Elementi fondamentali di saldatura

In questo nuovo articolo di Inforedil Accademia parliamo di saldatura. Abbiamo voluto riassumere gli elementi fondamentali e i metodi principali di questa tecnica che, fra i tanti sistemi di giunzione tra materiali metallici e non metallici, rappresenta una delle più rapide, economiche, efficaci e affidabili nel tempo.

La flessibilità di impiego ne ha fatto una tecnologia difficilmente sostituibile, anche nel prossimo futuro, in innumerevoli settori produttivi, portando con sé inevitabilmente una serie di rischi per la sicurezza e la salute dell’operatore.

L’ultima parte di questo articolo è infatti dedicata alle misure di prevenzione e protezione affinché si possa consentire un totale controllo dei rischi a carico degli operatori.

Saldatura: generalità e terminologia

La saldatura è quella tecnica di giunzione che realizza l’unione permanente di due pezzi metallici sotto l’azione del calore, con o senza apporto di materiale chiamato metallo d’apporto.

Il metallo d’apporto viene distribuito allo stato fuso tra i lembi opportunamente preparati (cianfrinatura) dei pezzi da collegare.

I lembi, o bordi, sono le superfici che in tutta la loro lunghezza sono interessate nella saldatura dei pezzi; la loro preparazione è eseguita dando la forma geometrica più opportuna, in funzione soprattutto dello spessore da saldare, per facilitare l’esecuzione della saldatura.

Il materiale dei pezzi da collegare si chiama materiale base, mentre il bagno di fusione è la parte di metallo che durante la fusione si trova allo stato liquido.

Il cordone di saldatura

Il cordone di saldatura è costituito da tutto il metallo, sia di base sia d’apporto, solidificati per raffreddamento dopo essere stati fusi nella saldatura.

Il cordone di saldatura è l’elemento essenziale del giunto saldato e la sua deposizione determina la tecnica di saldatura vera e propria. In base alla posizione del cordone di saldatura si distinguono le seguenti posizioni di saldatura:

Il risultato dell’operazione di saldatura si chiama giunto saldato. In base alla posizione relativa dei pezzi da saldare si distinguono le seguenti tipologie di giunto:

La saldabilità

L’attitudine dei metalli a saldarsi è detta saldabilità: un materiale ha buone proprietà di saldabilità quando un suo pezzo, prima rotto e successivamente saldato, conserva lungo il giunto saldato caratteristiche meccaniche non inferiori a quelle precedenti la rottura.

 La saldabilità è condizionata dai seguenti elementi:

• temperatura di fusione del metallo base;
• temperatura di fusione e massa volumica degli ossidi del metallo base e del metallo d’apporto;
• conducibilità termica del metallo base;
• conducibilità elettrica (nel caso di saldatura elettrica);
• trasformazioni strutturali. 

Un materiale metallico (metallo base) è saldabile se:

•  la temperatura di fusione del suo ossido è minore di quella del metallo base;
• la massa volumica dell’ossido è minore di quella del metallo fuso in modo che galleggi.

 Se non sussistono queste condizioni bisogna ricorrere a polveri disossidanti con le seguenti proprietà:

• massa volumica minore di quella del metallo fuso;
• temperatura di fusione minore di circa 100 °C di quella del metallo base;
• capacità di sciogliere l’ossido del bagno.

Procedure di saldatura

Tra le procedure di saldatura, distinguiamo tra due grandi tipologie:

1. saldatura autogena;
2. saldatura eterogena.

Saldatura autogena

Si ha la saldatura autogena quando il metallo base prende parte, fondendo, alla formazione del giunto; il metallo d’apporto può non esserci a secondo del procedimento e dello spessore. Si tratta di un tipo di saldatura estremamente versatile che può essere utilizzata su tantissimi materiali e diverse tipologie di giunzione.

È comunque sconsigliata nell’unione di giunti a T nel caso in cui non si usi materiale d’apporto poichè, proprio l’assenza di questo materiale conferisce meno resistenza alla giunzione.

A seconda dello stato fisico in cui si trovano i pezzi al momento della loro unione si hanno:

• saldature per fusione: quando i pezzi vengono uniti allo stato liquido. In base a come viene prodotto il calore necessario per portare a fusione il metallo si distinguono saldature a gas o ad arco;
• saldature a pressione: quando i pezzi vengono collegati non allo stato fuso, ma quando si trovano in uno stato pastoso. Tale stato viene raggiunto, generalmente, per effetto Joule, dal passaggio di una corrente elettrica.

Saldatura eterogena

Parliamo di saldatura eterogena quando il metallo base non prende parte alla formazione del giunto. Il cordone di saldatura è formato dal solo metallo d’apporto, sempre presente, diverso dal metallo base e con temperatura di fusione inferiore.

 A seconda di come avviene la formazione del cordone di saldatura si hanno:

• saldobrasature quando i lembi dei pezzi vengono preparati con cianfrinature. Il metallo d’apporto fondendo riempie il cianfrino costituendo il cordone di saldatura;
• brasature quando i pezzi da saldare sono semplicemente appoggiati l’uno sull’altro: lo spazio capillare che rimane tra i due viene riempito dal metallo d’apporto fuso. In questo caso il giunto è costituito da uno strato sottilissimo di metallo d’apporto che ha formato una lega col metallo base;

 La scelta di un procedimento di saldatura rispetto ad un altro dipende da molti fattori e deve effettuarsi tenendo conto del tipo di lega da saldare, dello spessore delle parti, della posizione di saldatura, dal tipo di produzione (in serie o no), delle attrezzature disponibili in officina.

