Qual è la differenza tra i processi di saldatura MIG e MAG?

I processi di saldatura MIG e MAG sono entrambi processi di saldatura ad arco manuali, semi-automatici, automatici o robotizzati. Air Liquide illustra le specificità e le differenze della saldatura MIG/MAG.

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Soudage MIG y MAG

I processi di saldatura MIG e MAG utilizzano diversi tipi di gas. Nel caso della saldatura TIG o MIG, la saldatura è protetta da un’atmosfera da un gas inerte, mentre nel caso della saldatura MAG, la saldatura è schermata da un gas attivo.

La saldatura MIG richiede infatti un gas inerte, che non reagisca con il metallo fuso e che serva soprattutto a proteggere il bagno di fusione. Il gas di protezione ha quindi una funzione protettiva che, di fatto, impedisce il contatto del bagno di fusione con l'atmosfera. A seconda dei materiali, degli spessori, delle geometrie e delle condizioni operative viene effettuata la scelta del gas o miscela di protezione, partendo dall'argon, alle miscele argon/elio o, in casi molto rari, all'elio puro.

La saldatura MAG richiede generalmente Argon come gas di base, miscelato con gas attivi (ossidanti secondo NF EN ISO 14175) come CO₂ e/o O₂.
I gas ossidanti creano, in maniera limitata, degli ossidi che hanno la caratteristica di essere "emissivi": facilitano l'uscita degli elettroni, contribuiscono quindi alla stabilità dell'arco elettrico e garantiscono la corretta penetrazione.
Al fine di limitare il livello di ossidazione del cordone, è comunque opportuno dosare correttamente il tenore di elementi ossidanti del gas di protezione.

A seconda del materiale trattato può variare il contenuto di gas attivo. Per gli acciai inossidabili è possibile utilizzare miscele Ar-CO₂ o Ar-O₂, a basso contenuto, fino ad un massimo del 2% di componente ossidante. In questo caso la miscela è un bilanciamento tra le necessità di stabilità d'arco / penetrazione del bagno e, al contempo, cercare di ridurre al minimo il rischio di ossidazione del cromo, elemento cruciale per la protezione dell'acciaio dalla corrosione.
Per gli acciai bassolegati è possibile impiegare miscele Ar-CO₂, Ar-O₂ o Ar-CO₂-O₂. Il tenore di elementi ossidanti può arrivare fino al 18% (potere di ossidazione equivalente). Il potere ossidante di una parte di CO₂ è circa la metà rispetto a quello di una parte di ossigeno. L'ossigeno svolge un ruolo tensioattivo nel bagno di saldatura, il quale risulterà più fluido, più caldo, con conseguente possibilità di incrementare la velocità di saldatura. L'aggiunta di CO₂ in miscela contribuisce ad avere un profilo di penetrazione maggiormente arrotondato (a 'calice'), offrendo maggiori garanzie alla corretta fusione dei lembi da saldare, qualità particolarmente gradita nella saldatura 'testa-testa'. Normalmente la percentuale di CO₂ in miscela è proporzionale agli spessori da saldare. Per la saldatura con filo animato, il tenore di elementi ossidanti è un elemento critico. È opportuno rispettare le specifiche di gas richieste dal produttore di metallo d’apporto. Generalmente si utilizzano miscele ad alto tenore di CO₂, ad esempio quelle appartenenti alle classi M20, M21 secondo ISO 14175 o, per alcuni casi, anche CO₂ pura.

 

I processi di saldatura MIG e MAG

L'utilizzo da parte del saldatore di una bobina di metallo d'apporto, elettrodo fusibile, denominato anche filo per saldatura, permette di realizzare delle saldature MIG/MAG in continuo.

Sono processi ad alta produttività, estremamente diffusi nel campo delle costruzioni metalliche e permettono di operare su differenti profili di giunto, posizioni di saldatura e spessori di lamiera (da molto sottili ad alti spessori in multipass).

Sui generatori di saldatura ad arco MIG/MAG è possibile impostare la velocità del filo/intensità di corrente, la tensione, e, in alcune apparecchiature, anche il regime di trasferimento metallico. In particolare, sui generatori sinergici di ultima generazione i parametri elettrici di lavoro vengono ricavati automaticamente in funzione dei dati relativi a materiale, spessore, geometria del giunto, posizione di saldatura, velocità, tipologia e numero di passate ecc.

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Saldature a filo continuo: apporto termico e gas di protezione

I processi di saldatura MIG/MAG sono perfetti per i ritmi produttivi elevati: l’elettrodo fusibile, alimentato in continuo, garantisce altissima produttività. Questi procedimenti hanno inoltre un’ampia flessibilità: ampia gamma di materiali saldabili, qualsiasi geometria e spessore, qualsiasi posizione di saldatura.

Un parametro fondamentale in questo metodo è l’apporto termico specifico.

