Quale gas per saldare il MIG?

I processi di saldatura ad arco elettrico sotto protezione gassosa sono molto utilizzati nella fabbricazione metallica di costruzioni saldate. Nella saldatura MIG MAG, l'arco avviene con trasferimento di metallo. Al contrario della saldatura TIG, vi è una grande concentrazione di vapori metallici che forniscono la maggior parte delle particelle portatrici di corrente nel processo MIG MAG.

È la natura del gas di protezione utilizzato a differenziare se il processo è MIG (Metal Inert Gas) o MAG (Metal Active Gas). Pertanto, per la saldatura MIG vengono impiegati solo gas e miscugli inerti, poiché generalmente la natura dei metalli da saldare in MIG non tollera la presenza di composti attivi (allumini e leghe).

Scegliere bene il gas di protezione in funzione dell'applicazione per il processo MIG evita di generare difetti di saldatura. In mancanza di un'adeguata protezione gassosa del bagno di fusione, si producono varie imperfezioni di saldatura, come porosità, ossidazioni in superficie… o anche un calo delle caratteristiche meccaniche del metallo fuso con conseguenze importanti sulla costruzione saldata….

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Un breve richiamo sulla saldatura MIG

Il processo MIG consente la realizzazione di una saldatura elettrica ad arco sotto protezione di gas inerte con elettrodo fusibile.

In questo tipo di saldatura, l'arco è stabilito tra un filo elettrodo e i pezzi da assemblare.

Una torcia guida il filo elettrodo che avanza automaticamente e dirige il getto di gas inerte (argon, elio…) sul bagno di fusione, proteggendolo così dall'ossidazione.

Il filo elettrodo fusibile si trova su una bobina che si svolge, mentre il gas, che ha la stessa funzione del rivestimento delle bacchette, è contenuto in bombole.

Questo processo detto omogeneo con metallo d'apporto sotto atmosfera neutra consente di saldare per punti o in continuo e può essere automatizzato.

Il ruolo del gas di protezione nella saldatura MIG

Nella saldatura MIG, e come in ogni processo di saldatura sotto atmosfera protettiva, il gas di protezione protegge il bagno di fusione dall'azione nociva dell'aria ambiente composta da ossigeno, azoto e umidità. Ciò può sembrare contraddittorio, poiché l'ossigeno, l'idrogeno o l'azoto vengono in alcuni casi aggiunti volontariamente al gas protettivo per migliorare la maneggevolezza operativa, l'aspetto della saldatura o per ricercare caratteristiche metallurgiche. Tuttavia, questi miscugli gassosi vengono utilizzati solo se il gas aggiunto non provoca effetti metallurgici negativi nel materiale.

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

La scelta del gas o miscuglio gassoso diventa così un parametro importante, poiché la sua azione influenza le prestazioni ottenute in funzione del processo adottato. È quindi opportuno tenere conto della compatibilità metallurgica di un tipo di gas in funzione dei materiali da assemblare, dell'azione di un componente sul comportamento dell'arco, dell'incidenza ambientale per il saldatore senza trascurare il costo del prodotto finito.

I gas utilizzati nella saldatura MIG sono quindi gas inerti, gas monoatomici: argon, elio e miscugli; qualunque sia la concentrazione, non vi è alcuna reazione con il metallo fuso. Con un gas inerte, non vi è per così dire alcuna reazione con il bagno di fusione, contrariamente all'utilizzo di un gas attivo che partecipa direttamente all'azione di saldatura. Tuttavia, la particolarità della saldatura MIG è che il gas influisce sulle condizioni favorevoli per l'ottenimento di un regime di trasferimento del metallo nell'arco, nonché sul valore della finestra di lavoro.

L'Argon e l'Elio, principali gas utilizzati nel processo MIG

Nel processo MIG, il gas inerte serve a proteggere alcuni degli elementi della saldatura: il filo-elettrodo, l'arco, il bagno di fusione e gli elementi che circondano il materiale di base sono al riparo dalla contaminazione atmosferica.

Così, l'argon (Ar) è l'unico dei gas inerti che si adatta alla quasi totalità delle applicazioni di saldatura. Ottenuta per distillazione frazionata dell'atmosfera, la sostanza offre un innesco facile e una stabilità dell'arco abbastanza buona. Tuttavia, è interessante sapere che un miscuglio argon e anidride carbonica, così come l'ossigeno o l'anidride carbonica pura, reagiscono con un bagno di fusione liquido.

Da parte sua, l'elio (He) è un gas inerte abbastanza raro che proviene dal sottosuolo. Offre il vantaggio di una migliore penetrazione a fronte di una minore stabilità dell'arco. Lo si utilizza più spesso su materiali ad elevata conducibilità termica e su grandi spessori. Più leggero dell'aria, l'elio deve essere utilizzato anche in grande quantità per una protezione adeguata. Contrariamente all'argon, l'elio non contribuisce né all'arricchimento in ossigeno né alla qualità del legame chimico della saldatura, ma aumenta la velocità di saldatura. Inoltre, l'elio garantisce una penetrazione notevolmente migliore sui fianchi. È per queste ragioni che si utilizza spesso l'elio o un miscuglio elio/argon per una saldatura MIG o anche TIG.

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

Inoltre, l'argon, abbastanza pesante, può formare uno strato coprente sopra il bagno di fusione. Al contrario, l'elio, più leggero, tende a salire in vortici attorno all'ugello. È per questa ragione che la portata dell'elio deve essere più elevata di quella dell'argon.

È opportuno quindi distinguere bene il comportamento di questi gas inerti nella saldatura e tenere conto delle loro proprietà fisiche riassunte nella tabella seguente.

GasSimboloNaturaOriginiPunto di ebollizioneMassa vol.DensitàLitro liq./m²Caratteristiche
Argon Ar Inerte Estratto dall'aria per liquefazione meno di 185 °C 1,69 kg/m3 1.38 0,83 Basso potenziale di ionizzazione
Elio He Inerte Di origine naturale meno di 269 °C 0,169 kg/m3 0.14 0,74 Alto potenziale di ionizzazione

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