Nota: le saldature autogene con gas, ad arco elettrico, per punti , a rullo, per scintillio, e quelle eterogene come le saldobrasature e le brasature dolci e forti saranno approfondite in un altro articolo.

 

Rischi e protezione

Come sai, i lavoratori coinvolti in attività di saldatura sono potenzialmente esposti a diverse problematiche che impattano sulla sicurezza e sulla salute.

Secondo numerosi studi, le principali problematiche che investono la salute e la sicurezza dell’operatore possono essere riassunte ai fini pratici, anche se in un modo non completamente rigoroso, nelle seguenti macrofamiglie:

• inalazione e ingestione di sostanze tossiche (da fumi, vapori, gas);

• contatto della pelle e degli occhi con fumi, vapori, gas;

• tagli, abrasioni (superficiali e profonde) e schiacciamenti interessanti diverse parti del corpo inclusi gli occhi (da contatto con utensili, pezzi in lavorazione, proiezione di schegge, ecc.);

• ustioni alla pelle (da contatto con materiali ad alta temperatura e proiezione di materiale fuso);

• esposizione al rumore (prodotto dalle attrezzature di lavoro e d’ambiente);

• elettrocuzione (da contatto con corrente elettrica);

• esposizione a radiazioni ionizzanti (generate da alcuni materiali d’apporto o da particolari tecnologie);

• esposizione a radiazioni luminose (luce visibile, UV e IR prodotte dall’arco elettrico);

• esposizione a campi elettromagnetici (prodotti dalla corrente elettrica);

• posture scorrette (dovute alla forma del pezzo in lavorazione o al suo posizionamento nell’ambiente di lavoro);

• esposizione a vibrazioni (prodotte da utensili di lavoro);

• movimenti ripetitivi (originati dalla particolare procedura operativa);

• stress termico (da irraggiamento dovuto al processo e da caldo e freddo estremi nell’ambiente di lavoro).

La crescente sensibilità degli ultimi anni, nei riguardi della sicurezza dei lavoratori, ha permesso una drastica diminuzione degli incidenti e delle malattie professionali.

Il Testo Unico sulla salute e la sicurezza nei luoghi di lavoro

Il Decreto legislativo n. 81 del 2008, detto anche “Testo Unico sulla salute e sulla sicurezza sul lavoro”, regola la tutela della salute e della sicurezza dei lavoratori sui luoghi di lavoro; esso è il risultato di un serie di norme in materia di sicurezza che si sono, di volta in volta, susseguite nel tempo. 

In particolare:
– individua i soggetti responsabili della sicurezza degli ambienti di lavoro e dei lavoratori;
– descrive le misure gestionali e degli adeguamenti tecnici necessari per ridurre i rischi per i lavoratori;
– specifica le sanzioni in caso di inadempienza. 

Uno degli aspetti più importanti di questo Testo Unico è il Documento di Valutazione dei Rischi (DVR), ossia il documento che il Datore di Lavoro deve redigere per valutare tutti i rischi a cui sono soggetti i lavoratori che operano nella sua azienda.

Dispositivi Protezione Individuale (DPI) per saldatura

Ora che abbiamo esaminato i rischi per la salute dell’operatore, passiamo adesso a un’analisi dei dispositivi di protezione individuale (DPI) per saldatura, previsti dalla normativa di riferimento appena citata. 

Protezione per gli occhi

Tra i dispositivi di protezione individuale più importanti per un saldatore, ci sono sicuramente gli occhiali. Gli occhiali da saldatore con lenti oscurate e intercambiabili danno protezione da scintille, schizzi e radiazioni. 

Protezione per il viso

Per proteggere tutto il volto invece conviene ricorrere a schermi o maschere pieno facciale con vetrini intercambiabili. È buona norma indossare sempre una mascherina per evitare di inalare fumi e gas tossici che si formano durante la saldatura.

Guanti da saldatura

Dopo occhi e viso, le mani sono di certo un’altra parte del corpo a rischio nella saldatura (in quanto vicine alla fonte di calore). I guanti da saldatore sono realizzati in crosta bovina (o cuoio) per essere resistenti al calore e al contatto diretto con la fiamma o con scintille.

I guanti non servono solo a proteggerci dalle scorie infuocate della saldatura ma anche dai rischi legati a eventuali scosse elettriche.

Scarpe antinfortunistica

Altri DPI per saldatura immancabili sono le calzature, utili contro rischi meccanici e rischio elettrico. Per la saldatura sono indicate scarpe alte e stivali con suola antistatica, resistenza alle alte temperature e tomaia in pelle (o pelle fiore).

Casco da saldatore auto-oscurante

Il casco da saldatore auto-oscurante è un particolare dispositivo di protezione individuale progettato appositamente per chi opera nel campo della saldatura.

Quando la maschera viene attivata, i sensori presenti nella parte esterna captano la luce che viene prodotta dalla saldatrice. Di conseguenza, cominciano ad oscurare lentamente la pellicola.

Tale funzione permette alla maschera auto-oscurante per la saldatura di proteggere totalmente la tua vista.

Grembiule o giacca

Altro accessorio molto importante, il grembiule da saldatore (o la giacca) deve essere in materiale ignifugo e molto resistente per impedire alle scintille infuocate che zampillano davanti a noi mentre siamo impegnati a saldare, brucino i nostri vestiti, o peggio, la nostra pelle.

Questo DPI, inoltre, protegge i saldatori dalle radiazioni che si propagano in fase di saldatura.

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