L'apporto termico specifico è la quantità di energia termica effettivamente trasferita al pezzo per ogni unità di lunghezza del cordone di saldatura. È un parametro molto importante perché determina non solo quanto a fondo fonderemo il metallo, ma soprattutto come cambieranno le sue proprietà meccaniche e metallurgiche una volta raffreddato. L’apporto termico specifico teorico è proporzionale al prodotto tra tensione (V) e Corrente (I) e inversamente proporzionale alla velocità di saldatura. Normalmente l’unità di misura convenzionale usata sono i [kJoule/mm]. Per rapportare il valore teorico alla pratica reale si utilizza il coefficiente di Efficienza Termica (valore empirico, minore di 1), che tiene conto che non tutta l’energia prodotta viene trasferita sul pezzo e che una parte di essa viene dispersa nell’ambiente sotto forma di luce, calore radiante verso l’aria e riscaldamento della torcia stessa.

Ad esempio, per MIG/MAG (acronimo: GMAW), la normativa fissa il coefficiente di efficienza termica al valore di 0,8 ovvero che l'80% dell’energia prodotta si trasferisce sul pezzo), mentre per il TIG (acronimo: GTAW), processo ‘meno’ efficiente dal punto di vista termico, è di circa i 60% . Dall’apporto termico dipendono tre fattori fondamentali:

  1. La dimensione della Zona Termicamente Alterata (ZTA): più l'apporto termico è alto, più calore si propaga nel metallo base adiacente al cordone, allargando la zona in cui le proprietà metallurgiche del materiale originale vengono modificate (e, spesso, indebolite).
  2. Velocità di Raffreddamento: un basso apporto termico (es. saldatura molto veloce) genera, come conseguenza, un raffreddamento del giunto saldato molto rapido. Ad esempio, negli acciai al carbonio o legati, un raffreddamento repentino crea, localmente, le condizioni cosiddette di ‘tempra’ , il cui effetto è quello di aumentare parallelamente la durezza e la fragilità, e, talvolta di creare le condizioni di generazione del difetto delle ‘cricche a freddo’.
    Un alto apporto termico (es.bassa velocità di avanzamento, alta intensità di corrente) fa raffreddare il pezzo lentamente. Da un lato queste condizioni prevengono la creazione di cricche a freddo, di contro, se il raffreddamento è troppo lento, i grani cristallini del metallo si ingrossano eccessivamente, facendo diminuire la tenacità del giunto (capacità di un materiale di assorbire energia e deformarsi plasticamente prima di giungere a rottura).
    Un apporto termico elevato inoltre è causa di dilatazioni e contrazioni della lamiera con conseguenti deformazioni o, per strutture più rigide, in maggiori tensioni interne.
  3. I difetti tipici di lavorazione normalmente derivano da un’errata regolazione dell’apporto termico: nel caso sia troppo alto, questo genera una eccessiva penetrazione e rischio di intagli marginali. Viceversa, un apporto termico ridotto può portare alla mancanza di fusione, con conseguenti problemi di mancanza di penetrazione o “incollaggi”. Altro fattore importante è la regolazione della portata del gas di protezione che, in caso di eccesso o difetto, può generare porosità nel giunto saldato.

L’apporto termico specifico, in definitiva è il parametro pilota, dal quale si estrapolano gli altri parametri di saldatura.

E’ possibile fare caratterizzazioni in funzione del materiale trattato, posizione di saldatura e gas di protezione. Ad esempio:

Processo: MAG. Acciai al carbonio e bassolegati. Gas di protezione: Argon + CO₂ (82%/18%). Posizione di saldatura: In piano (PA / 1G). Efficienza termica: 0,8.

Spessore (mm)Preparazione e LembiDiametro Filo (mm)Apporto Termico Q (kJ/mm)Corrente (A)Tensione (V)Velocità Avanz. (cm/min)
1,5 - 2,0Lembi retti (Aria 1 mm)0,80,20 - 0,2575 - 90 Short Arc17 - 1930 - 35
3,0 - 4,0Lembi retti (Aria 2 mm)10,35 - 0,45120 - 140 Short/Misto20 - 2230 - 35
5,0 - 6,0Cianfrino a V (60°)1,0 - 1,20,70 - 0,85220 - 240 Spray Arc26 - 2835 - 40
8,0 - 10,0Cianfrino a V (60°)1,21,00 - 1,25260 - 290 Spray Arc29 - 3135 - 40
12,0 - 15,0Cianfrino a V (Multi-pass)1,21,30 - 1,60280 - 320 Spray Arc31 - 3330 - 35

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Come scegliere i corretti gas per la saldatura MIG-MAG?

Se avete scelto il processo MIG o MAG per la saldatura, dovrete individuare il corretto metallo d'apporto e il giusto gas di saldatura da utilizzare per la vostra applicazione. Il gas di saldatura è un elemento chiave per rispondere alle tre sfide di questa attività.

  • produttività
  • qualità dell'assemblaggio,
  • condizioni di lavoro.

