Le saldature rappresentano la più importante incognita nell'assemblaggio di manufatti d'acciaio. Non è infatti possibile definire a priori le tensioni che un giunto saldato sia capace di sopportare, se non empiricamente, ossia mediante prove del tipo distruttivo. Dal punto di vista progettuale si è quindi soliti considerare un giunto saldato come un giunto omogeneo, ove però si utilizzino elevati coefficienti di sicurezza, empiricamente ricavati dalle prove di tipo distruttivo. I costruttori analogamente si impegnano a processare i giunti nelle condizioni standard, nelle quali si sono ricavati i dati empirici. A tal fine vengono stilate le WPS, che fissano le variabili di saldatura in range ristretti che l'operatore deve rispettare al fine di rendere il più possibile la saldatura simile a quella campione e quindi dare un senso ai calcoli progettuali. È già sufficiente quindi non rispettare anche un solo parametro della WPS, per introdurre un difetto di saldatura nel senso largo del termine, in quanto ciò altera le prestazioni teoriche.

Ma normalmente per difetti di saldatura si intendono le imperfezioni fisiche, che fanno precipitare i valori di resistenza e tenacità del giunto saldato in quanto trattasi di inneschi di rottura nonché intensificatori di sforzi che nel più o meno lungo periodo causano la frattura della saldatura.

Struttura della zona di saldatura testa a testa

A seguito di una saldatura testa a testa nella zona saldata si possono distinguere diverse zone: il metallo base è quella parte del giunto saldato che si trova a una distanza tale dalla saldatura da non risentire delle variazioni termiche causate dai cicli termici di saldatura e pertanto da non subire alterazioni a livello microstrutturale e quindi nelle caratteristiche meccaniche; la zona di influenza o termicamente alterata in cui il materiale base ha subito un'elevazione della temperatura, a seguito dei cicli termici di saldatura, tale da non farlo fondere ma da determinare delle modifiche livello microstrutturale quali: variazioni dimensionali del grano cristallino; formazione di nuovi costituenti strutturali; la zona fusa che si distingue in: zona di penetrazione in cui la temperatura ha determinato la fusione di parte del materiale base e la sua compenetrazione col collante di saldatura materiale d'apporto (proveniente dall'elettrodo)

Tipologia dei difetti La tipologia di difetti riscontrabili in una saldatura testa a testa riferita ad un controllo radiografico della stessa può essere così sintetizzata. difetti a carattere allungato Denominazione SimbolocriccheCrincollaturaColmancanza di penetrazione al verticeMpvmancanza di penetrazione al cuoreMpcinclusioni di scoria o ossido allungateScalltarliT difetti a carattere tondeggiante o poligonale o di forma qualsiasi Denominazione Simboloinclusioni di scoria o ossido o cavità di forma qualsiasiScsoffiaturaSofinclusioni di wolframio o di altri metalli pesantiW difetti a grappolo o diffusi Denominazione Simbolopori e porositàPnidi di tarliNtspruzzi di wolframioSpw difetti di profilo Denominazione Simboloincisioni marginaliImincisioni al verticeIvslivellamentiSleccessi di penetrazioneEpinsellamenti o concavitàInssolchi trasversali alla ripresaStrcattivi raccordi tra le passate e maglie irregolariIrr

Difetti dimensionali Difetti di saldatura che possono essere interpretati come dimensionali sono un'eventuale fusione delle parti in maniera tale che il cordone di saldatura si presenti con una convessità eccessiva tale da formare una calotta convessa che può presentare un innesco per fenomeni di rottura fragile, oppure difetti che possono portare a un sottosquadro della saldatura, creando in tal modo una zona con resistenza meccanica più bassa di quella adiacente.

Inadeguata penetrazione Si definisce inadeguata penetrazione il riempimento incompleto della parte inferiore del cianfrino (radice) con il metallo d'apporto. tale difetto può avvenire con o senza slivellamento.

Con il termine slivellamento si definisce una condizione in cui le superfici da saldare non risultano complanari.

L'inadeguata penetrazione può essere dovuta anche a concavità interna.

La concavità interna si forma quando il cordone della prima passata ha fuso entrambi i bordi interni del cianfrino in corrispondenza della radice, ma al centro questo risulta leggermente concavo cioè leggermente sotto la superficie interna dei pezzi da saldare.

Incompleta fusione Si definisce incompleta fusione la mancanza di legamento fra i cordoni di saldatura o fra il metallo d'apporto ed il metallo base.

L'incompleta fusione può interessare sia la radice che la sommità del giunto fra il metallo d'apporto ed il metallo base.

Nelle saldature a passate multiple, l'incompleta fusione detta a lembo freddo è invece una discontinuità che interessa l'interno del giunto poiché si può formare fra due cordoni di saldatura adiacenti o fra un generico cordone di saldatura ed il metallo base a causa della mancanza di fusione tra una passata e l'altra.

Cause i Difetti di fusione possono essere causati da: un insufficiente apporto termico durante l'esecuzione della saldatura, in questo caso non avviene la fusione di una o entrambe le parti che si volevano assemblare, causato da scarsa tensione, che influisce sulla larghezza del bagno di saldatura, o intensità di corrente, che influisce sulla capacità di penetrazione; un errato posizionamento della torcia saldante, che può essere o un'eccessiva distanza o un'eccessiva inclinazione della torcia saldante; lembi da saldare sporchi o eccessivamente ossidati.

Rimedi Per evitare di difetti di fusione si possono seguire i seguenti accorgimenti: preriscaldamento dei pezzi da saldare pulizia della superficie scelta di un idoneo profilo del giunto scelta di idonei elettrodi

Inclusioni gassose Le inclusioni gassose sono vuoti, di diversa forma e dimensione, che si vengono a formare nella zona fusa.

