Saldatura a elettrodo | Approfondimento tecnico

La saldatura a elettrodo rappresenta il procedimento per unire in modo definitivo elementi metallici usando una macchina che produce l’arco voltaico tra i lembi e una barretta rivestita, l’elettrodo, che si fonde sulle parti

La saldatura a elettrodo rivestito, chiamata MMA (Metal Manual Arc) ha una denominazione internazionale più recente che ne definisce anche la caratteristica: SMAW (Shielded Metal Arc Welding) ossia saldatura ad arco con metallo protetto. In pratica si fonda sul principio di fusione di una barretta metallica, mediante generazione di un arco voltaico tra questa e i lembi dei pezzi da unire. 

La barretta è rivestita da sostanze che durante l’arco formano un gas protettivo del bagno di fusione, migliorandone le caratteristiche di robustezza e qualità estetica. L’alimentazione dell’arco di saldatura può essere fatta con una macchina generatrice di corrente alternata: in pratica questa saldatrice si affida a un trasformatore statico monofase e/o trifase che la rende idonea a fondere gli elettrodi. 

La regolazione della corrente può essere ottenuta con un commutatore a gradini e/o potenziometro elettronico (inverter) oppure in modalità continua (dispersione magnetica), azionando il volantino posto esternamente alla macchina che permette di scegliere con precisione il valore di corrente erogata. Un indicatore riporta la regolazione su un apposito indice graduato.

Alcune macchine, per evitare che vengano superate le capacità di servizio, sono munite di una protezione termica automatica che, in caso di sovraccarico, interrompe l’alimentazione (uso intermittente); quindi, in caso di surriscaldamento, è necessario attendere qualche minuto per poter riprendere il lavoro. 

Durante il procedimento delle saldature a elettrodo il metallo si fonde e vengono emesse scintille e scorie. Occorre prendere tutti i provvedimenti necessari onde prevenire ustioni e incendi. L’operatore deve indossare guanti e grembiule per saldatura, scarpe antifortunistiche e la maschera schermata. Bisogna evitare di operare in vicinanza di sostanze infiammabili. Tutti i materiali combustibili devono essere tenuti lontani dall’area di lavoro. è buona norma predisporre dispositivi antincendio nell’immediata vicinanza dell’area di lavoro. Non operare mai in un ambiente la cui atmosfera sia inquinata da gas infiammabili o vapori di liquidi combustibili (per esempio benzina).

Norme di sicurezza per l’operatore

L’arco elettrico è generato da una sorgente di onde elettromagnetiche e si manifesta come fonte intensa di luce e calore.  L’arco emette inoltre radiazioni nella gamma spettrale dell’ultravioletto e dell’infrarosso che essendo invisibili all’occhio umano sono le più nocive per l’uomo. 

Tali emissioni possono procurare congiuntiviti, ustioni alla retina o, cosa più grave, il decadimento della capacità visiva. Anche la pelle, esposta a tali raggi, può essere soggetta a ustioni più o meno gravi. Per evitare questi pericoli, l’operatore deve utilizzare adeguati indumenti protettivi: guanti isolanti, grembiule di cuoio, ghette, scarpe antinfortunistiche, maschera di protezione.

Quest’ultima deve essere in grado di proteggere il viso e munita di vetri di protezione (con grado DIN adeguato alla corrente di saldatura usata) capaci di filtrare le radiazioni e di ridurre l’intensità luminosa (vetro inattinico).

I vetri devono sempre essere tenuti puliti e vanno prontamente sostituiti in caso di rottura o venatura. 

Leggi la nostra guida su come saldare correttamente

Gli spruzzi incandescenti, prodotti durante le operazioni di saldatura, si depositano sui vetri riducendo il campo visivo, per questo si consiglia il montaggio di un vetro trasparente davanti al vetro inattinico, da sostituire spesso. 

Per nessun motivo si deve guardare l’arco elettrico senza la protezione per gli occhi. Il primo sintomo di un’infiammazione esterna è una fastidiosa sensazione di “sabbia” negli occhi.

È buona norma isolare l’area di lavoro con schermi antiriflesso per impedire che altre persone operanti nelle vicinanze, possano essere investite dalle radiazioni e curare scrupolosamente la solidità dei ponteggi quando si lavora in alto.

Occorre prestare attenzione nella manipolazione dei pezzi appena saldati, facendo uso di apposite pinze per evitare ustioni causate dall’elevata temperatura del pezzo.

