Imperfezioni e Difetti di Saldatura

Imperfezioni e Difetti di Saldatura

Le procedure d’indagine e le precauzioni di carattere generale tipiche della failure analysis si applicano normalmente alla diagnosi dei difetti dei prodotti saldati. Per esempio per la macrografia si dovrebbero evitare attacchi troppo spinti, talvolta usati per meglio contrastare alcune peculiarità della macrostruttura del giunto saldato, perché non rivelano alcuna caratteristica addizionale e potrebbero generare l’illusione della presenza di porosità. Meglio si lucida la sezione, più debole può essere l’attacco macrografico e più nitida e risolta appare la macrostruttura del giunto.

È noto che un giunto saldato ha la particolare caratteristica d’unire permanentemente due parti solide, tramite temporanea fusione di bordi, realizzando un insieme monolitico ovvero senza soluzione di continuità. Se tale continuità è imperfetta esiste almeno una discontinuità, che nei casi gravi e solo quando potrebbe compromettere l’idoneità all’uso della costruzione saldata è definibile difetto di saldatura nel senso più proprio del termine. Negli altri casi si definisce imperfezione.

Può capitare che un danneggiamento avvenga dopo un certo periodo d’esercizio, non sempre per un difetto di saldatura, ma piuttosto per altre cause. Trovare le vere cause del danneggiamento è il difficile compito del diagnosta, che dovrà valutare oltre alle discontinuità delle saldature anche le condizioni d’esercizio che possono generare difetti quali:

  • cricche d’attacco corrosivo, di tensocorrosione o di fatica;
  • cavità o incisioni superficiali da corrosione o da danneggiamento meccanico;
  • alterazioni strutturali dovute a trattamenti termici non corretti o a condizioni termiche d’esercizio non adatte ai materiali scelti, come l’ingrossamento del grano, la precipitazione di fasi che infragiliscono il metallo e talvolta fanno diminuire anche la resistenza meccanica e/o la resistenza alla corrosione del materiale;
  • variazioni di composizione chimica superficiale, come la carburazione o la decarburazione;
  • assorbimento d’idrogeno e conseguente infragilimento.

I difetti di saldatura sono discontinuità che si generano durante l’esecuzione del giunto saldato o immediatamente dopo il suo completamento e che sono inaccettabili per l’uso previsto della struttura saldata o sono la causa del danneggiamento in esercizio.

DIFETTI DI SALDATURA

Lo schema di figura 1 riassume le discontinuità e i difetti tipici dei giunti saldati:

Figura 1. Schema dei difetti e delle discontinuità nei giunti saldati.

Possono essere suddivisi in due gruppi:

  • le discontinuità rilevate durante i controlli non distruttivi o le prove meccaniche, non accettabili e oggetto di scarto o di necessaria riparazione della struttura saldata;
  • le discontinuità sfuggite ai controlli d’accettazione o giudicate accettabili, ma che sono la causa del danneggiamento in servizio e possono favorire la frattura, la corrosione e la deformazione (distorsione).

Le cause di scarto durante l’ispezione possono riguardare difetti superficiali del giunto saldato, visibili anche con prove non distruttive (esame visivo VT, liquidi penetranti PT, o particelle magnetiche MT), o interni che si evidenziano con prove non distruttive (radiografia RT, ultrasuoni UT e fino a una certa profondità anche l’MT).

I difetti superficiali che possono decretare lo scarto del giunto saldato includono:

  • l’eccessivo disallineamento o slivellamento del giunto saldato (figura 2);

Figura 2. Esempio di giunto quasi frontale di piatti d’acciaio strutturale spessore 10 mm, con mancanza di penetrazione alla radice e slivellamento. Attacco HCl 1:1. 3,5 x.

  • l’eccessiva convessità del cordone di saldatura o sovrametallo;
  • l’eccessiva concavità del cordone di saldatura, il mancato riempimento e il sotto dimensionamento;
  • le accentuate incisioni marginali e sovrapposizioni nella zona termicamente alterata (ZTA) sotto cordone (figura 3);

Figura 3. Esempio di incisione marginale e di mancato riempimento di un cordone di saldatura d’angolo di un giunto per sovrapposizione di due piatti d’acciaio strutturale. Attacco HCl 1:1. 5 x circa.

  • le cricche a caldo o a freddo, longitudinali o trasversali e di cratere nel cordone di saldatura o nella ZTA (figura 4);

 

Figura 4. Identificazione delle cricche secondo la giacitura nella saldatura o nel metallo base.

  1. Cricca di cratere nel cordone di saldatura.
  2. Cricca trasversale nel cordone di saldatura.
  3. Cricca trasversale nella ZTA.
  4. Cricca longitudinale nel cordone di saldatura.
  5. Cricca nel metallo base al margine del cordone di saldatura.
  6.  Cricca nella ZTA verso il metallo base.
  7.  Cricca sotto cordone o sulla linea di fusione.
  8. Cricca alla radice del cordone di saldatura.
  9. Cricche al bordo nel cordone di saldatura.

 

  • le porosità da gas (figura 5);

 

Figura 5. Porosità allungate, definite tarli, in un cordone di saldatura a T. Sezione trasversale. 4 x circa.

  • i colpi d’arco;
  • gli spruzzi;
  • i difetti di rimozione del materiale all’apice del giunto saldato con supporto al rovescio per contenere il metallo liquido.

I difetti nel substrato o interni, oggetto di rifiuto della saldatura, includono:

  • cricche interne nella ZTA (zona termicamente alterata);
  • porosità da gas;
  • inclusioni di scoria, di ossidi e di tungsteno (da processo TIG o Tungsten Inert Gas);
  • fusione incompleta o incollatura e insufficiente penetrazione (figura 6);

Figura 6. Porosità, mancanza di riempimento, mancanza di penetrazione e fusione incompleta (incollatura) in una saldatura a T all’arco elettrico protetto con gas (GMAW – Gas Metal Arc Welding) di un tubo alla piastra di supporto, entrambi d’acciaio al carbonio. 2,5 x circa.

  • cricche di solidificazione e cricche di liquazione nel cordone di saldatura o zona fusa (ZF).

Anche le alterazioni microstrutturali o metallurgiche che fanno diminuire la resistenza a trazione, la duttilità e/o la tenacità di un giunto saldato, sebbene integro, sono cause di rifiuto della saldatura e possono essere considerati difetti di saldatura.

Molti difetti che si manifestano nelle strutture saldate durante l’esercizio e simili a quelli di ogni altro componente strutturale (alberi, cuscinetti, ingranaggi, sistemi di fissaggio, caldaie e scambiatori di calore, recipienti a pressione, ecc.) dipendono dalle condizioni operative e/o ambientali e dalla natura e intensità del carico applicato, cioè possono dipendere da:

  • sovraccarico con frattura fragile;
  • sovraccarico con frattura duttile;
  • collasso plastico;
  • deformazione a compressione;
  • fatica;
  • corrosione fatica;
  • corrosione;
  • tensocorrosione;
  • fragilità indotta da idrogeno;
  • deformazione e frattura per scorrimento viscoso, se il componente o la struttura lavorano ad alta temperatura.

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