Come si salda l'alluminio?

Quale tipo di procedimento scegliere per saldare l'alluminio e le sue leghe?

E’ possibile optare tra differenti procedimenti che consentono di saldare l'alluminio e le sue leghe.

La saldatura TIG (in corrente alternata), MIG, così come Plasma e Laser sono i procedimenti più diffusi per la saldatura dell’alluminio e le sue leghe e, mediamente, lo spessore saldato può variare da 0,8 a 10 mm.

Saldare l’alluminio richiede una grande attenzione rispetto alla qualità. In particolare, nei procedimenti ad arco elettrico, occorre fare attenzione ai tipici difetti della saldatura delle leghe leggere, quali ad esempio le porosità. Con una serie di attenzioni e la corretta scelta dei gas come Argon, Elio e loro miscele, è possibile realizzare giunti di buona qualità.

Per assemblaggi di componenti strutturali la normativa richiede di effettuare controlli qualitativi spinti, quali ad esempio i controlli radiografici. La principale causa di porosità nel giunto saldato è la presenza indesiderata dell’idrogeno che, essendo insolubile nelle leghe di alluminio in fase solida, rimane intrappolato nella matrice durante il raffreddamento. Il gas di protezione dev’essere adatto al processo utilizzato. I gas della linea ARCAL™ sono ad esempio caratterizzati da specifiche che rispondono ampiamente agli standard richiesti. Tuttavia, accade spesso che l’umidità non provenga dall’ambiente circostante e può succedere che il gas di protezione non sia in grado di rimuoverla: per le leghe di alluminio l’umidità potrebbe essere contenuta nello strato di allumina superficiale dei componenti. È quindi importante prestare particolare attenzione a preparare adeguatamente la superficie; questo vale sia per la saldatura ad arco elettrico MIG che per il TIG.

Lo sapevate? Quando si parla di saldatura a filo continuo dell'alluminio il termine MAG non è propriamente utilizzato. Il gas impiegato è infatti inerte: il procedimento è quindi denominato MIG, acronimo di "Metal Inert Gas". Al contrario, la saldatura dei vari tipi di acciaio sfrutta un gas leggermente ossidante ed è quindi corretta la definizione MAG, che identifica "Metal Active Gas".

Scelta dei gas per la saldatura TIG di alluminio e delle sue leghe

La struttura metallurgica dell’alluminio e delle leghe leggere necessità protezione con gas e miscele completamente inerti al fine di garantire buona stabilità d’arco e ottimale protezione del bagno di saldatura. La scelta del gas tiene in considerazione l’elevata reattività chimica del materiale base, in particolare verso l’ossigeno o l’idrogeno: è questa la ragione per la quale non è possibile utilizzare gas di saldatura chimicamente attivi.
L’atmosfera protettiva deve essere necessariamente inerte: Argon o miscele di Argon-Elio.

La composizione dei componenti inerti in miscela influenzerà alcuni aspetti della saldatura quali ad esempio: la forma del cordone (profilo della zona fusa e zona termicamente alterata), l’azione di decapaggio (eliminazione dello strato superficiale di allumina) e l’apporto termico specifico che influenza sforzi e deformazioni del giunto saldato.

Nella gamma di gas Reference, ARCAL™ Prime è il gas idoneo per la saldatura dell’alluminio e delle sue leghe. ARCAL™ Prime è la soluzione per la saldatura ad argon ad alta purezza per i professionisti. Questo gas è disponibile in varie taglie di bombole e, per grandi consumi, anche in formato liquido criogenico. ARCAL™ Prime è adatto a tutti i materiali saldati in MIG, TIG e plasma oltreché alla protezione a rovescio di tutti i materiali. L’argon ad alta purezza ARCAL™ Prime si adatta a tutte le esigenze e garantisce la massima qualità di saldatura con un aspetto eccellente.

Nella gamma di gas Tech, ARCAL™ propone diverse miscele di qualità a seconda dei requisiti di produzione richiesti.
L’aggiunta di elio nell’argon aumenta l’energia termica dell’arco elettrico.
ARCAL™ 32, 35 e 37 sono soluzioni per alta produttività, in particolare, le velocità di saldatura ottenute, sono superiori rispetto a quelle con argon o ARCAL™ 1, inoltre queste miscele apportano particolari benefici su materiali ad alta conducibilità termica come ad esempio tutte le leghe di alluminio (impiego in corrente alternata) o del rame (in corrente continua).
ARCAL™ 32 e 35 oltre a migliorare significativamente le prestazioni, permettono di mantenere una buona capacità di innesco e stabilità d’arco. All’aumentare del contenuto di elio, come in ARCAL™ 37 è possibile saldare spessori maggiori in mono passata (fino a 10 mm di spessore) e, talvolta, consentono di operare senza alcuna operazione di cianfrinatura dei pezzi. Con queste miscele, la differente distribuzione dell’energia termica nel bagno, permette di ridurre sforzi e deformazioni post saldatura fino al 70%.

