Le tecniche di unione adottabili con gli inox sono molteplici, sia nell’ambito delle giunzioni fisse che delle giunzioni smontabili.

Iniziamo a prendere in considerazione, come esempio tipico di giunzioni fisse, le

SALDATURE

• SALDATURA AD ELETTRODO – È il sistema più diffuso per componenti di spessore oltre 1,5÷2 mm. I rivestimenti più usati sono il rutile (bagni più scorrevoli e cordoni lisci con buone caratteristiche estetiche) e il basico (meno scorrevole, con cordoni meno lisci, ma con buone caratteristiche meccaniche).
  È necessario naturalmente prevedere un materiale d’apporto dello stesso tipo del materiale di base e decapare il cordone di saldatura meccanicamente (con spazzole inox o materiale inerte) o chimicamente (mediante paste).

• SALDATURA TIG – Con protezione in gas inerte (letteralmente “Tungsten Inert Gas”), consente ottime saldature dal punto di vista meccanico ed estetico, sia su spessori sottili che su spessori elevati.
  La zona dell’arco ed il bagno sono protetti con un’opportuna atmosfera inerte (argon e idrogeno), pertanto non è necessario ricorrere, dopo la saldatura, a decapaggio né meccanico né chimico.
  Il procedimento TIG è molto usato con gli acciai inossidabili sia nella versione manuale che in quella automatica. Si può saldare anche senza materiale d’apporto, per semplice fusione dei lembi. In tal caso è considerato come spessore limite superiore, 1,5 mm circa. La gamma di spessori di solito consigliata per le saldature in TIG si estende da 0,5 a 6 mm; fino ad uno spessore di 3 mm circa la saldatura può essere condotta sulle lamiere a lembi retti, senza cianfrinatura. Per spessori superiori è necessario smussare i lembi a V.

• SALDATURA MIG – Significa “Metal Inert Gas” e, a differenza del TIG, è sempre effettuata con metallo d’apporto e il bagno di saldatura è sempre protetto da gas inerte per evitare la formazione di ossidi.
  Il range di spessori saldabili varia a 0,5 mm a 15 mm circa; per spessori superiori può essere più vantaggioso il sistema ad arco sommerso.
  Rispetto al TIG, il MIG consente un tasso di deposito più elevato ed è quindi consigliabile per riempimenti e soprattutto per l’esecuzione di cordoni in angolo.

• SALDATURA AL PLASMA – Si basa sull’utilizzo di gas ionizzato che, inviato sul materiale, crea lo sfondamento (foro) dello stesso in corrispondenza della vena di plasma emessa dalla torcia (tecnica del “keyhole” o “buco di chiave”). La torcia viene quindi fatta avanzare ed il foro si chiude subito dopo il passaggio della vena di plasma; questo per effetto della tensione superficiale del metallo fuso. Il tutto avviene sempre sotto protezione gassosa: di solito si usa un gas di protezione che è costituito da miscele di argon e di idrogeno.
  Questo procedimento consente di realizzare un cordone molto ristretto con una zona termicamente alterata limitata, dato che il riscaldamento del materiale è molto localizzato.
  Oltre alle ottime caratteristiche di saldatura, si può avere una gamma di spessori saldabili molto ampia, orientativamente da 3 a 10 mm, a lembi retti, senza necessità di smusso.

• SALDATURA AD ARCO SOMMERSO – Viene utilizzata per saldare membrature di grosso spessore; la zona dell’arco è “sommersa” da un flusso granulare o polverulento che viene erogato da una tramoggia, in modo tale da mantenere l’arco fuori dal contatto dell’aria, proteggendo il bagno di fusione dall’ossidazione e dagli inquinamenti. Questa tecnica di saldatura permette di ottenere giunti di ottima qualità e con buone velocità di esecuzione, specie se il giunto è accessibile da entrambi i lati e si può operare anche sul rovescio. In tali condizioni si possono eseguire saldature su spessori da 7 a 15 mm, con una passata al diritto e una al rovescio con bordi diritti e accostati. Per spessori più rilevanti, fino a 40÷50 mm, è opportuno ricorrere a una preparazione dei bordi a V per gli spessori inferiori e a doppio Y con spalla di 5÷15 mm per gli spessori superiori.

