Helistar HP5: la miscela ideale per saldare gli acciai inossidabili

1. Introduzione alla saldatura

Partiamo da molto lontano per avvicinarci in tutta tranquillità all’argomento principale di questa guida: la saldatura TIG degli acciai austenitici.
La saldatura nella storia possiamo affermare cominci nel Medioevo. Era un procedimento molto grezzo che prevedeva la fusione in una fornace che consentiva ai fabbri, tramite martellate continue “a caldo”, di unire i pezzi da saldare. Il risultato era una lega fortissima, ma il prodotto finale non era così preciso e richiedeva diverse ore di duro lavoro. A inizio ‘900 è introdotta la saldatura Ossiacetilinica tramite cui si arrivava alla fusione senza martellare. Successivamente, con la produzione dei primi generatori che consentivano lo scocco dell’arco elettrico che fonde il metallo, nasce l’elettrodo. In seguito l’elettrodo è rivestito con materiale antiossidante e sono introdotti i primi gas di saldatura che proteggono dall’ossidazione (Anidride Carbonica o Elio).
All’interno di quasi tutti i processi di saldatura odierni sono presenti dei gas. Per questo motivo, alla base dell’impegno quotidiano di Rivoira c’è la consapevolezza che la qualità dei gas sia un fattore fondamentale del processo di lavorazione dei metalli. Vediamo come sono utilizzate le varie tipologie di gas e miscele, studiate per poter fornire il miglior servizio a seconda del tipo di materiale da saldare e degli obiettivi di produzione.

2. Saldatura e gas: un legame saldo

Esistono diverse tipologie di saldatura che richiedono la presenza di gas. Infatti, quando si parla di gas all’interno dei processi di saldatura, possiamo fare riferimento a diverse tipologie: saldobrasatura oppure saldatura ad arco elettrico.

Saldobrasatura: in questo primo caso, il gas è usato per scaldare e unire due lembi (fiamma alimentata da un gas costituito da un comburente e un combustibile miscelati tra loro; come ad esempio ossigeno e acetilene).

Saldatura ad arco elettrico: nel secondo caso la questione diventa ancora più complicata con nuove distinzioni. La saldatura ad arco elettrico può comprendere: quella con elettrodo fusibile rivestito, in atmosfera protettiva o ad arco sommerso.

Nel primo caso la fusione viene ottenuta facendo scoccare un arco elettrico tra il metallo di base e l’elettrodo rivestito. La saldatura ad arco in atmosfera protettiva può essere ulteriormente suddivisa e parlando nello specifico di gas all’interno di questo articolo, ci interessa molto di più la saldatura in atmosfera protettiva, che può essere:

TIG (GTAW – Gas Tungsten Arc Welding), in cui la fusione è ottenuta facendo scoccare un arco elettrico tra il metallo da saldare e un elettrodo di tungsteno, infusibile, in un’atmosfera di gas inerte;

MIG/MAG (GMAW – Gas Metal Arc Welding), in cui la fusione è ottenuta facendo scoccare un arco elettrico tra il metallo e un elettrodo fusibile in un’atmosfera di gas inerte (MIG) o attiva (MAG)

La saldatura ad arco sommerso si realizza facendo scoccare un arco tra il pezzo da saldare e un elettrodo a barra, tutti e due ricoperti da uno strato di sostanza granulare conduttrice (flusso di polvere) che protegge l’arco dall’aria.

La scelta dei gas e delle miscele di gas nei processi di saldatura e di taglio è fondamentale per determinare le caratteristiche di saldatura: stabilità dell’arco, grado di penetrazione, velocità di deposito, qualità del cordone. Ma se ti occupi di produzione o di qualità, non sono solo questi gli elementi che vanno presi in considerazione: si dovrebbe tenere a mente anche l’ottimizzazione dei tempi e dei costi di produzione. Quindi andremo a vedere:

  • i consumi energetici
  • i tempi dedicati alla post lavorazione
  • l’aumento della produttività
  • ottimizzazione degli standard qualitativi di processo

3. Argon: il gas ideale per la saldatura a filo

L’Argon è il gas di protezione per eccellenza. Essendo un gas inerte, inodore, incolore e non infiammabile, è utilizzato come gas di protezione per molte delle saldature di tipo MIG, MAG e TIG, ossia saldature ad arco realizzate in atmosfera protettiva.
Infatti, per fare in modo che la saldatura sia resistente e tecnicamente accettabile, la zona di fusione deve essere protetta da fenomeni di ossidazione e il metallo fuso deve essere depurato di scorie, in modo che risulti un cordone di saldatura privo di imperfezioni. Il gas di protezione serve apposta per isolare il metallo base e l’elettrodo da eventuali ossidazioni, che potrebbero crearsi quando il calore della saldatura incontra i gas atmosferici (come ossigeno, vapore acqueo, anidride carbonica o azoto).

