto nel capitolo precedente riguardo i fenomeni che avvengono durante la solidificazione si può trasferire ad un giunto saldato. Nel corso di una saldatura per fusione si ha un grande apporto di calore in una zona abbastanza limitata della parte in produzione con conseguente fusione di una porzione di metallo. Questa grande quantità di calore provoca un ‘ alterazione del materiale che circonda la zona fusa . Pertanto in una saldatura per fusione possiamo individuare tre zone ben distinte: Zona fusa: è la porzione di materiale che è stato portato a fusione e quindi risolidificato. Zona termicamente alterata: è la porzione di materiale più vicina alla zona fusa. In questa zona sono state raggiunte temperature inferiore a quella di fusione del materiale base ma sufficienti a cambiare le caratteristiche del materiale. Materiale base: materiale dei due lembi da unire che non ha subito nessuna influenza dal processo di saldatura.

Materiale Base

Zona fusa Zona Termicamente Alterata Fig. 22 A seconda del materiale che stiamo saldando (acciaio, alluminio, Titanio) nella zona fusa e termicamente alterata potremo avere caratteristiche meccaniche più alte o più basse a causa delle diverse trasformazioni che avvengono in questi tre tipi di leghe nel corso del raffreddamento. In particolar modo nel caso di acciai martensitici si avrà la formazione di martensite sia in zona fusa che in zona termicamente alterata con conseguente innalzamento delle caratteristiche meccaniche del giunto saldato.

5.5

Difetti tipici di saldatura

Di seguito sono passati in rassegna i principali difetti di saldatura : cricche: si può definire cricca una discontinuità originatasi per strappo in un materiale metallico originariamente continuo. Sono difetti indicati come bidimensionali in quanto sono lunghi e profondi con andamento frastagliato e bordi ravvicinati. Sono da considerarsi come il più grave difetto che si può avere in una saldatura. Le cricche possono presentarsi sia in zona fusa che termicamente alterata:

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Cricche in zona fusa: Possiamo avere cricche a caldo o a freddo: cricche a caldo: Sono cricche che si manifestano durante la solidificazione del giunto saldando quasi tutti i materiali . Le cause principali sono: la presenza di impurezze sia nel materiale base (ad esempio elevati tenori di Zolfo negli acciai al Carbonio) che sui lembi da saldare (ad esempio sporcizia), elevato grado di vincolo in opposizione ai ritiri di saldatura. Tipico esempio di cricche a caldo sono le cricche di cratere.

Inserire foto di cricca a caldo

Fig. 23 Cricche a freddo (da idrogeno): si formano durante il raffreddamento del cordone quando la temperatura si avvicina a quella ambiente. Generalmente si manifestano nella saldatura di acciai al Carbonio o acciai basso legati in presenza di elevati tenori di Carbonio forti tensioni di ritiro e strutture martensitiche. Tale fenomeno si può verificare anche dopo ore che è stata completata la saldatura a causa dell’elevato tensionamento del reticolo cristallino che viene indotto dalla presenza dell’idrogeno, pertanto gli acciai che sono soggetti a questo tipo di cricche subiscono preriscaldi prima della saldatura oppure trattamenti di distensione ( ad esempio nel case dell’ AISI 410 modificato) dopo la saldatura per evitare la formazione di strutture martensitiche o per diminuirne la durezza. Cricche in zona termicamente alterata: In questo caso possiamo avere cricche da idrogeno o strappi lamellari: Cricche a freddo (da idrogeno): valgono le stesse considerazioni fatte per le cricche a freddo in zona fusa

Fig. 24 Strappi lamellari : sono tipiche dei giunto a T in particolar modo su materiali che sono ricchi di impurezze e inclusioni . Anche in questo caso le condizioni di vincolo più rigide aumentano la possibilità che si formi il difetto.

Fig. 25

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Mancanza di penetrazione e di fusione: discontinuità tra i lembi del cianfrino provocate dalla mancata fusione di uno o di entrambi i lembi da saldare. Esistono diversi casi possibili:

Fig. 26 Incollature: Sono simili alle mancanze di fusione, ma tra lembo e zona fusa è interposto uno strato di ossido. Questo difetto compromette la resistenza meccanica del giunto.

