Saldatura ad arco elettrico

La regolazione e la stabilità dell'arco elettrico sono fondamentali per ottenere un cordone di saldatura di qualità. Air Liquide, leader mondiale nei gas per applicazioni industriali, offre una panoramica sui processi di saldatura ad arco elettrico.

Cos'è un arco elettrico?

L'arco elettrico si forma quando si ottiene un'energia sufficientemente alta per ionizzare l'atmosfera di gas e generare un plasma gassoso tra i due poli di un generatore. Nel momento in cui si genera detto plasma, si crea una corrente elettrica tra il polo positivo e il polo negativo.

L'arco elettrico è un fenomeno fisico estremamente complesso; si creano contemporaneamente fenomeni di ionizzazione e ricombinazione di gas, trasmissione di calore e attività elettromagnetiche. I fenomeni descritti variano il comportamento in funzione delle caratteristiche di conducibilità termica ed elettrica del gas, nonché della temperatura raggiunta durante il fenomeno stesso.
 
Le temperature raggiunte possono arrivare fino a 3500 ºC, ed è possibile distinguere le seguenti aree:

• Nucleo dell'arco: l'arco di plasma si forma tra i due elettrodi. Si tratta di una zona molto calda di particelle ionizzate. Il 90% della corrente passa attraverso questa zona,
• Involucro ionizzato: zona di transizione tra il nucleo dell'arco e l'atmosfera ambiente, dove le particelle sono parzialmente ionizzate. La temperatura all'interno di questa zona è ancora significativa, sebbene inferiore a quella all'interno del nucleo dell'arco,
• Gas caldi: a causa del trasferimento termico, il nucleo dell'arco e l'involucro ionizzato sono circondati da un gas caldo.

Saldatura ad arco elettrico

Da un punto di vista semplificato possiamo schematizzare il processo di saldatura ad arco come un circuito elettrico in cui viene applicata una tensione (V) tra i terminali di un generatore. Il circuito si chiude alla generazione dell’arco elettrico tra l’elettrodo e il pezzo. La corrente (I) di saldatura sarà determinata dalla tensione applicata (V) e dall'insieme delle resistenze elettriche delle attrezzature: cavo di saldatura, cavo e presa di massa, stick-out, arco elettrico.

La polarità varia a seconda del processo di saldatura, poiché il flusso di elettroni è stabilito dal polo negativo (catodo) al polo positivo (anodo). La zona anodica è quella che raggiunge una temperatura maggiore:

• Polarità inversa: il saldatore collega la torcia al polo positivo (anodo) della saldatrice. Il flusso di elettroni è diretto verso l'elettrodo che fonde durante la saldatura.
  • Saldatura ad arco elettrico con elettrodo consumabile: in questo caso l'elettrodo è il filo di saldatura stesso, che deve fondere contemporaneamente al metallo base:
    • Saldatura GMAW (MIG, MAG): l'arco elettrico viene generato in atmosfera protettiva di gas che può essere inerte (MIG) o attivo (MAG),
    • Saldatura ad elettrodo (SMAW): l'arco elettrico viene generato in atmosfera protettiva generata dal deposito del flusso dell’elettrodo rivestito, che verrà successivamente rimosso meccanicamente dal giunto,
    • Saldatura ad arco sommerso (SAW): l'arco elettrico viene generato sotto protezione del flusso solido di saldatura.
• Polarità diretta: il saldatore collega la torcia al polo negativo (catodo). Il flusso di elettroni è diretto verso il metallo base.
  • Saldatura ad arco elettrico con elettrodo di tungsteno (non consumabile): in questo caso l'elettrodo è di tungsteno (materiale ad alto punto di fusione) infusibile.
    • Saldatura TIG: l'arco elettrico viene generato in atmosfera protettiva di gas inerte. Per la saldatura TIG dell'alluminio è possibile utilizzare sia una macchina a corrente alternata che un generatore a corrente continua a polarità invertita,
    • Saldatura al plasma: l'arco elettrico viene generato in atmosfera protettiva di gas inerte.