Saldatura dell'acciaio inossidabilesi riferisce al processo di collegamento di due o più pezzi in acciaio inossidabile tramite riscaldamento, pressione o una combinazione di entrambi, mantenendo la resistenza alla corrosione intrinseca, la resistenza meccanica e l'integrità strutturale del materiale.
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Principali caratteristiche dei materiali che influiscono sulla saldatura dell'acciaio inossidabile
Meccanismo di resistenza alla corrosione
Quando l'acciaio inossidabile entra in contatto con l'ossigeno. Sulla superficie si è formato uno strato passivo di ossido di cromo (Cr ₂ O3), con uno spessore di soli 2-5 nanometri ma una struttura densa. Può prevenire efficacemente ulteriore ossidazione e corrosione del materiale. Il calore della saldatura può danneggiare questo film di passivazione e un raffreddamento inadeguato o una segregazione impropria degli elementi di lega possono impedire la riformazione del film di passivazione.
Dilatazione termica e conducibilità termica
L'acciaio inossidabile ha un coefficiente di dilatazione termica più elevato (16-20 × 10 ⁻⁶/grado) e una conduttività termica inferiore (14-21 watt/metro/Kelvin). Durante la saldatura, questa caratteristica può portare a un riscaldamento non uniforme e a differenze significative nella velocità di raffreddamento del pezzo, con conseguente maggiore stress termico e deformazione.
Caratteristiche della transizione di fase
Acciaio inossidabile austenitico (304, 316, 321):Presenta una fase austenite stabile a temperatura ambiente, senza trasformazione di fase durante il riscaldamento e il raffreddamento, e ha un'eccellente duttilità. Tuttavia, se contiene impurità come zolfo, fosforo e silicio, è soggetto a fessurazioni a caldo.
Acciaio inossidabile ferritico (430, 409):L'intero intervallo di temperature è fase ferritica, con scarsa duttilità alle alte temperature e alto rischio di cracking a freddo.
Acciaio inossidabile martensitico (410, 420):Durante il raffreddamento rapido, si trasforma da austenite a martensite, con elevata durezza ma scarsa tenacità, e richiede un trattamento termico post saldatura (PWHT) per ridurre la fragilità.
Acciaio inossidabile bifase (2205, 2507):L'austenite e la ferrite rappresentano ciascuna circa il 50%, con forza bilanciata e resistenza alla corrosione, ma sensibili all'apporto di calore - un apporto di calore eccessivo può interrompere l'equilibrio di fase e portare a una diminuzione della tenacità.
Processi comuni di saldatura dell'acciaio inossidabile
Saldatura a gas inerte di tungsteno (saldatura TIG/GTAW)
Principio:L'elettrodo di tungsteno non fondente viene utilizzato come elettrodo per generare un arco tra l'elettrodo e il pezzo da lavorare. Il bagno di fusione e l'elettrodo sono protetti da gas inerte (solitamente gas argon con purezza del 99,99%) per evitare l'inquinamento atmosferico. Se necessario, è possibile aggiungere manualmente il materiale di riempimento.
Vantaggi:Elevata qualità di saldatura (formatura uniforme, alta precisione), spruzzi minimi, controllo preciso dell'apporto di calore, adatto per acciaio inossidabile a parete sottile da 0,5-6 mm, particolarmente adatto per la saldatura di acciaio inossidabile austenitico e duplex con elevati requisiti di resistenza alla corrosione.
Svantaggi:Velocità di saldatura lenta, elevata intensità di funzionamento manuale e requisiti elevati per le competenze del saldatore.
Saldatura dei metalli a gas inerte/Saldatura dei metalli a gas attivo (MIG/MAG/GMAW)
Principio:Alimentare continuamente il filo di saldatura fuso come elettrodo attraverso una pistola di saldatura e utilizzare gas di protezione (saldatura MIG: argon+2% -5% ossigeno o argon+10% -20% anidride carbonica. Saldatura MAG: argon+elio, adatta per scenari ad alta temperatura) per proteggere il bagno di fusione.
Vantaggi:Velocità di saldatura elevata (2-4 volte quella della saldatura TIG), adatta per acciaio inossidabile di spessore 3-25 mm, automazione facile da ottenere e richiede capacità di saldatura inferiori rispetto alla saldatura TIG.
Svantaggi:Più spruzzi rispetto alla saldatura TIG, zona termicamente alterata (HAZ) più ampia, che richiede pulizia post saldatura mediante molatura e altri metodi.
Saldatura ad arco con bacchetta di saldatura (SMAW/saldatura ad arco manuale)
Principio:Viene utilizzata una bacchetta di saldatura fusa rivestita con un rivestimento. Durante la saldatura, il rivestimento brucia producendo un bagno di fusione protetto da gas, che forma scorie per coprire la superficie del bagno di fusione e isolare l'inquinamento atmosferico.
Vantaggi:Non è necessario gas protettivo esterno, l'attrezzatura portatile (adatta per la saldatura in-sito) può funzionare in ambienti ventosi o esterni, adatta per acciaio inossidabile di spessore 6-50 mm.
Svantaggi:Campo operativo ristretto, necessità di rimuovere le scorie dopo la saldatura, elevato apporto di calore (ampia zona interessata dal calore) e facile insorgenza di difetti di inclusione delle scorie.
Saldatura ad arco sommerso (SAW)
Principio:Utilizzando il filo di saldatura fuso come elettrodo, combinato con il flusso granulare, l'arco viene coperto dal flusso ("arco sommerso") e il flusso si scioglie per formare scorie e gas protettivi, ottenendo la saldatura.
Vantaggi:Elevato tasso di deposito (adatto per la saldatura di lamiere spesse), meno spruzzi, penetrazione profonda, requisiti minimi di abilità del saldatore (facile da automatizzare).
Svantaggio:Applicabile solo a posizioni di saldatura piatte o orizzontali, che richiedono lavorazione e riciclaggio del flusso, non adatto per acciaio inossidabile a pareti sottili-.