Incollatura Fig. 27 Inclusioni: Sono difetti situati in zona fusa dovuti alla presenza di sostanze diverse dal metallo costituente il cordone inglobate nel cordone. Casi particolari sono le inclusioni di scoria e quelle di Tungsteno. Inclusioni di scoria: Sono cavità contenenti scoria o scoria e gas ed hanno forma tondeggiante o allungata. Sono tipiche di saldature ad elettrodo rivestito o di saldature ad arco in più passate nelle quali non si sia curata in modo adeguato la pulizia tra passate successive. Inclusioni di Tungsteno: Sono costituito da Tungsteno in forma di pezzetti o schegge raggruppate, sono difetti tipici della saldatura TIG. Inclusioni gassose o Porosità: Sono cavità provocate da gas che sono rimasti intrappolati nel bagno. Possono essere provocate da sporcizia, grasso, umidità presenti sui lembi o da una protezione del bagno non corretta o eccessiva. Difetti di profilo Eccesso di sovrametallo: è tipico dei giunti di testa comporta una diminuzione della resistenza del giunto a causa delle irregolarità e delle maggiori concentrazioni di carico che si hanno ai bordi del sovrametallo

Fig. 28

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Incisioni marginali: si tratta di depressioni sui ianchi del cordone, sono spesso causati dall’uo di corrente troppo elevata o da deviazioni dell’arco.

Fig. 29

Irregolarità superficiali: E’ dovuta a scarsa capacità del saldatore e conferisce un brutto aspetto al cordone le cui maglie anziché essere disposte parallelamente una di seguito all’altra, hanno andaento irregolare,con variazioni del profilo del cordone, avvallamenti eccetera. Slivellamento dei lembi:E dovuto generalmente ad un montaggio imperfettoche non permete di ottenere una saldatura regolare. Nel migliore dei casi si ha una brusca variazion del profilo, altrimenti si può arrivare alla mancanza di fusione di uno dei lembi

Fig. 30 Spruzzi: Sono depositi più o meno grandi e dispersi , generalmente incollati alla superficie del metallo base. Possono generare piccole cricche sulla superficie del materiale base o fare da puno di attacco per la corrosione. Colpi d’arco: Consistono in una fusione localizzata del materiale base avvenuta generalmente senza deposito di materiale d’apporto. Sono difetti tipici dei procedimenti manuali ad arco provocati da scarsa cura del saldatore che innesca l’arco sul materiale base e non come è regola su un lembo del cianfrino. Tali fusioni localizzate sono spesso accompagnate da cricche di cratere che possono anche essere profonde.

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6.0

GENERALITA’ SULLA SALDATURA T.I.G.

Vengono riportate di seguito alcune nozioni relative alla saldature TIG così come vengono esposte nei corsi per saldatori TIG con qualifica europea. Nella saldatura TIG (fig. 31) viene utilizzato l’arco elettrico come sorgente di calore per la fusione dei lembi e del materiale d’apporto. L’arco scocca tra il pezzo da saldare e un elettrodo in Tungsteno (T), materiale che fonde a temperature superiori a 3000°C, per tale motivo l’elettrodo viene detto in fusibile. L’elettrodo è fissato ad una torcia (P) raffreddata da una circolazione d’acqua, dalla bocca della torcia esce anche il gas protettivo proveniente dalla bombola attraverso un tubo (G). Il metallo d’apporto viene fornito da una bacchetta B, il morsetto di massa (M) e l’elettrodo sono collegati attraverso i cavi elettrici (F) ad un generatore di corrente .

Fig. 31 I tipi di corrente che si possono utilizzare per la saldatura TIG sono: - corrente continua con polarità diretta (negativo sull’elettrodo in fusibile): è il tio di corrente più utilizzata nella saldatura TIG ed è applicabile a quasi tutti i metalli saldabili. Con tale tipo di polarità l’elettrodo è collegato al polo negativo ed il materiale da saldare al positivo; siccome il 70% del calore è generato al polo positivo, un elettrodo di un certo diametro sopporta una corrente più elevata in polarità diretta che inversa . La corrente continua in polarità diretta produce un bagno più stretto e maggiore penetrazione che in polarità inversa. Essa però non è in grado di rimuovere gli ossidi superficiali da materiali come le leghe di allumini e magnesio. - corrente continua con polarità inversa: saldando con questa polarità l’elettrodo è collegato al polo positivo ed il pezzo al polo negativo della saldatrice, in questo caso si ha un maggior riscaldamento dell’elettrodo ma un minor riscaldamento del pezzo. Questo è il tipo di alimentazione meno usata perché produce un bagno piatto con limitata protezione, inoltre richiede grande abilità da parte del saldatore in quanto si usa un elettrodo di grande diametro e valori di corrente molto bassi

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6.1

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corrente alternata: con questo tipo di corrente alla frequenza industriale di 50 Hz, l’arco si dovrebbe accendere e spegnere 100 volte al secondo. La tensione disponibile ai morsetti della saldatrice non è sufficiente a permettere queste continue accensioni dell’arco in un atmosfera di gas inerte si utilizza pertanto un dispositivo chiamato “arco pilota” o generatore di alta frequenza , i cui impulsi, sovrapposti alla tensione normale di alimentazione permettono la riaccensione dell’arco. Corrente modulata o pulsante: si utilizzano due livelli di corrente , tra i quali varia continuamente la corrente stessa , in modo da produrre una pulsazione periodica dell’arco. Con questa pulsazione, si ottiene un cordone di saldatura costituito praticamente da una sovrapposizione continua di punti di saldatura, depositati quando la corrente assume il valore massimo, che formano un cordone continuo.