Protezioni personali

Gli indumenti devono essere asciutti e non bisogna lavorare in ambienti umidi o bagnati se non con le adeguate protezioni, onde prevenire shock elettrici; non saldare sotto la pioggia.

Non saldare con cavi di sezione inadeguata e interrompere la saldatura se i cavi si surriscaldano. I cavi con sezioni inadatte, riscaldandosi, provocherebbero un rapido deterioramento dell’isolamento e possibile emanazione di gas tossici.

Non saldare con cavi logori o male collegati o con cavi di pinza allentati. Ispezionare frequentemente tutti i cavi (di alimentazione e in uscita) assicurandosi che non vi siano difetti di isolamento e/o fili scoperti, in tal caso sostituirli immediatamente.

Non saldare all’interno di recipienti che hanno contenuto materiali combustibili o infiammabili, o su materiali che, se riscaldati, possano generare vapori tossici o infiammabili, se non dopo aver eseguito un’appropriata pulitura.

Togliere sempre la tensione prima di intervenire su qualsiasi componente per effettuare la manutenzione.

Non appoggiare mai la pinza portaelettrodo sul tavolo di saldatura o su superfici metalliche collegate alla massa del generatore per evitare rischi di cortocircuito e/o accensioni accidentali. 

Prevenzione contro i fumi tossici

Evitare di eseguire operazioni di saldatura su parti verniciate o sporche di grasso o olio (certi solventi clorinati possono decomporsi per gli effetti del procedimento di saldatura e generare gas fosgene). Occorre accertarsi che tali solventi o altri agenti degradanti non siano nelle immediate vicinanze del punto di lavoro.

Metalli ricoperti o contenenti piombo, grafite, cadmio, zinco, mercurio, berillo e cromo possono produrre concentrazioni nocive di fumi tossici e non devono essere sottoposti a operazioni di saldatura senza aver prima rimosso il rivestimento. 

Se possibile, lavorare sempre in spazi aperti e ben ventilati. 

Se si lavora al chiuso, ci si deve assicurare che l’area di lavoro sia adeguatamente ventilata; eventualmente l’operatore deve usare una mascherina antifumo.

Una sintesi per la sicurezza

La maschera autooscurante

La maschera autooscurante permette di avere sempre un’ottima visione della zona lavoro grazie a un vetro speciale che si scurisce istantaneamente non appena si intensifica l’emissione luminosa. Il rilevamento della luce è affidato a un sensore; a valle di questo interviene una circuitazione elettronica che permette di controllare diversi parametri della reazione oscurante della maschera. Così si ottiene un’ottima visione sino allo scoccare dell’arco, per poi riprendere immediatamente la migliore visione, non appena l’emissione luminosa cessa.

Le maschere solitamente sono in grado di funzionare con i più disparati tipi di saldatura: MMA, MIG, MAG, TIG, PLASMA, anzi molte sono calibrabili anche per la semplice smerigliatura. Questo è permesso dalla possibilità di regolare diversi parametri di intervento, in quanto le emissioni luminose dei vari tipi di arco differiscono molto una dall’altra, per qualità ed entità.

Buona preparazione dei pezzi

La preparazione alla saldatura dei pezzi non è un fatto trascurabile; non solo facilita l’innesco dell’arco, agevolando i neofiti, ma permette altresì che il cordone risulti omogeneo e regolare, ottenendo una saldatura più bella e più efficace. 

Per preparazione si intende la pulizia dei pezzi, soprattutto dei lembi interessati dal processo di saldatura, e, ove necessario, la realizzazione delle cianfrinature dei bordi. 

Come preparare correttamente il giunto

Giunto di testa

Giunto a V

Giunto a doppio V

Giunto d’angolo

Giunto di testa in angolo

Collegamento della saldatrice

È buona norma, prima di procedere alla prova pratica, leggere attentamente le istruzioni del costruttore dell’apparecchio che si sta per utilizzare, tenendo sempre a mente che le apparecchiature di saldatura ad arco sono generatori di potenza elevata.

A titolo indicativo si raccomandano le seguenti modalità: allacciare l’apparecchio a un presa elettrica di tipo adeguato, minimo 16 A, secondo il cavo in dotazione (alimentazione e dati di targa sono sempre riportati sull’apparecchio). 

Collegare i cavi di saldatura a seconda del tipo di saldatura da eseguire, manovra che va sempre fatta a macchina disinserita dall’alimentazione a rete. Si tratta di innestare i cavi di saldatura ai morsetti d’uscita (POSITIVO e NEGATIVO) della saldatrice; questi sono i cavi collegati alla pinza e alla massa e vanno collegati con la polarità prevista per il tipo di elettrodo da impiegarsi.

