Un nuovo metodo per aumentare la vita dei giunti saldati

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Com’è noto, la fatica è un fenomeno meccanico per cui un materiale sottoposto a carichi variabili nel tempo si danneggia fino alla rottura, anche nel caso in cui l’intensità massima dei carichi sia sensibilmente inferiore alla tensione di rottura o di snervamento statico del materiale stesso. È altrettanto noto che, da questo punto di vista, l’anello debole di un componente meccanico composto da elementi sottili ricavati da lamiere, è il “giunto saldato”, essendo la saldatura la parte meno resistente alle sollecitazioni cicliche, quella cioè meno resistente a fatica. Dunque, è fondamentale che le saldature tra i diversi elementi in lamiera garantiscano la massima resistenza a fatica, affinché l’intero manufatto abbia la maggiore durata possibile.

Come migliorare la resistenza a fatica nelle saldature?

fig-05«Per migliorare la vita dei giunti saldati – ha illustrato Torbjörn Narström di SSAB dobbiamo contrastare gli effetti negativi della saldatura. A tal fine possiamo indurre sollecitazioni residue di compressione e migliorare la geometria del piede del cordone di saldatura, in modo da ridurre i picchi delle sollecitazioni». Tali effetti migliorativi possono essere ottenuti mediante l’innovativo metodo IMAF (Impatto Meccanico ad Alta Frequenza): si tratta, più nel dettaglio, di un sistema di martellatura con frequenza superiore ai 90 Hz, generato da “penetratori cilindrici accelerati” posti a contatto con il cordone di saldatura allo stato grezzo. Torbjörn Narström: «La martellatura ad alta frequenza, in sostanza, introduce sollecitazioni residue di compressione e migliora la geometria della zona di transizione, aumentando quindi la resistenza a fatica del giunto saldato». Il procedimento, che è applicabile in modo standard e senza particolari requisiti di progettazione, fa sì che la saldatura grezza (o meglio: il cordone di saldatura) venga deformata plasticamente, come si vede dalle immagini pubblicate in queste pagine.

Il metodo nel dettaglio esecutivo

fig-06Durante il seminario, i tecnici SSAB Mikael Reinberth e Torbjörn Narström hanno spiegato che in realtà vi sono diversi modi di applicazione della soluzione IMAF: può essere messo in pratica mediante un “trattamento per impatto a ultrasuoni” (UIT); una “martellatura a ultrasuoni” (UP); un “trattamento per impatto ad alta frequenza” (HiFiT); e un “trattamento per impatto pneumatico” (PIT). Questi possono essere eseguiti mediante speciali “pistole”, o meglio, elementi piezoelettrici a ultrasuoni, o magnetoresistivi a ultrasuoni o ad aria compressa, sulle quali è possibile montare diverse teste di martellatura a seconda della forma del pezzo saldato da trattare. Durante l’esercitazione pratica condotta presso i laboratori AQM, è stato utilizzato un penetratore cilindrico piezoelettrico HiFIT ad alta frequenza (>90 Hz).  «La testa della pistola deve essere posta a contatto con il cordone di saldatura – ha chiarito Mikael Reinberth – con un angolo tra i 60°e gli 80° rispetto alla superficie della lamiera e tra i 70°e i 90°rispetto alla direzione del movimento». Durante la martellatura, la pistola deve essere mossa lungo la saldatura con una velocità compresa tra i 3 e i 5 mm/s, e l’operatore deve esercitare sul dispositivo una pressione sufficiente a evitare che la pistola stessa “saltelli” sulla superficie. «Se l’IMAF è eseguito in modo corretto – ha precisato il tecnico svedese – la scanalatura risultante dal trattamento ha un aspetto liscio e lucido, senza irregolarità, cioè con fondo e bordi privi di difetti, anche piccoli, che possono provocare l’innesco di cricche. Inoltre, la scanalatura ha una profondità di circa 0,2 – 0,35 mm». Invece, in caso di processo mal eseguito (errata regolazione dell’intensità con conseguente formazione di bave, errato posizionamento della pistola, ecc.) le conseguenze potrebbero essere dannose. «Ecco perché è fondamentale che il tecnico che esegue l’IMAF sia preparato dal punto di vista pratico e teorico. Per applicare con successo il trattamento occorre conoscere alcune limitazioni. Per esempio, l’ampiezza della scanalatura deve essere superiore allo 0,2 mm, lo spessore deve essere compreso tra i 5 e i 50 mm, e la classe della saldatura grezza da trattare deve presentare una FAT di partenza compresa tra 50 e 90 MPa. Non rispettare tali condizioni potrebbe compromettere il risultato finale». In genere, la martellatura IMAF non deve essere effettuata su tutta la lunghezza della saldatura, ma solamente in corrispondenza delle regioni critiche; inoltre, per ottenere un eccellente risultato, può essere applicata solo su saldature già di buona qualità, cioè almeno di livello “B” secondo la norma UNI EN ISO 5817. Il giunto saldato trattato con l’IMAF non necessita di ulteriori trattamenti termici, né di lavorazioni meccaniche, anzi, rischierebbero di eliminare gli effetti migliorativi a causa della riduzione delle tensioni compressive nel primo caso e la modifica della geometria nel secondo. Per contro, è possibile effettuare la pulizia per “granigliatura” in prossimità della zona trattata e, in tal caso, è consigliata l’applicazione di una protezione anticorrosione.

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