Scelta dei gas per la saldatura MIG degli acciai inossidabili

ACCIAI AUSTENITICI

  • ARCAL™ Chrome
    Molto versatile, ARCAL™ Chrome può essere utilizzato per tutte le velocità d'arco e su tutti gli acciai inossidabili, con la garanzia di un facile avvio e di una buona stabilità dell'arco. È adatto sia per la saldatura a singolo passaggio che per quella a più passaggi. Il suo basso contenuto di CO₂ limita le emissioni di fumi.

  • ARCAL™ 121 (Ar/He/CO₂)
    Questo prodotto migliora l’aspetto della saldatura e la produttività:

    • i cordoni presentano un'ossidazione molto ridotta e, grazie alla presenza di elio,
    • la velocità di avanzamento può essere aumentata del 10-15% mantenendo un'eccellente bagnatura.

    ARCAL™ 121 è adatto alla saldatura a passata singola e multipla. Può essere utilizzato a tutte le velocità d'arco. Il suo contenuto di elio è sufficiente a ridurre significativamente gli effluenti nocivi.

ACCIAI FERRITICI, SEMI-FERRITICI E MARTENSITICI

Data la differente struttura metallurgica di questi acciai la scelta del gas cadrà su miscele che non contengano idrogeno. Sono ottime opzioni le miscele ARCAL™ 12 e ARCAL™ 121.

ACCIAI AUSTENITICI-FERRITICI (DUPLEX)
ARCAL™ 129 (Ar/He/CO₂/N₂) è stato sviluppato per la saldatura di acciai duplex e superduplex in MIG a filo pieno (spesso in modalità pulsata). Questa miscela a base di argon contenente CO₂, elio e azoto è ottimizzata per garantire:

  • buona stabilità dell'arco
  • buona maneggevolezza in qualsiasi posizione,
  • ottima resilienza del giunto
  • buona resistenza alla corrosione della zona fusa (N₂),
  • arricchimento limitato di carbonio nella zona fusa.

Scelta dei gas per la saldatura MIG di alluminio, di leghe leggere e di rame

  • ARCAL™ Prime (Ar)
    ARCAL™ Prime è un gas argon di alta qualità. Fornisce un'eccellente protezione e un arco stabile a bassa intensità. E’ la proposta universale per leghe di alluminio, leghe leggere e leghe di rame. .
  • ARCAL™ 31 (Ar/He)
    Versatile come ARCAL 1, ARCAL 31 contiene elio aggiunto che favorisce l’apporto termico e riduce le emissioni di ozono.
  • ARCAL™ 32 (Ar/He)
    Questa miscela offre significativi aumenti di produttività (fino al 30%); migliora inoltre la compattezza degli assemblaggi e riduce le emissioni di ozono e ossidi di azoto.
  • ARCAL™ 35 (Ar/He)
    Questa miscela migliora la produttività, la compattezza e la penetrazione della zona fusa.
  • ARCAL™ 37 (Ar/He)
    Consigliato per la saldatura automatica. Offre un aumento della produttività fino all'80%, una riduzione delle temperature di preriscaldamento e una riduzione degli ossidi di azoto e dell'ozono di oltre il 60%.

Scelta dei gas per la saldatura MAG di acciai da costruzione, non legati o basso legati

Su questa gamma è possibile utilizzare miscele a base argon con aggiunte di componenti chimicamente attivi, come CO₂ o O₂. In particolare l’aggiunta di CO₂ stabilizza l’arco e, in proporzione, ottimizza la forma del cordone e migliora la penetrazione. L’aggiunta di ossigeno, dove possibile, migliora la produttività e la bagnabilità del cordone.

  • ARCAL™ Speed 
    Grazie alla sua composizione riduce la fase di trasferimento ‘globulare’, risulta quindi una miscela particolarmente flessibile per operare sull’intero range di correnti. E’ altrettanto efficace per le operazioni in modalità ‘arco pulsato’. Garantisce buona penetrazione con un livello particolarmente basso di proiezioni e fumi. ARCAL™ Speed consente di raggiungere elevate velocità di saldatura in applicazioni automatiche e robotizzate.
  • ARCAL™ 14 (Ar/CO₂/O₂) 
    Ottimizzato per il funzionamento in regime di ‘arco pusato’, può essere utilizzato anche in modalità non pulsata su piccoli spessori. Avendo potere di ossidazione molto basso, questa miscela permette di ottenere un'eccellente finitura superficiale e un’emissione di fumi di saldatura particolarmente bassa.
  • ARCAL™ 22 (Ar/O₂) 
    È stato appositamente studiato per limitare i fumi nella saldatura MAG ed è particolarmente adatto alla saldatura di lamiere sottili.
  • ARCAL™ 211 (Ar/CO₂/He) 
    Ottimizzato appositamente per alti tassi di deposito (spray arc, spray plus) e anche per utilizzi con filo animato.

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