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Ogni ponte che attraversi, ogni grattacielo che superi, ogni condotta per il carburante che attraversa un continente: dipendono tutte dalle giunzioni saldate che tengono salde.
La saldatura è il processo di unione di due pezzi di metallo fonderli insieme, solitamente con un materiale di riempimento, per creare un legame così forte o più forte del metallo base stesso.
È uno dei vecchi mestieri più essenziali al mondo. Senza saldatore, non c'è infrastruttura moderna, nessun aero spazio, nessuna cantieristica navale, nessuna produzione.
In questa lezione, copriremo la scienza di base della saldatura, i principali processi utilizzati nel mestiere, come sono progettate e lette le giunzioni dai disegni tecnici e la disciplina di sicurezza che separa i professionisti dagli dilettanti.
Riscaldamento
Prima di entrare in officina, vediamo cosa sai già o hai notato.
Le tre grandi
MIG, TIG e Stick
Ci sono decine di processi di saldatura, ma tre dominano il mestiere. Ognuno ha i suoi punti di forza e compromessi.
MIG (GMAW, Gas Metal Arc Welding): Un processo alimentato a filo. La macchina alimenta un rotolo di filo di riempimento attraverso il gun mentre un gas di protezione (generalmente una miscela di argon-CO2) protegge il pool di saldatura dalla contaminazione. MIG è veloce, facile da imparare e ottimo per la produzione su acciaio dolce e alluminio. È il processo più utilizzato nelle fabbriche e nelle officine di riparazione di autoveicoli.
TIG (GTAW, Gas Tungsten Arc Welding): Il processo della precisione. Un elettrodo di tungsteno non consumabile crea l'arco e il saldatore alimenta il filo di riempimento manualmente con l'altra mano. Un gas di protezione a base di argo. TIG produce le saldature più pulite e precise e è richiesto nell'aerospace, nell'acciaio inossidabile per alimenti e nelle tubazioni sottili. È il processo più lento dei tre e il più difficile da padroneggiare.
Stick (SMAW, Shielded Metal Arc Welding): The workhorse. Un elettrodo rivestito di flux melta e depone metallo di riempimento mentre il flux crea il suo proprio gas di protezione e strato di scoria. Non è necessario un contenitore di gas esterno. Il stick funziona all'aperto in vento e pioggia, su metallo rozzo o sporco e in spazi ristretti. I tagliafili di tubazioni, i ferrovieri strutturali e i gruppi di riparazione affidano la loro esistenza a questo.
Il processo giusto dipende dal metallo, dalla giunzione, dall'ambiente e dal livello di qualità.
La scelta del processo giusto
Un negozio di lavorazione riceve tre lavori in una settimana. Il primo lavoro è la saldatura di tubi in acciaio inossidabile per una centrale di elaborazione alimentare: le saldature devono essere perfettamente pulite senza contaminazione. Il secondo lavoro è il riparazione di un trave di acciaio rotto su un ponte all'aperto in gennaio con vento. Il terzo lavoro è la saldatura di 200 supporti in acciaio dolce identici in una linea di produzione.
Fisica dell'arco elettrico
Cosa succede quando si accende un arco
L'arco di saldatura è un discharging elettrico sostenuto attraverso un intervallo tra l'elettrodo e il pezzo da lavorare. Quando il circuito si chiude, la corrente scorre attraverso il gas nello spazio vuoto, ionizzandolo in plasma: il quarto stato della materia.
Questo plasma raggiunge temperature tra i 6.000 e i 10.000 gradi Fahrenheit, ben oltre il punto di fusione dell'acciaio (circa 2.500 F). Il calore intenso crea una pozza di saldatura: una piccola pozza di metallo fuso sul pezzo da lavorare.
La zona affetta dal calore (HAZ): L'area che circonda la pozza di saldatura che non si fonde ma viene abbastanza calda da cambiare la microstruttura del metallo. La ZAH può diventare fragile o indebolita se il saldatore applica troppo calore o si muove troppo lentamente. Controllare l'ingresso di calore è una delle abilità più importanti nella saldatura.
