SALDATURA

La tecnica della saldatura permette di congiungere attraverso il calore due parti metalliche. Il calore necessario viene ottenuto o da una fiamma prodotta per combustione di un gas (il più utilizzato è l’acetilene) con aria o ossigeno, o da un arco elettrico che scarica tra due elettrodi (di cui uno può essere il pezzo da saldare), od infine per effetto Joule a causa della resistenza al passaggio della corrente elettrica offerta dal pezzo da saldare.
Si distingue in saldatura autogena ed eterogenea (brasatura). Nella prima viene effettuata una fusione dei bordi metallici da congiungere e il vano tra i bordi viene riempito con del metallo fuso simile a quelli del pezzo da saldare.
Nella brasatura invece il materiale da unire viene solo riscaldato e la fusione riguarda solo il metallo di apporto. In genere il metallo d’apporto è eterogeneo (possibilità della presenza di cadmio nelle leghe di brasatura) e a più basso punto di fusione e quindi le temperature coinvolte sono in questo secondo caso decisamente inferiori.
Per ottenere una saldatura resistente e tecnicamente accettabile la zona di fusione deve essere protetta da fenomeni di ossidazione ed il metallo fuso deve essere depurato di scorie, in modo che risulti un cordone di saldatura privo di imperfezioni. Il processo, in piccolo, è simile a quello che si fa per la preparazione della colata nelle fonderie. Per tale motivo la saldatura deve essere effettuata in atmosfera il più possibile inerte (priva di ossigeno) e devono essere aggiunte sostanze come borace, silicati e carbonati, che proteggono e scorificano il bagno di fusione.
Nella saldatura a fiamma ossiacetilenica si produce, nella zona di combustione, un’atmosfera riducente, mentre la saldatura ad arco viene effettuata nell’atmosfera prodotta dalla combustione del rivestimento dell’elettrodo o sottoflusso di gas. Il metallo di apporto può essere in forma di barrette, che vengono avvicinate alla zona di fusione (saldatura a fiamma e saldatura TIG = tungsten inert gas) o costituire il vero e proprio elettrodo porta-corrente che si fonde a causa dell’arco elettrico che esso stesso provoca.
La saldatura TIG è una saldatura ad arco indiretto in atmosfera inerte. Una barra di tungsteno funge da elettrodo provocando la fusione del metallo, ma l’elettrodo, in questo tipo di saldatura, non si consuma, né costituisce il metallo di apporto, che, invece, viene ottenuto facendo fondere in vicinanza un’altra bacchetta di metallo (molto utilizzata nella saldatura dell’alluminio). Nella saldatura ad arco con elettrodo singolo rivestito a cambio manuale (MMA = manual metal arc), l’anima di metallo dell’elettrodo si fonde diventando il metallo di apporto della saldatura, mentre il rivestimento ha la funzione di flussante della corrente elettrica e di scorificante.
A seconda dei materiali da saldare si usano elettrodi al rutile (biossido di titanio), acidi a base di silice, basici (carbonato e fluoruro di calcio) e cellulosici (a base di cellulosa che bruciando emette grandi quantità di CO₂). Per l’esecuzione rapida di grandi lavori si utilizzano saldatrici a filo metallico continuo. In questo caso è necessario proteggere la saldatura con gas inerti fra cui, i più usati, sono l’argon, l’elio e l’azoto (saldatura MIG = metal inert gas, o MAG=metal active gas se viene aggiunta nella miscela dell’anidride carbonica). Gli scorificanti acidi o basici possono essere contenuti nel filo.
I tipi di saldatura MMA e MIG sono attualmente i più utilizzati data la loro versatilità e il basso costo delle attrezzature necessarie. Per lavorazioni particolari si usano anche altri tipi di saldatura. Molto diffusa nella grande industria, in quanto robotizzabile, è la saldatura autogena a resistenza (saldatura a punti) che permette la connessione di superfici metalliche che si fondono per effetto Joule, senza alcun metallo di apporto.
Nella saldatura ad arco sommerso il punto di saldatura è protetto da un flusso di polvere che ricopre interamente l’elettrodo.
La saldatura ad idrogeno atomico è un processo ad arco indiretto in cui, attraverso l’arco tra due elettrodi di tungsteno, viene fatto passare un flusso di idrogeno, che brucia a temperature elevatissime (6000°C). Temperature ancora maggiori (10.000°C) si raggiungono nella saldatura al plasma (gas ionizzato). Esistono sistemi di saldatura ad induzione elettromagnetica, a bombardamento elettronico e a laser.
I rischi connessi alla operazione di saldatura possono essere classificati come rischi da agenti fisici (radiazioni, calore, elettricità, rumore) o rischi legati all’inalazione dei fumi, vapori e gas che si liberano durante il processo tecnologico a causa delle elevate temperature.
Il difettoso isolamento dei cavi elettrici e l’operazione di cambio degli elettrodi possono esporre l’operaio ad elettrocuzione. L’operatore è sottoposto al calore proveniente dal materiale metallico fuso ed al pericolo derivante dalla proiezione di particelle incandescenti che provocano ustioni; non è trascurabile nella saldatura ossiacetilenica il pericolo di esplosioni dovute alla presenza di gas incombusti.
È segnalato il rischio da rumore nella saldatura al plasma.
Costante il pericolo di radiazioni da raggi infrarossi nella saldatura ossiacetilenica e da raggi ultravioletti, oltre agli infrarossi, in tutte le saldature ad arco. La decomposizione di sgrassanti, lubrificanti e vernici presenti sui pezzi da saldare (importante norma preventiva è che i pezzi da saldare siano perfettamente puliti) può dare origine a monossido di carbonio e ammoniaca (lubrificanti), fosgene (idrocarburi clorurati), fumi di piombo, cromo e zinco (dalle vernici antiruggine, febbre da fumi metallici).
I gas che si sviluppano nelle operazioni di saldatura provengono dalla combustione dell’acetilene, dai rivestimenti degli elettrodi e dalle modificazioni che si verificano a carico dell’ossigeno e dell’azoto atmosferico durante il processo. Determinanti per il rischio respiratorio degli addetti alle operazioni di saldatura (polmone del saldatore) sono gli ossidi di azoto, che si formano per ossidazione dell’azoto atmosferico e di cui il principale è il perossido di azoto (NO₂), e l’ozono, che si forma per azione dei raggi ultravioletti sull’ossigeno atmosferico. Lo sviluppo di questo gas irritante è in rapporto preciso con l’intensità della corrente di saldatura. La formazione di monossido di carbonio è maggiore nella saldatura MAG al CO₂. Le operazioni di saldatura in ambienti ristretti (cisterne, stive delle navi ecc.) senza adeguata ventilazione possono comportare il rischio di intossicazione acuta da questi gas.
I fumi di saldatura sono costituiti da vapori metallici che si liberano dalla zona di fusione; la presenza di fumi è più elevata nella saldatura ad arco elettrico. I fumi sono composti in prevalenza da ferro e suoi ossidi (fino all’80% in peso sul totale) in caso di saldatura di acciai comuni, ma contengono anche notevoli quantità di cromo, nichel e manganese se si opera su acciai speciali. Dai rivestimenti degli elettrodi si sviluppano fumi di biossido di silicio amorfo, e silicati, biossido di titanio e fluoruri (elettrodi basici). Nella saldatura TIG dell’alluminio sia sviluppano notevoli quantità di ossidi di questo metallo.