A tale riguardo va tenuto presente che, per la quasi totalità degli elettrodi, il negativo deve essere collegato alla pinza e il positivo alla massa. Per saldatura con elettrodi basici, inossidabili e speciali, invece, il negativo deve essere collegato alla massa e il positivo alla pinza.

Nozioni di saldatura

I fattori fondamentali per ottenere una corretta saldatura a elettrodo sono la regolazione della corrente di saldatura, la preparazione dei giunti e l’orientamento dell’elettrodo. 

Regolazione della corrente

La corrente da impiegare dipende dalle posizioni di saldatura, dal tipo di giunto e varia in modo crescente in funzione dello spessore e delle dimensioni del pezzo. 

A titolo orientativo, di seguito si consigliano i seguenti valori di intensità di corrente da utilizzare per i vari tipi di saldatura. 

– Elevata per le saldature in piano, in piano frontale e verticale ascendente;

– Media per le saldature sopra testa;

– Bassa per la saldatura verticale discendente e per unire pezzi di piccole dimensioni. 

La tavola che segue riporta alcune indicazioni generali per la scelta dell’elettrodo in funzione degli spessori e dei diametri delle tubazioni da saldare e i valori di corrente da utilizzare con i rispettivi elettrodi per la saldatura degli acciai comuni e basso legati, ovvero quelli per i quali si scelgono gli elettrodi rutilici.

Per una scelta precisa, comunque, si consiglia di leggere le indicazioni date dai fabbricanti di elettrodi.

Preparazione dei lembi

La preparazione del giunto è un’operazione della massima importanza e può essere fatta come indicato nel box. 

Innanzi tutto le estremità dovranno essere libere da corpi estranei quali olio, grasso, scorie di laminazione (è quello strato superficiale che presentano i materiali ferrosi nuovi), sporcizia, ruggine e altri materiali inquinanti. 

Cablaggio pinza al primo utilizzo

Tipi di saldatura a elettrodo

Vediamo ora come saldare il ferro tramite i diversi tipi di saldatura a elettrodo.

Saldatura in piano

Saldatura angolare in piano

Saldatura orizzontale di testa

Si chiamano saldature orizzontali di testa le giunzioni eseguite con più passate nell’unione di due tubi sovrapposti. Questa giunzione è impiegata per la saldatura in opera di tubazioni e si esegue facendo più passate (almeno tre) di cui la prima è di riempimento (01), mentre le successive (02-03) sono di rinforzo, operando in modo tale che a ogni passata risulti coperta la metà della passata precedente. 

Saldatura in verticale

Anche in questo caso vanno fatte 3 passate (1 di riempimento e 2 di rinforzo), che possono essere eseguite dal basso verso l’alto (ascendente) o dall’alto verso il basso (discendente). Il sistema ascendente è quello maggiormente usato perché offre una maggiore penetrazione e minori possibilità di inclusione di scorie nel bagno di fusione. 

L’elettrodo è tenuto con un’inclinazione di 15° rispetto al piano orizzontale. Il sistema verticale discendente si usa con elettrodi cellulosici quando il diametro del tubo e il suo spessore lo consentono; questa tecnica consente l’uso di elettrodi di elevato diametro, elevata corrente di saldatura ed elevata velocità di avanzamento. L’inclinazione va tenuta a 70°-90° rispetto la superficie del tubo.

Saldatura d’angolo con flangia piana

Saldatura sopra testa

Questo procedimento richiede che i movimenti siano diretti dal basso verso l’alto, piccolissimi, con lenti e regolari spostamenti laterali. L’arco, in questo caso, deve essere tenuto il più corto possibile.

Si consiglia, di impiegare elettrodi di piccolo diametro e di inclinarli di circa 70° o perpendicolarmente alla superficie del tubo, nel senso dell’avanzamento.

È consigliabile eseguire almeno due passate di cui la prima di riempimento e tenuta e la seconda di rinforzo.

Elettrodi per saldatura

In commercio esistono svariati tipi di elettrodi e relativi rivestimenti per ogni tipo di applicazione, sulle confezioni sono riportati i valori di resistenza, il tipo di applicazione, la classe di qualità e la posizione di saldatura.  

Un simbolo indica il tipo di rivestimento (A= acido, B= basico, C= cellulosico, R= rutilico, RC= rutilcellulosico, SB=semibasico, S= speciale). 

