“Saldatura Ferro”: saldabilità degli Acciai al carbonio basso legati

“Saldatura ferro”, o meglio, degli acciai al carbonio basso legati: oggi tra i più utilizzati nell’industria grazie alla loro lavorabilità, economicità, reperibilità e buone proprietà meccaniche. Quali sono le maggiori sfide e le migliori tecniche di saldatura?

A livello tecnico, parlare di “saldatura Ferro” è poco preciso. Se nel parlato comune ci si riferisce al Ferro come ad un metallo argenteo duro e resistente, ma suscettibile alla corrosione, in campo metallurgico la questione è più sfaccettata.

Il Ferro è, di fatto, l’elemento base della metallurgia: da esso si ottengono gli acciai e le ghise, in lega col carbonio e con altri elementi.

Spesso, riferendoci al Ferro, intendiamo in realtà l’Acciaio al carbonio basso legato.

L’acciaio al carbonio basso legato è molto comune e poco costoso rispetto ad altri metalli e leghe. Le sue applicazioni sono ampie e includono elementi riconducibili a diversi settori, come ad esempio, ringhiere, cancelli, carter, strutture di macchinari, componenti automotive, tubazioni, e molti altri.

In generale, se le applicazioni specifiche non necessitano di resistenza alla corrosione, gli acciai a bassa lega rappresentano una scelta economica e versatile, spesso impiegata nell’industria per le buone proprietà meccaniche e la lavorabilità.

In questo articolo andremo a inquadrare i diversi tipi di acciai al carbonio, definendo la saldabilità e le migliori tecniche per ottenere risultati ottimali nella lavorazione di saldatura.

Per definire al meglio l’Acciaio al carbonio basso legato, è doveroso approfondire in primo luogo cosa sia l’Acciaio al carbonio.

Se è vero che tutti gli Acciai contengono carbonio in percentuali differenti, la definizione “Acciaio al carbonio” è utile a descrivere due tipi distinti di acciaio: l’acciaio al carbonio e l’acciaio a bassa lega, in contrapposizione all’Acciaio Inox.

L’American Iron and Steel Institute (AISI) specifica alcuni punti che un acciaio deve soddisfare per essere definito acciaio al carbonio. In sintesi, deve essere semplice, quasi privo di lega e composto da due materiali fondamentali: Ferro e Carbonio.

Al di là della definizione tecnica, con il termine “acciaio al carbonio” ci si riferisce, in generale, anche agli acciai che non sono inossidabili. Infatti, tutti gli acciai inossidabili sono accomunati dalla resistenza alla corrosione, che deriva dall’elevato contenuto di Cromo e dal basso contenuto di Carbonio.

Se valutiamo questa casistica, possiamo considerare acciai legati e basso legati. Essi possono essere costituiti da piccole quantità di elementi di lega, in modo da personalizzarli a seconda dell’applicazione desiderata.

In particolare, possiamo distinguere tre tipi di acciaio al carbonio:

• Acciaio a basso tenore di carbonio (come AISI 304, ASTM A815, AISI 316L): comunemente noto come acciaio dolce, è ampiamente utilizzato per la sua economicità e versatilità. Con una percentuale di carbonio compresa tra lo 0,05% e lo 0,25%, è malleabile e duttile, ma presenta una resistenza alla trazione relativamente bassa.
  Anche gli acciai ad alta resistenza e basso legati rientrano in questa categoria e offrono maggiore resistenza grazie al trattamento termico subito e a elementi di lega come rame, nichel e molibdeno che, insieme, possono rappresentare fino a 10% della composizione dell’acciaio. Pur mantenendo la duttilità, gli acciai ad alta resistenza e basso legati risultano più resistenti alla corrosione del normale acciaio a basso tenore di carbonio.
  Applicazioni tipiche degli acciai a basso tenore di carbonio si ritrovano nei componenti della carrozzeria dei veicoli, nelle forme strutturali (come travi), tubazioni, componenti di edifici e ponti.
• Acciaio a medio tenore di carbonio (come AISI 409, ASTM A29, SCM435): con una percentuale di carbonio che può oscillare tra lo 0,30% e lo 0,50%, e manganese tra lo 0,60% e il 1,65%, questo tipo di acciaio può aumentare le sue performance attraverso trattamenti termici.
  Anche se presenta maggiore resistenza rispetto all’acciaio a basso tenore di carbonio, ne sacrifica duttilità e tenacità. Trova impiego nella produzione di componenti meccanici come alberi, ingranaggi e parti di macchinari che richiedono elevata resistenza all’usura, binari e ruote ferroviarie.