ATTREZZATURA

Elettrodi di Tungsteno: gli elettrodi sono in Tungsteno e possono essere legati con Torio (elettrodi toriati) ciò favorisce l’innesco ma riduce la temperatura di fusione dell’elettrodo. Il diametro dell’elettrodo deve essere scelto in funzione del tipo di corrente che si impiega e della sua intensità. Anche la preparazione dell’estremità dell’elettrodo a punta o arrotondata dipende dal tipo di corrente che si utilizza. Torce per saldatura TIG: possono essere raffreddate ad aria (per correnti fino a 200 A) o ad acqua . Sono provviste di una pinza porta Tungsteno e di connessioni per il collegamento elettrico e per l’alimentazione del gas inerte. Possono montare ugelli ceramici intercambiabili. Ugelli ceramici: sono usati per dirigere correttamente il gas inerte nella zona da saldare. Il diametro viene scelto dal saldatore in funzione del diametro dell’elettrodo di Tungsteno impiegato e della portata del gas inerte richiesta

6.2

GAS DI PROTEZIONE

La funzione principale del gas di protezione è di tenere lontana l’aria dal bagno di saldatura , dall’elettrodo e dall’estremità della bacchetta di materiale d’apporto, per evitare contaminazioni del deposito di saldatura. Inoltre il gas non deve né ossidare il bagno né l’elettrodo in fusibile pertanto il gas deve essere inerte. Generalmente si utilizzano Argon, Elio o loro miscele: Argon: permette di avere un arco più stabile ma un bagno meno caldo, è indicato maggiormente nella saldatura di spessori sottili. E’ inoltre necessaria una minore quantità di gas minore in quanto essendo l’Argon più pesante dell’aria staziona stabilmente sul bagno fuso. Elio: L’ arco in Elio sviluppa una quantità di calore molto superiore a quanto avviene in Argon, ciò permette velocità di saldatura più elevate .Essendo questo gas più leggero dell’aria sono necessarie maggiori quantità di gas per garantire la protezione. Bisogna inoltre considerare il costo quasi doppio dell’Elio rispetto all’Argon. Miscele Elio Argon: sono usate per avere gas protettivi di caratteristiche intermedie tra quelle dei due componenti.

6.2.1

Protezione al rovescio

La protezione al rovescio è raccomandata quando si esegue la prima passata di giunti di testa a piena penetrazione, per i quali non è prevista la ripresa al rovescio. I gas utilizzabili sono Argon, Elio e loro miscele. Per ottenere una protezione interna efficiente ,ad esempio nel caso di saldatura di tubi, occorre un lavaggio iniziale, da realizzare con una quantità di gas almeno uguale a sei volte il volume da riempire. L’afflusso del gas dovrà poi essere mantenuto come richiesto dalle procedure applicabili.

6.3

COLLEGAMENTO CORRETTO DEL CAVO DI MASSA

L’arco elettrico può essere deviato dall’azione magnetica della corrente che tende a deviare l’arco dalla retta passante per l’asse dell’elettrodo di tungsteno.

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Questo fenomeno può essere di notevole disturbo all’ opera del saldatore e, rendendo difficile il controllo del bagno di fusione, può essere la causa di gravi difetti di saldatura. Per rendere minimo il disturbo provocato dal flusso magnetico (che non si manifesta quando si usa alimentazione con corrente alternata), è necessario posizionare correttamente le prese di massa: quando si comincia una saldatura la presa di massa va disposta all’estremità finale del giunto, mentre successivamente va trasportata all’inizio dello stesso; come soluzione di compromesso si può posizionare la presa a metà del giunto, sdoppiandola in modo da averne una su ogni lembo; ciò evita le inclinazioni trasversali dell’arco. Quanto detto vale per la saldatura in corrente continua ed è indipendente dalla polarità dell’alimentazione.

6.4

MATERIALI D’APPORTO

Le bacchette per saldatura TIG in commercio sono, nella maggior parte dei casi, classificate ed identificate secondo i criteri delle normative americane AWS . La simbologia della norma AWS 5.9 relativa alle bacchette per la saldatura di acciai inossidabili si basa esclusivamente sulla composizione chimica del deposito; essa prevede le lettere iniziali ER seguite da tre cifre che richiamano la designazione AISI del materiale. Le bacchette devono essere marcate in modo che non sia possibile confondere bacchette di materiali diverse. Si raccomanda di conservarla in ambiente pulito e protetto dalla formazione di ossidi o deposito di umidità, è consigliato l’immagazzinamento i fornetti termostatati o in armadi con atmosfera protettiva di gas inerte.