• SALDATURA AL LASER – Questa tecnica consente senz’altro notevoli vantaggi dal punto di vista della bontà del giunto saldato e della velocità di esecuzione. In particolare si possono ottenere dei cordoni estremamente stretti, con zone termicamente alterate molto limitate. Inoltre, si ha assenza di contatto tra pezzo ed elettrodo e assenza di materiale d’apporto. I vantaggi sono quindi molti, specie quando si ha necessità di automatizzare la saldatura e limitare al massimo i ritiri o le distorsioni del giunto. Per contro, le sorgenti laser per saldatura, hanno attualmente dei costi certamente molto elevati rispetto ad altre tecniche come il TIG, il MIG, il plasma, ecc. Solamente una produzione di elevata serie, ove si richiedono caratteristiche qualitative e di ripetitività del giunto particolari, giustifica oggi una tecnica di giunzione laser. Con questo sistema di unione normalmente si agisce su spessori da 0,5 a 6 mm.

• SALDATURA A RESISTENZA – Gli acciai inox ben si adattano a qualsiasi tipo di saldatura a resistenza, specie quelli della serie ferritica, dato il basso valore di resistività specifica del materiale. La saldatura a resistenza adottata per gli acciai inossidabili è riconducibile a quattro differenti tecniche:

• • saldatura a punti per sovrapposizione;
  • saldatura a rilievi per sovrapposizione;
  • saldatura a rulli per sovrapposizione;
  • saldatura di testa per scintillio.

Le tecniche seguite sono quelle normali riferibili agli acciai al carbonio; per gli inossidabili sono da tenere presente solo alcuni accorgimenti; nella saldatura a punti per sovrapposizione, ad esempio, è necessario che

• • la pressione sugli elettrodi sia elevata;
  • l’intensità di corrente di saldatura sia elevata;
  • il tempo di saldatura sia limitato.

Nell’ambito delle unioni fisse eseguite su acciai inossidabili, è da citare anche la giunzione effettuata tramite

BRASATURA

Con questa operazione, detta anche “brasatura capillare”, è possibile infatti realizzare giunti con metalli d’apporto aventi intervalli di fusione inferiori rispetto al metallo di base. Esistono due tipi di brasatura, quella dolce e quella forte.

• BRASATURA DOLCE – È eseguita con leghe fondenti a temperature inferiori a 400 °C. La lega più utilizzata è quella al 50% di stagno ed al 50% di piombo, impiegata ad esempio nel settore della lattoneria. In questo caso è opportuno utilizzare acido ortofosforico quale flusso disossidante.

• BRASATURA FORTE – È invece eseguita con leghe che presentano un intervallo di fusione superiore ai 400 °C, leghe a base di rame, argento-rame, nichel-cromo. I flussi sono di solito allo stato di polveri che possono essere miscelate per creare un elemento pastoso. Questi sono costituiti da borati, borace, acido borico.

RIVETTATURA E CHIODATURA

Per le unioni fisse, sono da citare anche le tecniche che prevedono organi di collegamento quali rivetti, ribattini, chiodi, ecc. Per queste giunzioni è necessario prevedere degli elementi di collegamento in acciaio inossidabile o, comunque, di un materiale tale da avere compatibilità con gli acciai inox da unire (per esempio monel, ecc.). Questo per evitare che si sviluppino fenomeni di corrosione galvanica ai danni dell’elemento meno nobile.

VITERIA E BULLONERIA

Per tutte le unioni effettuate con elementi smontabili è necessario tenere conto, come accennato anche per la rivettatura e la chiodatura, della compatibilità galvanica degli elementi.

Considerando tra i sistemi di unione quello più comune, a mezzo viti, c’è da tenere presente che l’organo di unione è in generale di limitate dimensioni superficiali rispetto a quelle degli elementi da collegare; pertanto, se gli organi da unire sono di acciaio inossidabile, la vite, ed eventualmente il dado, devono essere sempre di inox, per evitare corrosione di tipo galvanico.

Se l’elemento di collegamento è di materiale diverso, è possibile scongiurare l’innesco di corrosione galvanica, interponendo tra i due metalli del materiale inerte (gomma, teflon, ecc.), in modo da interrompere la continuità metallica.