• Acciaio ad alto tenore di carbonio (come AISI 440C, EN 10088-3): caratterizzato da una percentuale di carbonio tra lo 0,60% e l’1-2%, questo acciaio offre massima durezza e tenacità, ma a discapito della duttilità. Solitamente sottoposto a trattamenti termici, è estremamente resistente all’usura e viene impiegato in applicazioni come molle, fili ad alta resistenza e utensili.

Nel contesto della metallurgia, il termine “acciaio al carbonio” indica una vasta gamma di leghe, principalmente composte da Ferro, con la possibilità di aggiungere altri elementi per influenzare le proprietà meccaniche, ma anche la saldabilità.

Per qualsiasi progetto di saldatura, conoscere il tipo di acciaio al carbonio coinvolto è fondamentale e richiede considerazioni specifiche. Ecco almeno due variabili essenziali da tenere in considerazione durante l’esecuzione di un progetto di saldatura su acciaio al carbonio.

• L’acciaio a basso tenore di carbonio è più facilmente saldabile in condizioni ambientali standard, a temperatura ambiente.
• L’acciaio a medio tenore di carbonio richiede preriscaldamento e post-riscaldamento per prevenire cricche.
• L’acciaio ad alto tenore di carbonio è più suscettibile a cricche da idrogeno e richiede fasi di preriscaldamento e post-riscaldamento accurate, con l’uso di materiali d’apporto speciali in alcuni casi.

Per tenere conto anche dell’influenza sulla saldabilità data dagli altri elementi (oltre al carbonio), è possibile applicare la formula dell’equivalenza del carbonio. Un carbonio equivalente più elevato rende l’acciaio meno saldabile, richiedendo precauzioni come preriscaldamento e post-riscaldamento per prevenire cricche.

Infine, ci sono casi in cui determinati elementi presenti nell’acciaio al carbonio possono non essere adatti alla saldatura, indipendentemente dai processi aggiuntivi. Ad esempio, gli acciai al piombo dovrebbero essere evitati poiché possono favorire la criccatura durante la solidificazione delle saldature; ma anche contenuti di zolfo e fosforo superiori allo 0,05% possono causare cricche da solidificazione.

Le alte velocità di raffreddamento, soprattutto negli acciai ad alto tenore di carbonio, aumentano il rischio di cricche da idrogeno.

In questi casi, è preferibile adottare velocità di raffreddamento più basse, tenendo conto di fattori come lo spessore dell’acciaio e la temperatura ambientale.

Può essere necessario una fase di post-trattamento per ridurre i livelli di idrogeno nella regione di saldatura. Considerare attentamente tali variabili è essenziale per garantire la qualità e l’affidabilità delle saldature.

Per trattare i diversi tipi di acciaio al carbonio basso legato, i processi di saldatura MIG, TIG, a proiezione o a punti oppure a scarica di condensatore sono i più comunemente utilizzati in quanto capaci di offrire soluzioni efficaci e affidabili in una varietà di applicazioni.

La saldatura MIG-MAG, anche conosciuta come saldatura a filo continuo, utilizza un filo elettrico continuo che funge da elettrodo. Durante il processo, un gas inerte o attivo, tipicamente CO2 o Argon + CO2 al 10% o 15% o 20%, viene utilizzato per proteggere la saldatura dall’ossidazione atmosferica.

