La chimica dietro gli elettrodi GMAW in acciaio al carbonio dolce

La scelta di un elettrodo in acciaio al carbonio dolce può migliorare o diminuire notevolmente la produttività della manodopera e i costi totali di saldatura, motivo per cui è importante che i saldatori comprendano la chimica dietro il metallo d'apporto. Immagini: ESAB

Agli esperti applicativi viene spesso chiesto: "Qual è il miglior filo MIG?" La risposta a questa domanda con la saldatura ad arco metallico a gas (GMAW) è sempre: "Una che soddisfi i codici di saldatura, le proprietà meccaniche e le specifiche della procedura di saldatura richiesti".

Tuttavia, oltre a soddisfare i requisiti tecnici, i produttori devono considerare il costo totale della saldatura. La manodopera costituisce in media dal 75% all'85% dei costi totali di saldatura, mentre i metalli d'apporto rappresentano circa il 10%. La selezione del metallo d’apporto ottimale può aumentare o diminuire notevolmente la produttività della manodopera e i costi totali di saldatura.

Quella che segue è una panoramica di come la chimica dei metalli d'apporto influenza i risultati della saldatura, concentrandosi sugli elettrodi per la saldatura dell'acciaio dolce al carbonio (grado A36), perché sono gli elettrodi più utilizzati e quelli che la maggior parte delle persone impara a utilizzare per primi.

L'American Welding Society (AWS) classifica gli elettrodi in acciaio al carbonio (vedere Figura 1). Questi elettrodi hanno una resistenza alla trazione minima del metallo saldato di 70.000 PSI, rendendoli adatti per saldare l'acciaio A36 su se stesso o su altri gradi di acciaio al carbonio (è sufficiente abbinare l'A36 perché ha la resistenza più bassa).

Quando formulano elettrodi in acciaio al carbonio, i produttori controllano fino a 17 diversi elementi grezzi (vedere Figura 2). I tre elementi di lega primari sono carbonio, manganese e silicio. AWS specifica le quantità minime e massime di questi elementi, ma i produttori possono enfatizzare gli attributi prestazionali controllando la chimica.

Il carbonio (C) influenza le proprietà strutturali e meccaniche più profondamente di qualsiasi altro elemento. Per gli elettrodi ER70, il carbonio è solitamente contenuto tra lo 0,05% e lo 0,12%, il che fornisce la resistenza del metallo saldato senza influire sulla duttilità, tenacità e porosità.

I produttori aggiungono altre leghe per controllare la disossidazione del bagno di saldatura e per aiutare a determinare le proprietà meccaniche della saldatura. La disossidazione è la combinazione di un elemento con l'ossigeno proveniente dal bagno di saldatura, con conseguente formazione di scorie o isole di silice sulla superficie della saldatura. La rimozione dell'ossigeno dalla pozzanghera lo elimina come causa della porosità del metallo di saldatura.

Il silicio (Si) è l'elemento disossidante più comune; a seconda della destinazione d'uso, gli elettrodi contengono generalmente dallo 0,45% all'1% della lega. In questo intervallo percentuale, il silicio presenta un'ottima capacità disossidante. L’aumento del silicio aumenterà la resistenza della saldatura con solo una piccola diminuzione della duttilità e della tenacità. Tuttavia, il metallo saldato può diventare sensibile alle cricche con una percentuale di silicio superiore all'1% - 1,2%. La lega influenza anche la fluidità della pozzanghera.

Il manganese (Mn) è anche un comune disossidante e rinforzante. Il manganese costituisce dall'1% al 2% degli elettrodi di acciaio dolce. L’aumento dei livelli di manganese aumenta la resistenza del metallo saldato in misura maggiore rispetto al silicio. Il manganese riduce inoltre la sensibilità del metallo saldato alle cricche a caldo.

L'alluminio (Al), il titanio (Ti) e lo zirconio (Zr) sono disossidanti molto potenti. Questi elementi vengono talvolta aggiunti in dosi molto piccole, solitamente non superiori allo 0,2% combinato. In questo intervallo si ottiene una maggiore resistenza.

FIGURA 1. AWS classifica gli elettrodi in acciaio al carbonio in base a fattori quali resistenza alla trazione e composizione chimica.

Altri elementi come nichel (Ni), cromo (Cr) e molibdeno (Mo) vengono spesso aggiunti per migliorare le proprietà meccaniche o di resistenza alla corrosione. In piccole quantità possono essere utilizzati nei fili di acciaio al carbonio per migliorare la resistenza e la tenacità del deposito.

Gli elettrodi GMAW per l'acciaio dolce includono comunemente la lettera S (che indica che si tratta di un elettrodo solido) e un designatore numerico (da 2 a 7) o la lettera G. Gli elettrodi più utilizzati sono S-3 e S-6.

Ecco una breve guida al significato di queste designazioni degli elettrodi e al motivo per cui sono popolari, oltre a note su altri prodotti chimici degli elettrodi per aiutare a guidare la selezione.