Consigli per saldare l’alluminio

L’alluminio e le sue leghe (ad eccezione di quelle contenenti rame) sono saldabili in TIG, tali leghe richiedono una estrema attenzione durante ogni singola operazione nel processo di saldatura, al fine di evitare la formazione di cricche e porosità. Vale la pena di ricordare queste precauzioni e accorgimenti da adottare:

Precauzioni e accorgimenti per saldare l’alluminio

• La pulizia superficiale

La saldabilità alluminio ha due nemici giurati: gli idrocarburi (olio, grasso, sporco) e l’ossido di alluminio (allumina).

L’allumina è un ossido, di aspetto opaco, che si crea a contatto con l’atmosfera a che, di fatto, protegge gli strati sottostanti di metallo. Una delle caratteristiche dell’allumina è che fonde a temperature superiori a 2000 °C mentre l’alluminio base fonde a circa 660 °C. Questa caratteristica rende estremamente complicato il processo di saldatura in presenza dello strato di allumina.

Saranno di conseguenza necessarie le seguenti operazioni:

• Fase 1: Sgrassaggio
  E’ possibile utilizzare Acetone puro o alcol isopropilico applicati su uno straccio pulito (facendo attenzione che lo straccio non rilasci micro elementi di tessuto), fino a completa pulizia della superficie.
• Fase 2: Rimozione dell'ossido (Azione meccanica)
  E’ consigliato utilizzare una spazzola con setole in acciaio inox. Evitare di utilizzare mole o dischi abrasivi: l'alluminio è tenero e tende a "impastare" il disco, con conseguente rischio di rilascio sia dei grani di abrasivo che dell'ossido stesso.

Regola d'oro: la spazzola deve essere dedicata ESCLUSIVAMENTE all'alluminio. Evitare di utilizzare una spazzola con cui prima si è operato ad esempio su acciai comuni dato l’alto rischio di contaminazione da particelle di carbonio e ruggine sull'alluminio.

• La tempistica

L’ossido di alluminio inizia a riformarsi immediatamente non appena il metallo nudo tocca l’ossigeno dell'aria. Sebbene ci vogliano giorni per far tornare lo strato originario, è consigliato diesequire la saldatura entro 8 ore dalla pulizia meccanica.

• Il metallo d'apporto

Il metallo d’apporto deve essere tenuto il più possibile al riparo dal contatto con l'aria (disimballare la bobina all'ultimo momento).
Per le leghe con un lungo intervallo di solidificazione (ad es. alluminio-silicio della serie 6000), è preferibile utilizzare un metallo d'apporto la cui composizione tenda a ridurre tale intervallo, al fine di ridurre il rischio di cricche nel cordone.

• I gas per saldatura ad arco (MIG e TIG)

Il gas più diffusamente utilizzato è l’Argon. Data l’altissima conducibilità termica dell’alluminio, al crescere degli spessori è possibile utilizzare miscele addizionate con Elio il cui effetto, principalmente è quello di aumentare l’apporto termico sul bagno e, quindi rallentare la velocità di raffreddamento. D’altra parte la scelta della miscela è un compromesso tra il dover bilanciare il corretto apporto termico specifico e una maggiore instabilità dell’arco elettrico, soprattutto per il TIG.

• La progettazione

Progettare geometrie del giunto (ad esempio cianfrinature, svasature), che, abbinate a particolari tecniche operative, riducano il rischio di cricche a caldo. Altro fattore che riduce tale rischio è la scelta di idonei materiali d’apporto, come ad esempio leghe con micro aggiunte di Titanio e Zirconio.

• Il Preriscaldo

L’alluminio ha una conducibilità termica circa 5 volte superiore a quella dell’acciaio. Si comporta come una gigantesca "spugna termica": non appena si innesca l’arco, il calore si propaga nel materiale circostante molto rapidamente. Questo causa due problemi principali che è possibile risolvere con un adeguato preriscaldo:

• Evitare le "partenze fredde" (Cold Laps): nei primissimi centimetri di saldatura, il calore non è sufficiente a fondere il metallo base con conseguente rischio di ‘incollature’.
• Eliminare l'umidità (porosità): l'alluminio, per sua natura, attrae l'umidità superficiale e, in particolare, l'idrogeno, che durante la saldatura entra nel bagno fuso e, non riuscendo a fuoriuscire prima della solidificazione, crea microporosità interne.

