Saldatura ad elettrodo rivestito

Saldatura ad elettrodo rivestito

La saldatura ad elettrodo rivestito è il procedimento di saldatura più utilizzato tanto nelle costruzioni meccaniche quanto in carpenteria metallica,  è indicato per la saldatura di quasi tutte le leghe metalliche ferrose e non ferrose ad eccezione delle leghe di alluminio.
Si tratta di un procedimento molto versatile nel quale viene prodotto un arco elettrico tra un elettrodo “consumabile” detto anche verga, opportunamente rivestito, ed il pezzo da saldare. Le gocce di metallo fuso provenienti dall’elettrodo vengono trasferite, mediante l’arco (la temperatura dell’arco è di oltre 3200° C) nel bagno di fusione mentre i gas prodotti dal rivestimento li proteggono dall’atmosfera. La scoria fusa che galleggia sopra il bagno di fusione lo protegge dall’atmosfera durante la solidificazione.
Il procedimento di saldatura con elettrodo ben si presta alla saldatura in tutte le posizioni e, grazie alla semplicità dell’apparecchiatura, all’impiego in molte situazioni, anche in cantiere o in spazi limitati.
A fronte di indubbi vantaggi operativi dobbiamo tuttavia registrare una scarsa produttività, infatti, l’elettrodo ha una lunghezza ridotta e deve quindi essere frequentemente sostituito.

L’elettrodo rivestito è composto da due parti ovvero da un’anima metallica che funge da materiale d’apporto e da un rivestimento che ne fornisce la protezione.
Nel corso della saldatura l’anima dell’elettrodo fonde e, sotto forma di gocce, si trasferisce nel bagno di fusione; contemporaneamente anche il rivestimento segue l’anima nel bagno di fusione in modo tale da formare una coppa all’estremità dell’elettrodo; con tale conformazione il rivestimento contribuisce alla protezione dell’estremità dell’elettrodo dove il materiale è fuso ed inoltre crea una sovrappressione locale dei gas nel suo interno, capaci di provocare il distacco ed il trasferimento della goccia.
Una parte del materiale d’apporto si volatilizza creando dei gas che creano una zona di protezione dell’arco riducendo il pericolo di ossidazione del bagno.
In quest’area protetta avviene il trasferimento del metallo fuso in gocce: anche in questo caso il rivestimento, fondendo contemporaneamente con il metallo, avvolge le gocce di metallo fuso creando un’ulteriore protezione contro le ossidazioni. Raggiunto il bagno liquido il rivestimento reagisce chimicamente sviluppando proprietà disossidanti, defosforanti e desolforanti grazie alla presenza di CaCO3 dando origine ad una scoria solida che protegge la superficie del bagno di fusione durante la solidificazione. In seguito la scoria dovrà essere asportata.

Il coating (rivestimento) è costituito da silicati, ossidi, carbonati, fluoruri, leghe metalliche e cellulosa e le sue funzioni possono riassumersi in:

  • protezione contro l’ossidazione:  avviene sia sotto forma gassosa, creando un gas protettivo intorno l’arco elettrico, sia sotto forma solida, proteggendo tanto l’estremità dell’elettrodo fuso quanto le gocce che scendono verso il bagno;
  • disossidazione del bagno: avviene grazie agli elementi disossidanti, Manganese e Silicio, contenuti nel rivestimento; questi reagendo chimicamente con il bagno fuso, sottraggono l’ossigeno dagli ossidi di ferro presenti nel bagno, formando a loro volta degli ossidi insolubili nel metallo fuso che salgono in superficie sotto forma di scoria;
  • depurazione del bagno: è dovuta a sostanze come i carbonati di calcio e di magnesio,  in grado da catturare zolfo e fosforo sotto forma di composti che salgono direttamente alla superficie del bagno fuso;
  • apporto di elementi di lega: oltre agli elementi sopra citati, il rivestimento può contenere manganese, cromo, nichel, molibdeno, etc., che rimangono come elementi di lega nella zona fusa modificandone la composizione chimica;
  • influenza sulla stabilità dell’arco: l’atmosfera creata dalla volatilizzazione del rivestimento, influenza la stabilità dell’arco. In generale l’influenza è positiva per leganti del rivestimento contenenti elementi alcalini come Na, K, Li, che sono elementi di facile ionizzabilità. Al contrario, nel caso di elettrodi a rivestimento basico, la presenza della fluorite, fluoruro di calcio, potente deionizzante necessario per abbassare il punto di fusione di un rivestimento ricco di calcio e magnesio, influisce negativamente alla stabilità dell’arco. In questo caso, per l’utilizzo degli elettrodi basici, è sempre meglio utilizzare una corrente di saldatura;del tipo C.C.P.I.. La stessa problematica la si riscontra con l’elettrodo cellulosico che a causa del potere dissociativo della CO2 di cui è ricca l’atmosfera gassosa ottenuta, anche in questo caso è sempre meglio utilizzare una corrente C.C.P.I.;
  • influenza sulla saldatura in posizione: la parte del rivestimento che fondendo si porta, sotto forma di scoria, sulla superficie del bagno può aiutare, per l’azione della tensione superficiale della scoria fusa, il bagno a rimanere aderente al materiale base facilitando la saldatura in posizione. Quando quest’azione viene a mancare la saldatura deve essere eseguita in posizione piana o al massimo in posizione frontale.