I vantaggi che garantisce l’Argon nei processi di saldatura sono:

  • nella saldatura TIG l’Argon conferisce una grande pulizia su diverse tipologie di materiali
  • Favorisce la stabilità e l’innesco dell’arco elettrico rendendo la lavorazione ancora più precisa.

4. Saldatura TIG: quali gas per acciai austenitici?

La saldatura TIG (GTAW), è realizzata unendo due lembi (con o senza materiale d’apporto).  I tre elementi principali per la saldatura a TIG sono: la torcia, il generatore, la bombola di gas.

La torcia è composta da una cappetta di ceramica, una penna porta bacchetta, una manopola, un tubicino di collegamento alla bombola. La cappetta serve a regolare il flusso di gas, mentre la penna porta bacchetta si può svitare e contiene l’ugello porta elettrodo in cui si inserisce appunto l’elettrodo che deve essere sostituito in base al materiale da saldare. La torcia per questo tipo di saldatura è collegata direttamente alla bombola del gas tramite un tubicino di collegamento.

Per saldare a TIG c’è bisogno di un generatore opportuno e può essere sia a corrente continua che a corrente alternata. Anche in questo caso, come in tutte le lavorazioni, conta molto l’esperienza e la sensibilità del saldatore nel trovare la corretta regolazione degli strumenti.

Avvicinando l’elettrodo non fusibile in Tungsteno al materiale base si crea un arco elettrico. L’uso di un elettrodo in tungsteno e di un gas di protezione inerte garantiscono una delle qualità di saldatura più alte tra quelle offerte da qualsiasi processo di saldatura ad arco.

Proprietà della saldatura TIG (o GTAW) sono:

  • La presenza di un generatore di tipo AC/DC
  • La presenza di un elettrodo in tungsteno non consumabile
  • L’ausilio di un gas di protezione per la saldatura

Se lo spessore da saldare è sottile e non si utilizza materiale di apporto si parla quindi di saldatura autogena. Il materiale d’apporto, quando utilizzato, viene fuso dall’arco.

Molto importante nella saldatura TIG la scelta del gas di protezione che deve proteggere:

  • l’elettrodo
  • l’arco e il bagno
  • le zone del pezzo adiacenti al bagno da possibili contaminazioni atmosferiche

Il gas protettivo della saldatura TIG è riversato direttamente sul materiale attraverso l’ugello posto sulla torcia di saldatura e, per effetto del campo elettrico, gli elettroni sono accelerati.

 

 

5. I vantaggi di Argon, Elio e Idrogeno per saldare acciai austenitici

Nella saldatura TIG oltre all’Argon, che è il più comune e importante gas utilizzato per saldare, entrano in gioco altri gas che possono influire sul risultato finale: Elio e Idrogeno.

Argon gas inerte più pesante dell’aria, impiegato per la protezione del bagno di saldatura, ha un basso potenziale di ionizzazione ed è quindi in grado di agevolare la formazione di un arco voltaico per effetto della creazione di una differenza di potenziale tra catodo e anodo; l’Argon ha la tendenza a concentrare molto la penetrazione del cordone di saldatura sul materiale base.

Idrogeno gas combustibile, si lega facilmente con l’Ossigeno generando una reazione esotermica; viene utilizzato in piccole percentuali per aumentare la velocità nel processo di saldatura TIG che risulta essere lucida perché priva di deposizione di ossidi.

Elio gas inerte, molto più leggero dell’aria, viene impiegato per la protezione del bagno di saldatura, solitamente miscelato con Argon. L’Elio ha un elevato potere di ionizzazione che genera così una elevata differenza di potenziale tra catodo e anodo, talmente elevata che se usato puro diviene difficile l’innesco stesso dell’arco elettrico. Per effetto del suo basso peso specifico, la protezione del bagno risulta essere più ampia ma meno consistente.

