Quali sono i più comuni difetti di saldatura? E quali sono gli elementi da tenere sotto controllo per risultati di qualità?

Nel precedente articolo “Saldature: i controlli di qualità e le certificazioni“, abbiamo esaminato le metodologie di controllo qualità per i giunti saldati (controllo indiretto e diretto), le relative prove e le certificazioni di qualità pertinenti. Nei prossimi paragrafi, approfondiremo i difetti di saldatura più comuni.

Per comprendere meglio tali difetti, è essenziale distinguere tre termini chiave:

  • Discontinuità: si tratta di un’irregolarità o mancanza di coesione o uniformità continua. Se una discontinuità è considerata un difetto dipende dalle tolleranze delle normative vigenti.
  • Difetto: è una discontinuità che supera i limiti consentiti dalle normative, compromettendo l’utilizzabilità del prodotto finale e richiedendo una riparazione.
  • Indicazione: termine spesso utilizzato nei test non distruttivi delle saldature, come radiografie e ultrasuoni, per indicare un’anomalia riscontrata durante l’esame. Analogamente alla discontinuità, un’indicazione può o meno costituire un difetto che richiede riparazione.

Inoltre, è importante considerare che ci sono tre elementi chiave che determinano le proprietà finali di una saldatura:

  • Imperfezioni operative: legate alle competenze del saldatore o dell’operatore di saldatura, considerando il tipo di giunto (materiale, geometria) e la posizione di saldatura.
  • Imperfezioni metallurgiche: legate alla metallurgia della saldatura; dipendono direttamente dai parametri di saldatura in relazione al tipo di giunto saldato (materiale, geometria).
  • Caratteristiche meccaniche: il giunto saldato deve soddisfare specifici requisiti di resistenza, durezza, tenacità, ecc.

Questi aspetti richiedono un adeguato controllo indiretto, che include la qualifica dei processi di saldatura e la certificazione dei saldatori e degli operatori di saldatura.

Quali sono i difetti di saldatura

Vediamo nel dettaglio i più comuni difetti di saldatura.

1. Penetrazione incompleta

La penetrazione incompleta si verifica quando il materiale fuso non riesce a penetrare completamente attraverso l’intero spessore delle parti da unire, lasciando una porzione del giunto originale non saldata.

Solitamente, si manifesta come una discrepanza tra la penetrazione desiderata dal progettista (detta nominale) e quella effettivamente ottenuta. Questo difetto può derivare da diversi fattori, come una preparazione inadeguata dei bordi da saldare (ad esempio, angolo di apertura del cianfrino troppo stretto, spalla eccessiva, distanza tra i bordi insufficiente o slivellamento), una scarsa ripresa del processo di saldatura, o dall’abilità del saldatore, soprattutto nei processi di saldatura non automatici. Generalmente, il difetto è concentrato sulla punta della saldatura, sia in giunti a testa a testa, a T, o a cordone d’angolo.

Anche se talvolta alcune specifiche consentono una piccola quantità di penetrazione incompleta, di solito non è raccomandata poiché potrebbe compromettere l’integrità della saldatura.

2. Mancanza di fusione 

La mancanza di fusione si verifica quando la saldatura non si fonde completamente con il metallo di base o con altre passate di saldatura. Nella maggior parte delle normative di saldatura, la mancanza di fusione non è tollerata e richiede quasi sempre una riparazione.

Generalmente, essa si verifica a causa di parametri elettrici non corretti, come una corrente troppo bassa, una velocità di saldatura eccessivamente elevata, una tecnica operativa inadeguata o una preparazione dei bordi non adeguata. Queste imperfezioni sono pericolose poiché la loro geometria bidimensionale può intensificare localmente gli sforzi, creando un effetto di intaglio.

Quando si parla di mancanza di fusione o incollatura ci si riferisce a una mancanza di collegamento tra il metallo depositato e il metallo di base, o tra strati adiacenti di metallo depositato. Questo difetto è comune negli acciai al carbonio o a bassa lega, specialmente nei processi come la saldatura MAG (con un apporto termico limitato), così come nei materiali con una buona conduzione del calore (leghe di alluminio e rame). A seconda della posizione dell’incollatura, possiamo distinguere tra mancanza di fusione laterale, mancanza di fusione tra passate, e mancanza di fusione sulla punta.