Elettrodi rutilici  

Hanno un rivestimento contenente ossidi di Ti (il rutilo infatti è il biossido di titanio). Questi elettrodi hanno caratteristiche simili a quelle degli elettrodi acidi, tuttavia gli ossidi di titanio, dando una bassa viscosità al bagno, permettono di ottenere saldature molto lisce. Per questo motivo gli elettrodi al rutilo sono utilizzati principalmente per fini estetici, nel caso di passate multiple vengono utilizzati solo per le passate di superficie. In alcuni casi, per associare le caratteristiche estetiche del rutilo alle caratteristiche elettriche o meccaniche di altri tipi di rivestimento, sono associati a sostanze organiche (rutilcellulosici) o a carbonati basici (rutilbasici).

Vantaggi, svantaggi e applicazioni

Hanno un basso costo, arco stabile e facile innesco, corrente AC e DC, cordone migliore e facilmente conservabili.

Bagno fluido, scoria abbondante e vischiosa, elevato apporto di idrogeno.

Impiegati per saldature in orizzontale, verticale e ad angolo, materiali di piccolo spessore, acciai con scarsa presenza di impurità, saldature esteticamente buone, caratteristiche meccaniche mediocri.

Elettrodi acidi  

La denominazione deriva dal fatto che il rivestimento produce una scoria acida. La composizione del rivestimento è in gran parte di silice (SiO2) e silicato di ferro, e contiene un’alta percentuale di disossidanti. La scoria prodotta è porosa e facilmente eliminabile. Il bagno di fusione di questi elettrodi ha una temperatura elevata. L’elettrodo acido è indicato per materiali aventi buone caratteristiche di saldabilità, dato che il rivestimento non ha effetto depurante, quindi il cordone di saldatura può essere soggetto a cricche a caldo.

Vantaggi, svantaggi e applicazioni

Basso costo, arco stabile corrente AC e DC, scoria facilmente rimovibile, elevata disossidazione, facilmente conservabili.

Bagno fluido, scarso effetto di pulizia, elevato apporto di idrogeno, scoria non refusibile.

Per saldature in orizzontale, acciai a basso tenore di carbonio e con scarsa presenza di impurità, saldature economiche, caratteristiche meccaniche mediocri.

Elettrodi basici

Gli elettrodi basici sono costituiti da ossidi di ferro, ferroleghe di Mn e Si, silicati e, soprattutto, da carbonati di calcio (CaCO3) e magnesio (MgCO3) ai quali viene aggiunto un minerale, il fluoruro di calcio (fluorite), per facilitarne la fusione. La fluorite ostacola la stabilità dell’arco; con questi rivestimenti è pertanto necessaria la corrente continua e il collegamento dell’elettrodo al polo positivo (polarità inversa). 

La scoria si presenta difficile da levare, ma deve essere accuratamente eliminata. Infatti, nonostante il suo basso punto di fusione, può non essere rifusa dalla successiva passata (in quanto può essere rimasta nelle irregolarità superficiali o nelle incisioni laterali del cordone caratteristiche del tipo di elettrodo) e può dar luogo a inclusioni. 

Con questi rivestimenti si devono tenere archi molto corti per evitare la formazione di porosità allungate dette “tarli” in quanto il trasferimento del metallo d’apporto avviene sotto forma di grosse gocce che possono provocare facilmente cortocircuiti. Ne deriva un maneggio che richiede particolare abilità da parte del saldatore. Questi rivestimenti danno luogo a bagni di fusione di moderate dimensioni (vengono anche chiamati a bagno freddo) e ciò rende abbastanza agevole la saldatura in posizione. 

Vantaggi, svantaggi e applicazioni

Ottima pulizia del materiale, ridotto apporto di idrogeno, bagno freddo. 

Arco poco stabile e corto, innesco difficile, scoria non refusibile difficile da rimuovere, generatori DC, difficile conservazione.

Saldature in tutte le posizioni, anche per grossi spessori, elevate velocità di deposito, saldature di elevate qualità meccaniche, anche con materiali contenenti impurità. 

Elettrodi cellulosici  

I rivestimenti cellulosici sono costituiti prevalentemente da cellulosa, integrata da ferroleghe (di Mn e Si) alle quali viene affidato il compito di disossidare il bagno. Durante la saldatura si ha la massificazione della maggior parte del rivestimento, con una scoria ridotta al minimo. Gli elettrodi a rivestimento cellulosico svolgono, quindi, una protezione essenzialmente gassosa. Il rivestimento cellulosico permette, inoltre di realizzare “bagni caldi” con la fusione di una notevole quantità di materiale base; questi elettrodi sono particolarmente indicati nella saldatura di giunti di tubi, potendosi facilmente ottenere in prima passata, saldature ben penetrate e prive di inclusioni di scoria. 