 

Tipologie di rivestimenti

Rivestimenti acidi

Sono rivestimenti costituiti da ossidi di ferro e ferroleghe come manganese ed il silicio; conferiscono buona stabilità d’arco e quindi possono essere utilizzati sia in Corrente Continua a Polarità Diretta (negativo sulla torcia) sia in Corrente Alternata.
La scoria creata dal rivestimento è facilmente asportabile tuttavia, non essendo rifusibile, è sempre meglio asportarla del tutto prima di procedere con le passate successive onde evitare inclusioni di scoria.
Questi rivestimenti hanno basso effetto sugli elementi bassofondenti, quindi, è sempre meglio non utilizzarli su materiali base aventi un certo tenore di zolfo o fosforo perchè si potrebbero dare luogo a difettosità come le cricche a caldo.
I rivestimenti acidi fondono apprezzabili quantità di materiale base: ne deriva un bagno fluido che li rende inadatti alle saldature in posizione.
Essendo rivestimenti piuttosto igroscopici, devono essere ben trattati prima dell’utilizzo; in caso contrario, durante la saldatura, si potrebbe avere intrusione di idrogeno con successiva formazione delle cricche a freddo. Le caratteristiche meccaniche dei depositi sono buone in quanto il bagno risulta ben disossidato.

Rivestimenti rutilici

Sono simili ai rivestimenti acidi ma contengono elementi come il biossido di titanio, rutilio o ilmenite , che conferiscono al deposito un ottimo aspetto superficiale dopo la solidificazione. Per tale motivo questi elettrodi sono da utilizzati  nel caso si debba tener conto dell’aspetto estetico del cordone di saldatura.
Questa tipologia di elettrodi possono contenere anche sostanze come la cellulosa (rutilcellulosici) o, in quantità limitata, carbonati di calcio e di magnesio, tipici elementi di un rivestimento basico (rutilbasici o semibasici).  Gli elettrodi rivestiti al rutilio, così come i cellulosici, non depurano il bagno e sviluppano grosse quantità di idrogeno: per tale ragione sono poco raccomandabili per la saldatura di acciai soggetti a criccabilità a freddo. Sono semplicemente maneggevoli in tutte le posizioni e la stabilità d’arco è ottima, si possono saldare sia in Corrente Continua Polarità Diretta (negativo sulla torcia) sia in Corrente Alternata con buone caratteristiche meccaniche in zona fusa. Per tali ragioni i rutilici sono utilizzati nelle saldature di spessori moderati.

Rivestimenti cellulosici

Il rivestimento degli elettrodi cellulosici è costituito da cellulosa contenente elementi di lega come manganese e silicio, elementi altamente disossidanti.
Il cellulosico è quindi un elettrodo altamente purificante ed il rivestimento, per la maggior parte gassificato, e minimizza la scoria sul bagno fuso. Questo tipo di rivestimento permette la saldatura in posizione “verticale discendente”, fonde una notevole quantità di materiale base offrendo buona penetrazione in prima passata. Il difetto dei cellulosici è di essere poco efficaci contro le impurità e  quindi non dovrebbero essere utilizzati in procedimenti di saldatura con materiali base contenenti elementi di lega basso fondenti, dove potrebbero creare problematiche di criccabilità a caldo. Non dovrebbero essere utilizzati nemmeno nel caso di saldature con materiali soggetti a strutture di tempra perché, oltre all’idrogeno derivante dall’aria, lo stesso rivestimento è portatore di umidità. La precaria stabilità dell’arco richiede l’impiego di generatori di corrente continua con polarità inversa (positivo sulla torcia).

Rivestimenti basici

Gli elementi contenuti in questa tipologia di rivestimento sono ossidi di ferro, ferroleghe di Mn, Si e soprattutto carbonati di calcio e magnesio ai quali viene aggiunto, per facilitarne la fusione, fluoruro di calcio (fluorite).
Come detto in precedenza la fluorite contribuisce all’instabilità dell’arco elettrico e, di conseguenza, per la saldatura con questo elettrodo, si deve utilizzare la Corrente Continua Polarità inversa (positivo sulla torcia). La scoria prodotta con gli elettrodi basici è difficile da rimuove e da rifondere, per tale motivo bisogna asportarla totalmente specie nel caso di passate successive; se la scoria rimane nelle irregolarità del cordone e non viene asportata, può generare “porosità solide”. La saldatura con gli elettrodi basici, deve essere eseguita con archi corti per evitare la formazione di porosità allungate dette anche “tarli”. Il trasferimento del materiale avviene tramite gocce molto grosse che possono creare facilmente dei cortocircuiti.
La presenza di carbonati di calcio nel rivestimento, consente di depurare il bagno da elementi bassofondenti come zolfo e fosforo, ottenendo depositi ad alta purezza e con buone caratteristiche meccaniche; per tale ragione questi elettrodi devono essere utilizzati nelle saldature di materiali soggetti alla criccabilità a caldo. Una delle più grosse problematiche di questo tipo di rivestimento è data dall’elevata igroscopicità. Allo scopo di eliminare le tracce di umidità dal rivestimento l’elettrodo deve essere ben trattato in appositi fornetti altrimenti si potrebbe incorrere nelle problematiche della criccabilità a freddo.