Gas di protezione: Il metallo fuso reagisce violentemente con l'ossigeno e l'azoto presenti nell'aria. L'ossidazione crea porosità (piccoli bolli di gas intrappolati nel saldatura) e indebolisce il giunto. Il gas di protezione, l'argon, il CO2 o una miscela: sostituisce l'atmosfera intorno al pool di saldatura, mantenendolo pulito.
Senza protezione, la piscina di saldatura assorbe i gas atmosferici e il saldatura risultante è porosa, fragile e strutturalmente inutile. Ogni processo di saldatura ha una forma di protezione: gas esterno in MIG e TIG, rivestimento di fusione in Stick.
Perché la protezione è importante
Un saldatore esegue la saldatura MIG su una lastra di acciaio dolce all'aperto. Un forte scirocco soffia sul posto di lavoro. L'arco sembra normale, ma quando il saldatore rimuove lo spillo e ispeziona la spina, è piena di piccoli buchi e ha l'aspetto ruvido e poroso.
Il controllo del calore
Due saldatori eseguono lo stesso giunto su lastre di acciaio identiche. Il saldatore A si muove rapidamente con una corrente moderata. Il saldatore B si muove lentamente con una corrente elevata, inserendo molta più calore nell'acciaio.
Entrambi i saldi sembrano accettabili in superficie, ma la lastra del saldatore B è piegata e incurvata, e il metallo vicino al saldatura è discolorato e fragile.
Cinque tipi di giunzione
Come si uniscono i pezzi di metallo
Ogni connessione saldata inizia con la posizione relativa dei pezzi rispetto l'uno all'altro. Ci sono cinque configurazioni di base per le giunzioni.
Giunzione a spigolo: Due pezzi posti l'uno accanto all'altro con il bordo in piano. Usato per piastre e tubi. È la giunzione più comune in lavori strutturali e di pressione. Di solito richiede l'arrotondamento (l'incisione di un angolo sui bordi) per consentire una penetrazione completa su materiali spessi.
Giunzione sovrapposta: Due pezzi che si sovrappongono. Simplice, forte nella trazione, comune in lavori di lamiera e autovettura.
Giunzione T: Un pezzo posto perpendicolare a un altro, formando la lettera T. La saldatura è tipicamente una saldatura a spigolo all'intersezione.
Giunzione angolo: Due pezzi che si incontrano a un angolo retto lungo i loro bordi, formando un L. Usato in cornici, scatole e contenitori.
Giunzione bordo: Due pezzi posti paralleli con gli spigoli allineati. Usato principalmente per lamiera sottile e applicazioni a basso stress.
Saldature a spigolo sono saldature a triangolo depositate nell'angolo interno di una giunzione T, una giunzione sovrapposta o una giunzione angolo. Saldature a incastro riempiono uno spazio preparato (arrotondamento) tra due pezzi in una giunzione a spigolo.
Simboli di saldatura su disegni tecnici dicono al saldatore esattamente quale tipo di saldatura fare, la sua dimensione, lunghezza e posizione. Il simbolo di base si trova su una linea di riferimento con una freccia che punta verso la giunzione. Lo simbolo del tipo di saldatura va sulla linea di riferimento: sotto la linea significa saldare dal lato della freccia, sopra la linea significa saldare dall'altro lato.
Leggere il lavoro
Un ingegnere strutturale ti manda un disegno per una tavola in acciaio. Quattro gambe in tubo quadrato devono essere saldate a una lastra piana superiore. Le giunzioni dove le gambe incontrano l'alto della lastra sopporteranno tutto il peso di qualsiasi cosa posta sulla tavola.
Pericoli del saldatura e protezione
I non negoziabili
Il saldatura produce pericoli che possono causare infortuni permanenti o mortali. La sicurezza non è opzionale: è la prima abilità che ogni saldatore professionista padroneggia.
Luce UV e infrarosso: L'arco emette una luce ultravioletta intensa che causa l'arco occhi (fotokeratite), che fa sentire la sabbia negli occhi e può causare cecità temporanea. L'esposizione prolungata causa bruciature cutanee simili a gravi scottature solari. È obbligatorio un casco da saldatura con lenti di corretto schermo (schermo 10-13 per la saldatura all'arco). Gli elmetti autoscurenti passano da una luce leggera a una di saldatura in millisecondi quando l'arco colpisce.