3. Sottosquadro

Il sottotaglio si verifica quando il metallo di base viene “scavato” dalla saldatura, ovvero non viene completamente colmato dal materiale di riempimento durante il processo di saldatura. Questo può essere causato da diversi fattori, tra cui eccessivo calore, velocità di avanzamento troppo elevata, preparazione inadeguata del giunto o l’uso di una tecnica di saldatura non corretta. Anche se alcune normative permettono una piccola tolleranza per questa irregolarità, di solito è limitata a determinate misure.

4. Inclusioni di scoria

Un’inclusione di scoria si verifica quando la passata di saldatura successiva non riesce a rimuovere completamente le scorie residue lasciate dalla passata precedente e, di conseguenza, sostanze estranee di vario genere rimangono intrappolate nel metallo fuso.

Esistono diverse tipologie di imperfezioni nelle saldature, tra cui inclusioni di scoria o flusso (che possono essere allineate, raggruppate o isolate), inclusioni di ossido (allineate, raggruppate, isolate, pellicola d’ossido) e inclusioni metalliche come quelle di rame, tungsteno o altri metalli.

Le prime due sono tra le imperfezioni più comuni nei cordoni di saldatura eseguiti con elettrodi rivestiti (inclusioni di scoria) o con il processo ad arco sommerso (inclusioni di flusso), soprattutto in saldature a più passate. Esse sono spesso causate da una rimozione inadeguata delle scorie tra una passata e l’altra, da un maneggio improprio dell’elettrodo rivestito, da una posizione errata della testa di saldatura o da parametri di preparazione non corretti, come un angolo di apertura del cianfrino troppo stretto.

Le inclusioni metalliche possono presentare caratteristiche specifiche:

  • Le inclusioni di tungsteno sono tipiche del processo TIG e possono essere causate da un errato utilizzo della torcia, da una protezione gassosa insufficiente, da una corrente troppo elevata o dall’uso di una potenza non adatta per la saldatura dell’alluminio. Solitamente hanno una forma irregolare e possono contenere piccole cricche lungo i loro bordi.
  • Le inclusioni di rame sono comuni nelle saldature su supporto infusibile e possono causare l’indebolimento del metallo o una riduzione della sezione resistente della saldatura.

Le normative di saldatura variano riguardo alla tolleranza di inclusioni di scoria in termini di quantità consentita.

5. Porosità

La porosità è caratterizzata da assenza di materiale, fori simmetrici o irregolari nella saldatura (in superficie o sotto la superficie della saldatura) e può essere causata da diversi fattori, inclusa un’inadeguata protezione dell’arco durante il processo di saldatura o la presenza di contaminanti come umidità, sporco, grasso, oli e vernici presenti nel metallo di base. Anche la conservazione impropria degli elettrodi può causare porosità nella saldatura. Le normative di saldatura possono ammettere una minima quantità di porosità (come nel caso dell’acciaio strutturale), ma i limiti di accettazione per tubi e recipienti a pressione sono molto più severi.

6. Bruciatura

A causa di un eccessivo calore o di una velocità di avanzamento troppo bassa, la seconda passata di saldatura può fondere parzialmente o completamente la prima passata. In questo caso parliamo di bruciatura. La necessità di riparazione dipende dalla gravità e profondità della bruciatura.

7. Saldature sottocapitolate o sottodimensionate

Se il profilo della saldatura nella passata finale di una saldatura scende al di sotto del metallo di base e/o la saldatura è più sottile del metallo di base, questa potrebbe essere considerata una saldatura sottodimensionata. Se si verifica una forte incongruenza tra le misure da disegno e quelle effettive della realizzazione potrebbe richiedere una riparazione.

8. Profilo di saldatura scadente “overlap” o “cold lap”

I problemi di profilo di saldatura scadente possono essere di due tipi:

  • Overlap”: la sovrapposizione può verificarsi quando l’eccesso di metallo fuso della saldatura non si fonde adeguatamente con il metallo di base. Esso è considerato un difetto di fusione incompleta;
  • Cold lap“: tipico della saldatura MIG, si verifica quando il metallo saldato è stato depositato sulla superficie ma non si è fuso adeguatamente con il metallo di base.

La necessità di riparazione dipende dalla profondità del problema.

9. Cricche

Le cricche sono imperfezioni prodotte da una rottura locale allo stato solido, che può formarsi per effetto del raffreddamento o di tensioni. Esse possono verificarsi nel metallo base o nella saldatura (o in entrambi) a causa di sollecitazioni nel giunto o mancanza di preriscaldamento del metallo base. Rientrando tra i difetti più gravi, richiedono sempre una riparazione, che può includere l’asportazione e la sostituzione della parte danneggiata.