• Le temperature di preriscaldo

Le leghe di alluminio più comuni in carpenteria (come ad esempio la serie 6000) vengono lavorate con trattamenti termici in fabbrica.
Di conseguenza occorre avere cura di non adottare temperature di preriscaldo troppo elevate che potrebbero compromettere le caratteristiche meccaniche.
Per rimuovere l'umidità ad esempio è possibile usare un preriscaldo leggerissimo, tra i 40 °C e i 50 °C, sufficiente a far evaporare lo strato di condensa. All’aumentare dello spessore, per favorire la penetrazione su forti spessori (oltre gli 8-10 mm): Il preriscaldo viene mantenuto in un intervallo tra i 90 °C e i 120 °C.
Il limite massimo da non superare sono i 150 °C per evitare il rischio di decadimento meccanico.
Normalmente per il preriscaldo si utilizza un cannello a gas, ossi-propano o ossi-acetilene, con fiamma neutra o leggermente carburante, per evitare ossidazioni del pezzo).

• Le tecniche ‘Hot Start’ (Rampa di partenza)

Oggi, con le moderne saldatrici MIG sinergiche e pulsate è possibile evitare il ciclo di preriscaldo manuale, anche su spessori importanti.
La funzione chiamata Hot Start (o corrente di innesco) eroga, per frazioni di secondo, una corrente dal 30% al 50% superiore rispetto a quella impostata per la saldatura.
Questo apporto iniziale di calore compensa l'alta conducibilità termica dell'alluminio, garantendo una penetrazione idonea fin dai primi millimetri salvo poi scendere automaticamente ai parametri di progetto evitando di surriscaldare l'intero pezzo.

La Saldatura TIG dell’alluminio: alcuni consigli

• Regime di Corrente:

L'alluminio a TIG si salda quasi esclusivamente in Corrente Alternata (AC). L'onda alternata fa esattamente due cose diverse decine di volte al secondo, invertendo la polarità:

• Ciclo Positivo: la corrente fluisce dal pezzo all'elettrodo. Questo flusso ‘strappa’ fisicamente lo strato di allumina dalla superficie del bagno (effetto di decapaggio o pulizia catodica). Al contempo questa fase scalda moltissimo il tungsteno.
• Ciclo Negativo: la corrente fluisce dall'elettrodo al pezzo. Questo è il momento in cui il calore entra nel materiale base, garantendo la penetrazione e dando all'elettrodo di tungsteno il tempo di raffreddarsi.

• Scelta e Preparazione dell'Elettrodo:

Poiché in AC l'elettrodo subisce uno stress termico enorme (a causa del ciclo positivo), vengono utilizzati elettrodi dedicati come ad esempio:

• Zirconio (Bianco): gestisce benissimo la corrente alternata e mantiene un arco molto stabile.
• Lantanio (Blu/Oro) o Terre Rare (Viola): reggono correnti altissime, innescano facilmente e non rilasciano tungsteno nel bagno di fusione.

• Preparazione della Punta:

Un consiglio specifico per l'alluminio è quello di molare l'elettrodo creando un cono, è successivamente andando a troncare troncare la punta, creando, di fatto la geometria di un tronco di cono. Grazie a questo accorgimento, all'innesco dell'arco in AC, il terminale si arrotonderà leggermente, formando una micro-cupola, perfetta per stabilizzare l'arco.

• Lo Stick Out (La sporgenza dell'elettrodo):

Lo stick out è la distanza di cui il tungsteno sporge oltre il bordo dell'ugello ceramico. Sull'alluminio, questa misura richiede un po' più di attenzione rispetto all'acciaio.
La Regola Aurea: l'elettrodo deve sporgere di circa 3-5 mm (e, generalmente, mai più del diametro interno dell'ugello ceramico che si sta utilizzando).

Che tipo di metallo di apporto bisogna scegliere?

Vi sono vari tipi di metallo di apporto (alluminio, silicio, manganese, ecc.), sotto forma di bacchette o bobine di filo la cui scelta va orientata in funzione del risultato desiderato. Per essere certi di operare la scelta più giusta consigliamo di consultare il vostro fornitore di materiale di apporto.

Contattate subito i nostri esperti per ottenere informazioni sulla saldatura dell'alluminio. Sapranno fornirvi risposte personalizzate riguardanti tipi di giunzioni e assemblaggi, offrirvi consulenza sulla corretta scelta di una saldatrice, del gas e del metallo di apporto più adatti.