Fumi e ventilazione: La saldatura vaporizza metalli, ossidi di alluminio e rivestimenti, producendo fumi che contengono composti tossici come manganese, cromo, zinco e altri. L'acciaio zincato (rivestito di zinco) produce fumi di ossido di zinco che causano la febbre da fumi metallici, simptomi simili al raffreddore che colpiscono ore dopo l'esposizione. I fumi di acciaio inossidabile contengono il cromo esavalente, un noto carcinogeno. È richiesta una adeguata ventilazione, estrazione dei fumi o un respiratore.
Pericoli elettrici: Le macchine per la saldatura trasmettono correnti elevate a tensioni relativamente basse, ma la tensione di apertura di circuito (di solito 60-80 volt) può fornire una scossa letale in condizioni umide. Non saldare mai in acqua stagnante. Controlla i cavi e le connessioni per danni. Assicura sempre il pezzo di lavoro correttamente.
Incendi e ustioni: Scintille e metalli fusi viaggiano per 35 piedi. Rimuovi gli oggetti infiammabili. Indossa abbigliamento resistente al fuoco, guanti in pelle, stivali in pelle. È richiesta una guardia antincendio quando si salda vicino a materiali combustibili.
Riepilogo PPE: casco da saldatura (corretto schermo), occhiali di sicurezza sotto il casco, guanti in pelle, giacca e maniche resistente al fuoco, stivali in pelle, protezione auricolare in spazi chiusi e respiratore quando la ventilazione non è sufficiente.
Decisioni di sicurezza
Arrivi in un sito di lavoro per saldare una riparazione su una ringhiera in acciaio all'interno di una piccola stanza meccanica. La stanza non ha finestre e una sola porta. Ci sono scatole di cartone e stracci inzuppati di olio conservati nell'angolo, a circa 10 piedi dalla posizione della saldatura. Il pavimento ha delle pozze d'acqua provenienti da una recente fessura del tubo.
Dove porta la carriera di saldatura
Carriere di saldatura e certificazione
La saldatura non è una sola carriera: è una piattaforma che apre porte a decine di specializzazioni, molte delle quali sono pagate bene e sono in costante domanda.
Saldatore di tubi per oleodotti/gas: Unisce sezioni di oleodotti, gasdotti e acquedotti nel campo. Di solito utilizza la saldatura a spillo o in discesa su tubi in acciaio carbonio. I saldatori di oleodotti viaggiano costantemente e percepiscono un salario premium. Un saldatore esperto di oleodotti può guadagnare oltre 100.000 dollari l'anno.
Saldatore subacqueo (saldatore iperbarico): Saldatore subacqueo su piattaforme offshore, carene di navi e infrastrutture sottomarine. Combina la certificazione di subacqueo con le abilità di saldatura. Una delle specializzazioni di saldatura meglio retribuite e più pericolose.
Saldatore aerospaziale: Saldatura TIG su leghe esotiche come titanio, Inconel e alluminio-litio per aeromobili e veicoli spaziali. Estremo precisione e standard di igiene. Ogni saldatura viene ispezionata e documentata.
Ferraio- saldatore strutturale: Saldatura di acciaio strutturale su edifici, ponti e macchinari pesanti. Di solito lavora a grandi altezze su connessioni di travi.
Certificazione: La American Welding Society (AWS) amministra i test di qualificazione del saldatore. Il test di qualificazione più comune è il codice di saldatura strutturale AWS D1.1. Passare un test di certificazione significa aver saldato un pezzo di prova che è stato piegato o esaminato con raggi X e ha superato l'ispezione. Le certificazioni sono specifiche per processo, posizione e materiale, quindi una certificazione per MIG su piattaforma non copre la TIG su tubo.
Iniziare: I programmi di college community di saldatura (da 6 mesi a 2 anni), i programmi di scuola professionale e gli apprendistati sindacali (tipicamente 3-5 anni con formazione sul posto di lavoro pagata) sono i principali punti di accesso. Gli apprendistati combinano le lezioni di classe con la saldatura reale sotto un maestro.
Pianificazione del tuo percorso
Collega la saldatura al tuo futuro
Ora conosci i principali processi di saldatura, la fisica dell'arco, come sono progettati i giunti e la disciplina di sicurezza richiesta dal mestiere.