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7.0

AISI 410 E SUA SALDATURA

Il materiale usato per la produzione del serbatoio del secondo stadio di Delta II è un acciaio inossidabile martensitico: AISI 410 Modificato (AMS 5505) Questo acciaio pur essendo considerato inossidabile è suscettibile all’ossidazione ed alla corrosione, ciò a causa del fatto che il suo contenuto in Cromo corrisponde al contenuto minimo richiesto per considerare inossidabile un acciaio, gli altri elementi di lega presenti . La caratteristica degli acciai inossidabili martensitici è di poter essere sottoposti a trattamenti di tempra e successivo rinvenimento ottenendo strutture martensitiche. Inoltre le velocità di raffreddamento che sono richieste per ottenere strutture martensitiche sono tali da permettere la tempra in aria. Ciò fa si che in un giunto saldato di tale tipo di acciai si ottengono strutture martensitiche sia in zona fusa che in zona termicamente alterata e quindi sono necessarie operazioni di pre riscaldo e post riscaldo o trattamenti di distensione dei giunti per evitare cricche a freddo da Idrogeno. Nell’ambito del programma Delta le saldature vengono eseguite con tecnologia TIG sia automatico che manuale, utilizzando come materiale d’apporto filo in AISI 410mod. per le saldature di lembi in questo materiale.

Fig.32 Di seguito vengono riportati i criteri di accettabilità da applicare all’esame visivo delle saldature così come riportati nella specifica applicabile STP0431.

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Difettologia

Criterio di accettabilità per STP0431

Aspetto visivo

I cordoni dovranno unirsi con il materiale base con un raccordo uniforme. Non accettabili Non accettabili La profondità della concavità non potrà superare Non accettabili Minimo dovrà essere al di sopra del materiale base adiacente Massimo 0.25 *T o 0.032 pollici (scegliere il più grande dei due) Massimo 0.25 *T o 0.032 pollici (scegliere il più grande dei due) Non accettabile Nel caso di saldature d’angolo non ci dovrà essere evidenza di fusione in nessuna superficie ad eccezione di quelle al diritto Non accettabile Non accettabili Non accettabile Non accettabili Non accettabile Non accettabile Non accetabile

Colpi d’arco Concavità al rovescio groove welds Concavità al rovescio (saldatura circonferenziali) Cricche Sovrametallo al rovescio

Sovrametallo al diritto Scarsa penetrazione

Fusione incompleta Overlap Scoria Spruzzi Porosità superficiale Incisioni marginali Undercut Scarso riempimento Underfill

7.1

DELTA II 2nd stage tank

DIFETTI TIPICI E RACCOMADAZIONI PER LA SALDATURE DI AISI 410

Di seguito vengono elencate una serie di precauzioni, per gli operatori di saldatori coinvolti nel programma ed una carrellata di difettologie osservate nel corso dello sviluppo del processo con le relative cause. Molte delle precauzioni che seguono appaiono banali, ma la loro presenza nell’ elenco è dovuta al verificarsi difetti anche di notevole impatto a causa di sviste o dimenticanze. -

si raccomanda di seguire sempre la check list allegata alle procedure di processo provvedendo alla notifica delle eventuali non conformità.

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Per tutte le configurazioni di saldatura verificare che le bobine e le bacchette di filo d’apporto siano del materiale corretto e che siano sempre correttamente identificate.

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Assicurarsi di utilizzare sempre materiali d’apporto che sia stati correttamente immagazzinati tra una saldatura e l’altra.

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Avere cura di utilizzare i materiali ausiliari indicati dalle specifiche e procedure applicabili in particolar modo per quanto riguarda le operazioni di pulizia pre e post saldatura.

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Evitare accuratamente l’utilizzo di strumenti o nastri in Alluminio. La presenza di residui di Alluminio sulla superficie del materiale durante le fasi di trattamento termico è causa di corrosioni molto profonde che possono essere cause di scarto della parte che ne è affetta

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Avere cura di maneggiare le parti saldate o da saldare con guanti bianchi e puliti in particolare modo evitare che le superfici che si troveranno all’interno del serbatoio a fine assemblaggio

A E R O S P A Z I O

Space Division

DELTA II 2nd stage tank

siano soggette a sporcarsi, verificare accuratamente la pulizia delle superfici interne prima di qualsiasi saldatura di chiusura. -

Utilizzare sempre la protezione al rovescio per qualsiasi intervento di riparazione anche se piccolo.

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Nel caso si verifichino dei colpi d’arco segnalarli immediatamente senza procedere a nessun tipo di rilavorazione della zona difettata.

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Prestare particolare attenzione nella saldatura di parti aventi spessori sottili per evitare la formazione di risucchi al rovescio.

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Non spazzolare le saldature circonferenziali dopo la prima passata per evitare l’intrappolamento di materiali estranei nel coso della seconda passata.