Vantaggi della saldatura MIG-MAG per l’acciaio al carbonio basso legato:

• Alta produttività: La saldatura MIG-MAG è rapida e adatta a lavori in cui la velocità di produzione è un fattore critico.
• Spessori importanti: La saldatura MIG-MAG è più indicata a trattare pezzi di ampio spessore.
• Costi contenuti: La saldatura a filo è generalmente più economica rispetto a processi di saldatura come il TIG.

La saldatura TIG coinvolge l’uso di un elettrodo di tungsteno non consumabile per fondere i materiali di base. Anche in questo caso, il gas inerte (come l’Argon) viene utilizzato per proteggere la saldatura.

Vantaggi della saldatura TIG per l’acciaio al carbonio basso legato:

• Elevata qualità delle saldature: La saldatura TIG offre maggiore precisione e controllo, garantendo saldature di alta qualità e finitura.
• Versatilità: È adatta per spessori sottili e consente una maggiore precisione nei dettagli.
• Nessun materiale di apporto: In molte applicazioni, è possibile eseguire la saldatura senza l’uso di materiale di apporto.

La saldatura a proiezione coinvolge la creazione di una proiezione, generalmente sotto forma di punto, su una o più parti da saldare. La proiezione funge da concentratore del calore durante il processo di saldatura.

Vantaggi della saldatura a proiezione per l’acciaio al carbonio basso legato:

• Controllo del calore: La proiezione consente un maggiore controllo sulla distribuzione del calore, contribuendo a una saldatura più precisa.
• Saldatura di precisione: È particolarmente adatta per la saldatura di spessori sottili, fornendo risultati precisi.
• Adatta a produzioni in serie: La saldatura a proiezione è spesso utilizzata in produzioni in serie, in cui la velocità e la consistenza sono fondamentali.

Nella saldatura a scarica di condensatore l’energia viene accumulata in un condensatore. Successivamente viene rilasciata in modo rapido sulla parte da saldare. Questo processo è noto anche come saldatura capacitiva ed è la soluzione privilegiata per saldare efficacemente perni di piccole e medie dimensioni, boccole filettate, faston, spilli e prigionieri su lamiere di spessore sottile.

Vantaggi della saldatura a scarica di condensatore per l’acciaio al carbonio basso legato:

• Alta energia in breve tempo: La scarica di condensatore fornisce una quantità significativa di energia in tempi molto brevi, permettendo una rapida fusione dei materiali.
• Adatta per materiali spessi: È efficace per la saldatura di materiali più spessi, dove è richiesta una maggiore quantità di energia.
• Rapida e efficiente: La saldatura a scarica di condensatore è un processo veloce ed efficiente, ideale per applicazioni che richiedono produzioni rapide.

Se non è necessaria una resistenza alla corrosione, gli acciai al carbonio basso legati rappresentano la scelta più conveniente in termini di rapporto qualità-prezzo tra i metalli saldabili.

Le saldature di acciaio al carbonio basso legato (saldature “Ferro”) sono utilizzate su una vastissima serie di prodotti (ringhiere, cancelli, carter, strutture di macchinari, componenti automotive, tubazioni, ecc) e sono le più diffuse.

Abbiamo visto come, nonostante la grande popolarità, questo tipo di saldature non sia da prendere sotto gamba: per non incorrere in spiacevoli inconvenienti, sprechi e rallentamenti del progetto, anch’esse necessitano di competenze tecniche di livello elevato.

Grazie all’ampia esperienza nell’eseguire saldature certificate, Casa della Saldatura è in grado di produrre saldature in acciaio al carbonio basso legato con specifiche tecniche e requisiti meccanici, geometrici e di penetrazione concordati con il cliente.

Questo permette di elevare lo standard delle semplici saldature ferro a un prodotto con caratteristiche tecniche ben definite, eseguito con l’ausilio di macchinari robotizzati di ultima generazione.