Qualora la giunzione si trovi in ambienti fortemente aggressivi, è necessario, durante il montaggio, serrare molto bene vite e dado, in modo da evitare che si creino delle zone di interstizio o intercapedini che potrebbero essere sedi per l’innesco di fenomeni corrosivi.

La viteria inox è, per la maggior parte, ottenuta per stampaggio a freddo (rullatura) , in casi particolari però si possono anche ottenere organi di giunzione mediante tornitura: è consigliabile, in questo caso, servirsi di materiali a lavorabilità migliorata.

Gli acciai inossidabili per bulloneria sono identificabili con specifiche sigle atte ad individuare il gruppo e la qualità dei diversi materiali.

Per la schematizzazione di questo tipo di identificazione ci si riferisce alla norma UNI 7323, Parte 8a del 1980 (“bulloneria con caratteristiche particolari – prescrizioni tecniche – bullonerie di acciaio inossidabile resistente alla corrosione”). Tale norma definisce un sistema di designazione con una lettera e tre cifre, che rappresentano il tipo di acciaio impiegato e le caratteristiche meccaniche della bulloneria.

Le simbologie sono rappresentate nella tabella 4.

Tabella 4 – Identificazione di acciai inossidabili per bulloneria (UNI 7323 – Parte 8a), con la qualità e le diverse classi di resistenza.

INCOLLAGGIO

L’argomento delle unioni fisse può essere concluso presentando la tecnica dell’incollaggio che prevede l’adozione di adesivi strutturali con i quali possono essere raggiunti ottimi risultati dal punto di vista della resistenza meccanica della giunzione.

Questo sistema presenta certamente notevoli vantaggi rispetto ai sistemi di unione tradizionali:

• possibilità di unire l’acciaio inox con altri metalli meno nobili;
• possibilità di mantenere inalterato l’aspetto superficiale del metallo;
• sigillatura dell’interstizio, in modo da evitare corrosioni interstiziali;
• possibilità di mantenere inalterata la struttura metallografica degli inox, non facendo subire alterazioni termiche elevate per la giunzione.

D’altro canto, però, questa tecnica di unione presenta alcuni limiti:

• impossibilità di effettuare giunzioni sottoposte a carichi termici troppo elevati;
• necessità di prevedere adeguate preparazioni superficiali e opportuni tempi di presa;
• necessità di disegnare il giunto in modo adeguato al tipo di sollecitazione.

Per ottenere delle buone caratteristiche prestazionali del giunto incollato occorre tenere presente alcuni punti:

1. preparazione superficiale;
2. disegno del giunto;
3. tipo di adesivo.

Preparazione superficiale

Si devono creare le condizioni ottimali affinché l’adesivo “bagni” convenientemente le superfici di acciaio inossidabile. Per far ciò è necessario “attivare” la superficie del metallo o chimicamente (per esempio, con acido ossalico o acido solforico), oppure meccanicamente a mezzo abrasivo inerte (allumina o corindone).

Dopo la preparazione è necessario applicare l’adesivo in tempi brevi, per evitare che l’acciaio inox si ripassivi.

Disegno del giunto

Non è pensabile che un giunto, progettato per essere rivettato o saldato, possa indifferentemente essere incollato. È necessario infatti che una giunzione con adesivi venga sollecitata essenzialmente a trazione pura o a taglio, evitando carichi o sollecitazioni concentrate che agiscono nel senso di favorire spaccature o spellature.

Tipo di adesivo

I tipi di adesivi strutturali maggiormente utilizzati, per lo più a base di resine sintetiche, sono raggruppati in Tabella 5.

Come si può notare, essi possono essere mono o bi-componenti e presentarsi sotto diversi stati di aggregazione: liquido, solido o pastoso. Gli adesivi possono inoltre essere costituiti da una resina termoplastica o termoindurente, a seconda che perda consistenza o si indurisca con la temperatura.

Pertanto, se in servizio occorrerà una resistenza ai carichi termici, si adotteranno resine termoindurenti, mentre, in assenza di temperature elevate, si utilizzeranno le termoplastiche.

In tabella 5 è riportato anche il meccanismo di incollaggio e la presenza eventuale di solventi che permettono di ottenere gli adesivi sotto forma di liquidi, quindi più facilmente applicabili.

Tabella 5 – Alcuni tipi di adesivi strutturali per acciai inossidabili.