Le tipologie di inclusione che si riscontrano più frequentemente sono: pori di forma tondeggiante e dimensioni < 1 mm; soffiature di forma tondeggiante e dimensioni > 1 mm; tarli o porosità vermicolari (wormhole porosity) di forma allungata a un'estremità che si formano quando il gas fuoriesce attraverso il metallo depositato che sta solidificando.

Di norma le porosità se distribuite sono meno pericolose rispetto a quelle raggruppate, come le soffiature di maggiori dimensioni ma minor frequenza

Cause Le cause che determinano le inclusioni gassose sono diverse tra queste: gas prodotti a seguito di reazione chimiche che avvengono nel bagno di fusione gas prodotti a causa della presenza di contaminanti gas di schermatura gas risultanti dal filler

Rimedi Per evitare questi difetti si possono adottare i seguenti accorgimenti: scelta degli elettrodi e del filler preriscaldamento delle parti da saldare pulitura dopo ogni passata minore velocità di deposizione isolare con teli l'area di intervento, fino a circoscrivere il suo perimetro, per evitare che le cosiddette " correnti d'aria " interferiscano con la saldatura

Inclusioni solide L'inclusione solida è costituita da materiale metallico, e non, intrappolato nel metallo d'apporto o fra il metallo d'apporto e quello base.

Inclusioni di tungsteno Sono difetti che possono essere presenti solo in TIG, in quanto provocati dal fatto che l'elettrodo (appunto in lega di tungsteno detto anche wolframio) viene a contatto col bagno di saldatura, lasciando dei frammenti in zona fusa. Questi frammenti formano inclusioni dopo la solidificazione del bagno.

Inclusioni di scoria Nei procedimenti di saldatura ad arco sommerso o con elettrodi rivestiti può accadere che la scoria rimanga intrappolata nella zona fusa

Le inclusioni di scoria dalla forma allungata si trovano usualmente lungo la zona di fusione.

Le inclusioni isolate di scoria hanno forma irregolare e si possono trovare in qualsiasi posizione nella saldatura.

L'inclusione non è rilevabile al controllo visivo (anche se ad un occhio esperto alcune particolari conformazioni del cordone di saldatura possono generare sospetti) ma occorre eseguire un controllo volumetrico (radiografia o ultrasuoni) per verificarne la presenza.

Un giunto con inclusioni di scoria non è omogeneo, pertanto presenta una resistenza minore da quella teorizzata dal progettista, inoltre le inclusioni sottili e allungate rappresentano, specialmente in presenza di sollecitazioni oscillatorie, un formidabile invito alla rottura. Cause Le inclusioni di scoria si presentano normalmente nei giunti realizzati con il procedimento a passate multiple (elettrodo rivestito o arco sommerso), anche se non si esclude la possibilità di generare inclusioni nei procedimenti a passate singole. È il tipico difetto operativo dovuto al cattivo maneggio dell'elettrodo rivestito o della torcia di saldatrici a filo animato, per cui la scoria tende ad essere coperta dal metallo d'apporto, anziché salire a galla sul bagno di fusione dove può essere rimossa, oppure, nei procedimenti a passate multiple con elettrodo rivestito, filo animato e arco sommerso, l'inclusione è normalmente dovuta alla cattiva rimozione della scoria della passata precedente. Un'ulteriore causa è l'atmosfera non completamente riducente. Rimedi pulizia dopo ogni passata controllo del gas schermante

Cricche Le cricche sono delle lesioni che si presentano nella zona di saldatura a causa di l'insorgere di autotensioni generate da brusche variazioni termiche. Infatti con la solidificazione il bagno di fusione si contrae in quantità sostanzialmente proporzionale, se la contrazione per qualche motivo è contrastata si originano tensioni interne. Si ricorda che una barra di acciaio lunga l a seguito di una diminuzione di temperatura ΔT si contrae di una quantità Δl pari a: Δl = α l ΔT con: α = coefficiente di dilatazione termica che nel caso dell'acciaio è pari a 12.10−6 °C−1 pertanto una barra di acciaio di 1 m soggetta ad una contrazione termica di 100 °C si contrae di 1,2 mm, se vogliamo impedire tale contrazione si deve applicare una tensione di trazione pari a 2500 daN/cm². Nel caso di cianfrinature asimmetrica, (tipo a V o a U), poiché i filetti superiori della saldatura sono più lunghi di quelli della radice la contrazione Δl della parte fusa è maggiore nella parte più esterna e decresce verso la radice centrale e pertanto si viene a determinare una distorsione (rotazione, serraggio, ecc.) dei pezzi saldati. Se lo smusso è simmetrico (tipo a X), e pertanto teoricamente autocompensanti nei confronti della distorsione, o nel caso precedente ma con distorsione impedita, all'interno del giunto saldato, con la solidificazione, insorgono delle autotensioni che sono di trazione nella parte più esterna e di compressione in quella inferiore, poiché il ritiro dei filetti superiori è contrastato dalla presenza della parte inferiore già solidificata. Quando le autotensioni superano la resistenza del materiale si innescano le cricche.

Tipologia a seconda della loro forma le cricche si classificano in: longitudinali: in zona fusa tipica delle cricche a caldo causata dalla presenza di composti basso fondenti lungo la linea di fusione causata dalla disomogeneità metallurgica tra zona fusa e quella termicamente alterata in zona termicamente alterata tipica delle cricche a freddo nel materiale base trasversali in zona fusa tipiche delle cricche a freddo in zona termicamente alterata nel materiale base di piede sotto cordone di cratere: durante la fase di ritiro del materiale fuso si può creare un cratere causato dal risucchio del materiale liquido da parte delle zone circostanti. Le cricche di cratere possono essere: longitudinali trasversali a stella

Cricche a caldo