I processi di saldatura ad arco elettrico con gas di protezione sono ampiamente utilizzati nella fabbricazione metallica di strutture saldate. Nella saldatura MIG MAG l'arco si forma con trasferimento di metallo. A differenza della saldatura TIG, nel processo MIG MAG c’è un’elevata concentrazione di vapori metallici che forniscono la maggior parte delle particelle che trasportano corrente.

È la natura del gas di protezione utilizzato che differenzia se il processo è MIG (Metal Inert Gas) o MAG (Metal Active Gas). Quindi per la saldatura MIG si utilizzano solo gas inerti e miscele inerti perché generalmente la natura dei metalli da saldare in MIG non tollera la presenza di composti attivi (alluminio e leghe).

Scegliere il giusto gas di protezione in base all'applicazione del processo MIG evita di generare difetti di saldatura. Senza un'adeguata protezione del bagno di saldatura con gas, si verificano diverse imperfezioni di saldatura, come porosità, ossidazione superficiale… o una riduzione delle proprietà meccaniche del metallo fuso, con conseguenze significative sulla struttura saldata.

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Nella saldatura MIG, come in ogni processo di saldatura in atmosfera protetta, il gas di protezione protegge il bagno di saldatura dagli effetti dannosi dell'aria ambiente composta da ossigeno, azoto e umidità. Ciò può sembrare contraddittorio, poiché in alcuni casi l'ossigeno, l'idrogeno o l'azoto vengono aggiunti intenzionalmente al gas di protezione per migliorare la manovrabilità operativa, l'aspetto della saldatura o per ottenere specifiche caratteristiche metallurgiche. Tuttavia queste miscele di gas vengono utilizzate solo se il gas additivo non provoca effetti metallurgici negativi nel materiale.

Oltre al suo ruolo metallurgico, il gas deve anche avere le proprietà necessarie per creare condizioni ottimali per l'arco elettrico, come facilitare l'innesco dell'arco, essere facilmente ionizzato per ottenere un arco a bassa tensione, consentire la stabilità della radice dell'arco, contribuire al trasferimento di calore, influenzare il comportamento del bagno di saldatura (bagnabilità, fluidità)... il tutto garantendo un profilo di qualità per il cordone di saldatura.

La scelta del gas o della miscela di gas diventa quindi un parametro importante, poiché la sua azione influenza le prestazioni ottenute a seconda del processo implementato. È necessario quindi tenere conto della compatibilità metallurgica di un tipo di gas con i materiali da unire, dell'effetto di un componente sul comportamento dell'arco, dell'impatto ambientale sul saldatore, senza trascurare il costo del prodotto finito.

I gas utilizzati nella saldatura MIG sono quindi gas inerti, gas monoatomici: argon, elio e miscele; indipendentemente dal contenuto, non vi è alcuna reazione con il metallo fuso. Con un gas inerte non vi è praticamente alcuna reazione con il bagno di saldatura, a differenza dell'utilizzo di un gas attivo che partecipa direttamente all'azione di saldatura. Tuttavia, la particolarità della saldatura MIG è che il gas influenza le condizioni favorevoli per ottenere un regime di trasferimento del metallo nell'arco, nonché il valore del campo di lavoro.

Nel processo MIG il gas inerte serve a proteggere alcuni elementi della saldatura; l'elettrodo a filo, l'arco, il bagno di fusione e gli elementi circostanti il ​​materiale base sono protetti dalla contaminazione atmosferica.

Pertanto, l'argon (Ar) è l'unico gas inerte che si adatta praticamente a tutte le applicazioni di saldatura. Ottenuta per distillazione frazionata dell'atmosfera, la sostanza offre un facile innesco dell'arco e una stabilità dell'arco abbastanza buona. Tuttavia è bene sapere che una miscela di argon e anidride carbonica nonché ossigeno puro o anidride carbonica pura reagisce con un bagno di saldatura liquido.

D'altra parte, l'elio (He) è un gas inerte abbastanza raro che proviene dal sottosuolo. Offre il vantaggio di una migliore penetrazione con minore stabilità dell'arco. Viene più comunemente utilizzato su materiali ad elevata conducibilità termica e su grossi spessori. Più leggero dell'aria, anche l'elio deve essere utilizzato in grandi quantità per un'adeguata schermatura. A differenza dell'argon, l'elio non contribuisce all'arricchimento di ossigeno o alla qualità del legame chimico della saldatura, ma aumenta la velocità di saldatura. Inoltre, l'elio garantisce una penetrazione molto migliore sui fianchi. È per questi motivi che per la saldatura MIG o TIG viene spesso utilizzato l'elio o una miscela di elio/argon.

Ciò che differenzia fondamentalmente l'argon dall'elio è la conduttività termica dell'arco e il potenziale di ionizzazione. La conducibilità termica riflette il trasferimento di calore che avviene dal centro verso l'esterno della colonna dell'arco, e di conseguenza l'asse centrale dell'arco, che è la parte più calda. L'argon ha una bassa conduttività termica e fornisce un'elevata densità di energia nella zona interna dell'arco. L'elio produce un plasma ad arco più conduttivo e genera una distribuzione del calore più uniforme.

Inoltre l'argon, essendo piuttosto pesante, può formare uno strato di copertura sul bagno di saldatura. L'elio, invece, essendo più leggero, tende a salire in vortici attorno all'ugello. È per questo motivo che la portata dell'elio deve essere superiore a quella dell'argon.

È quindi importante differenziare chiaramente il comportamento di questi gas inerti nella saldatura e tenere conto delle loro proprietà fisiche riassunte nella tabella seguente.

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