Abbiamo analizzato le caratteristiche di saldatura dei vari gas che entrano in gioco nella saldatura. Vediamo da vicino le loro peculiarità specifiche nel riguardo della saldatura TIG di acciai austenitici. Per cominciare l’Argon:

  • buona pulizia sugli acciai inossidabili
  • facilita la stabilità dell’arco di corrente
  • è relativamente meno costoso
  • ha un’ottima capacità di protezione del bagno di fusione

L’Elio è inserito nelle miscele di saldatura per le sue peculiarità di:

  • elevato potenziale di ionizzazione
  • gas ideale per materiali da saldare con una conduttività termica elevata (come alluminio, acciaio inox, rame o leghe di magnesio)

E infine l’Idrogeno è utilizzato:

  • esclusivamente per la saldatura su acciaio inossidabile
  • aumenta l’energia trasferita tramite l’arco di corrente
  • aumenta la pulizia in quanto gas riducente

6. HELISTAR HP5 Rivoira: l’ideale per l’acciaio inossidabile

HELISTAR HP5 è la miscela di gas Rivoira pensata per la saldatura TIG di acciai austenitici. Il prodotto è a base di Argon, ma migliora la sua efficacia grazie anche all’inserimento di Idrogeno ed Elio per fare in modo di aiutare le aziende ad aumentare la produttività e ridurre i costi.

La combinazione di Idrogeno, Elio e Argon permette di incrementare la resa di processo e post processo. Che tu sia un responsabile di saldatura, responsabile di produzione o un saldatore i vantaggi che abbiamo verificato ti interesseranno sicuramente.

Nel processo di saldatura TIG, l’impiego di miscele contenenti piccole quantità di Idrogeno comporta una maggiore concentrazione dell’arco elettrico consentendo migliore penetrazione e fluidità del bagno di saldatura, oltre a una diminuzione dell’apporto termico totale immesso nel manufatto, riducendo di fatto la Zona Termicamente Alterata. L’Idrogeno ha anche la caratteristica di creare un effetto riducente, ovvero di ridurre l’ossidazione superficiale dovuta alla presenza di piccole quantità di Ossigeno nelle vicinanze del bagno di saldatura. La presenza di Elio contribuisce all’allargamento del cono di protezione gassosa e all’incremento dell’apporto termico dovuto al suo maggiore potenziale di ionizzazione rispetto all’Argon.
 

7. Gli 8 vantaggi di saldare con l’HELISTAR HP5 di Rivoira

Ciò che è emerso durante i test condotti nei nostri laboratori e presso i nostri clienti è chiaro: Idrogeno ed Elio consentono di raggiungere una riduzione dei colori di ricottura e un aumento della velocità di saldatura.
I vantaggi riscontrabili durante e dopo il processo di saldatura sono:

  1. Ottima stabilità d’arco: come anche nelle altre saldature TIG la stabilità dell’arco è assicurata
  2. Elevata sicurezza di processo: pur avendo una piccola percentuale di Idrogeno la miscela è inerte e classificata come R1
  3. Superficie del cordone liscia e ben raccordata: la superficie di saldatura risultante richiede meno lavorazione successiva
  4. Bassa viscosità del bagno di saldatura: la struttura saldata è più solida
  5. Meno colori di ricottura: meno imperfezioni finali dovute di saldatura
  6. Elevata velocità di saldatura: migliorano i tempi di saldatura per pezzo singolo
  7. Maggiore potere di penetrazione: la saldatura a parità di amperaggio riesce ad arrivare più in profondità
  8. Minori consumi energetici: l’HELISTAR HP5 ci permette di saldare utilizzando tenori di corrente più bassi

 

 

8. Conclusioni

Con l’HELISTAR HP5 si riducono sensibilmente i costi di produzione e post produzione: per verificare le qualità della nostra miscela abbiamo confrontato il risultato di una saldatura a TIG effettuata con gas di protezione Argon e una con HELISTAR HP5. L’immagine parla da sola: è evidente la maggior pulizia e la minore ossidazione del cordone di saldatura, che comportano così la riduzione del tempo impiegato per la pulizia del pezzo una volta saldato.

Quante persone sono impiegate nella post produzione? Le persone che sono impiegate ore ed ore nella pulizia dei pezzi post lavorazione avranno più tempo da dedicare ad altre attività a più alto valore aggiunto.

HELISTAR HP5 utilizzato su un robot di saldatura TIG può contribuire considerevolmente alla qualità finale del tuo prodotto e a una significativa riduzione dei costi operativi, grazie all’uso di minori quantità di gas e diminuendo il quantitativo di corrente elettrica necessaria a parità di pezzi saldati.

La cosa migliore è fare una prova. Questa nuova miscela di gas studiata e proposta da Rivoira permette di migliorare tutti i punti chiave del processo di saldatura degli acciai austenitici. Migliora il risultato finale del prodotto, permettere di risparmiare sul processo di produzione e va a facilitare il lavoro di chi si occupa di pulire i pezzi dopo essere stati saldati.