La protezione gassosa e la buona fluidità del bagno fuso permettono di realizzare elevate velocità di saldatura e l’impiego della posizione in “verticale discendente” senza che il grado di penetrazione, soprattutto in prima passata, venga ridotto. 

La stabilità dell’arco, data da questo tipo di elettrodo, risulta tuttavia precaria a causa della dissociazione chimica della CO2 (anidride carbonica contenuta nella cellulosa) che richiede tensioni d’arco più elevate di quelle degli altri elettrodi e l’impiego di generatori di corrente continua con polarità inversa (pinza collegata al polo positivo).

Le caratteristiche meccaniche dei giunti sono buone. Non tutte le saldatrici possono essere usate con l’elettrodo cellulosico; i generatori di corrente che si possono usare devono avere una tensione a vuoto abbastanza elevata (65 volt) e una buona caratteristica dinamica che consenta alla saldatrice una ripresa rapida dell’arco elettrico, in modo da scongiurare le interruzioni d’arco che causano difetti nella saldatura.

Vantaggi, svantaggi e applicazioni

Elevata penetrazione, elevata maneggevolezza, scoria ridotta.

Richiedono generatori DC con elevata tensione a vuoto, cordone irregolare, elevato apporto di idrogeno.

Saldature in tutte le posizioni, tubazioni o dovunque non sia possibile la ripresa a rovescio, saldature in cui l’accesso dell’elettrodo risulta critico, acciai a basso tenore di carbonio, scarsa presenza di impurità nel materiale.

Aspetto saldatura a elettrodo

Aspetto per lunghezza dell’arco

Aspetto per velocità di avanzamento

Aspetto per intensità di corrente

Saldatura di ottima qualità

ABC dell’innesco dell’arco 

Per i meno esperti la prima difficoltà è l’innesco dell’arco, per cui è bene procedere in questo modo: avvicinare l’elettrodo a circa 10 mm dal punto da saldare, con una inclinazione di 70°-80° rispetto al piano di lavoro, facendo attenzione di non toccare accidentalmente il pezzo per non ricorrere in un colpo d’arco; portare la maschera davanti agli occhi, dare un colpetto sul pezzo e appena si innesca l’arco allontanare leggermente l’elettrodo e iniziare la saldatura procedendo come più avanti descritto.

Può succedere che il movimento di distacco dell’elettrodo non sia abbastanza rapido per cui rimane incollato sul pezzo, bisogna allora staccarlo con un brusco strappo laterale; al contrario un distacco eccessivo può provocare lo spegnimento dell’arco stesso. 

Per facilitare l’apprendimento iniziale del meccanismo d’innesco si può anche usare lo stratagemma di sfregare (non troppo rapidamente) l’elettrodo sul pezzo a mo’ di fiammifero, fintanto che non avvenga l’innesco. 

Avviato l’arco, l’elettrodo inizia subito a sciogliersi nel bagno di fuzione, mentre il rivestimento sviluppa la sua azione di protezione. 

Così facendo l’elettrodo si accorcia ed è quindi necessario compensare avvicinando la torcia, man mano che si procede. Il mantenimento dell’inclinazione dell’elettrodo è molto importante e dipende da svariati fattori.

Saldatrice Force 145

Nell’ambito della saldatura MMA Telwin propone la gamma Force, dove ha concentrato il know-how di tanti anni di sviluppo di macchine professionali e all’avanguardia. Ogni esigenza operativa trova una risposta in questa gamma di saldatrici inverter a elettrodo, che sono diventate uno standard qualitativo e di performance per il mercato.

Fra i plus, il design accattivante (brevettato), la tecnologia inverter, il made in Italy e la comoda valigetta completa di accessori.

Grazie alla tecnologia inverter, che garantisce un’eccezionale stabilità della corrente di saldatura, e grazie ai dispositivi arc force, hot start e antistick, è possibile saldare su acciaio, inox, ghisa con estrema semplicità ed elevata qualità.

Peso e dimensioni sono ridotti e facilitano il trasporto della macchina; fra le altre caratteristiche peculiari ci sono: protezione termostatica, protezioni da sovratensione, sottotensione e sovracorrente, possibilità di utilizzo con motogeneratore (±15%). Telwin Force 145 costa euro 179,00.

Leggi anche l’approfondimento tecnico sulla saldatura a gas.