Alcuni esempi?

  • Cricche a caldo: conosciute anche come cricche longitudinali in zona fusa, si verificano a causa della formazione di composti a bassa temperatura di fusione che, durante il processo di solidificazione del metallo circostante, non riescono a resistere agli sforzi di ritiro.
  • Cricche longitudinali lungo la linea di fusione: esse sono spesso il risultato di condizioni operative, come cricche da corrosione o da fatica, e sono legate alla disomogeneità metallurgica tra la zona fusa e la zona termicamente alterata.
  • Cricche longitudinali in zona termicamente alterata
    Cricche a freddo
    : si formano soprattutto durante la saldatura di acciai con materiali d’apporto bassolegati a bassa temprabilità, a causa della formazione di strutture di tempra associate alla presenza di elevati livelli di idrogeno diffusibile e alle tensioni di ritiro.
    Cricche di liquazione: comuni nelle leghe di Nichel ed Alluminio, esse si formano con modalità simili alle cricche a caldo.
    Cricche da trattamento termico (cricche da riscaldo): si verificano a causa della fragilizzazione del materiale in seguito al riscaldamento e alla presenza di deformazioni plastiche.
    Cricche longitudinali in materiale base: si possono manifestare come strappi lamellari, causati dalla rottura del materiale base in prossimità di inclusioni lamelliformi a causa delle tensioni di ritiro, come nel caso degli acciai bassolegati o degli estrusi di alluminio, oppure le cause essere legate alle condizioni di esercizio.
  • Cricche trasversali in zona fusa: generalmente cricche a freddo, si formano quando il materiale d’apporto ha una temprabilità simile a quella del materiale base (es. acciai bonificati).
  • Cricche trasversali in zona termicamente alterata ed in materiale base: sono legate alle condizioni operative o ai trattamenti termici, insieme allo stato metallurgico e alle sollecitazioni della zona termicamente alterata.
  • Cricche di cratere: imperfezioni legate alla condizione metallurgica in prossimità della fine di una passata o di un tratto di saldatura, causate dal ritiro del metallo durante il raffreddamento. Possono essere di diversi tipi, longitudinali, trasversali o a stella.

Difetti di saldatura e criteri di accettabilità

Quando si valuta il rischio associato a un’irregolarità in una saldatura e si stabilisce un criterio per determinarne l’accettabilità, considerare il contesto in cui si trova l’irregolarità è essenziale. Questo include:

  • il tipo di sforzo a cui è soggetto il giunto
  • l’importanza, il tipo e le condizioni di servizio della struttura in cui si trova il giunto
  • le caratteristiche del materiale di base
  • la facilità di ispezione del giunto

Le principali conseguenze di queste imperfezioni includono:

  • riduzione della sezione resistente del giunto
  • diminuzione della resistenza del giunto a causa delle modifiche metallurgiche locali
  • potenziale aumento della tensione locale in giunti soggetti a fatica o a scorrimento viscoso a caldo
  • rischio di innesco e propagazione di rotture in ambienti a bassa temperatura, che potrebbero portare a fragilità e rotture

I criteri di accettabilità dei difetti di saldatura stabiliti nei codici e nelle normative più comunemente utilizzati sono arbitrari e convenzionali. Per esempio, la norma UNI EN ISO 5817 “Saldatura – Giunti saldati per fusione in acciaio, nickel, titanio e loro leghe (escluso il fascio elettronico) – Livelli di qualità per le imperfezioni”, stabilisce tre livelli di qualità per le imperfezioni, in base alle dimensioni reali dei difetti:

  • Livello B: Qualità elevata
  • Livello C: Qualità media
  • Livello D: Qualità moderata

La rilevazione e la valutazione di tali dimensioni possono richiedere l’uso di uno o più metodi di controllo non distruttivo. Esiste una norma simile per l’alluminio e le sue leghe: UNI EN ISO 10042.

Checklist della qualità della saldatura

Per garantire la conformità alle normative e la realizzazione di saldature prive di difetti, è essenziale che il saldatore segua una lista di controllo dettagliata per monitorare tutti gli aspetti critici prima, dopo e durante il processo di saldatura.

Lista di controllo per l’ispezione pre-saldatura

Prima di avviare le operazioni di saldatura, il saldatore deve verificare i seguenti punti:

  • Il materiale è stato adeguatamente pulito e privo di contaminanti come ruggine e sporco?
  • Gli elettrodi utilizzati sono corretti e compatibili con il materiale da saldare?
  • La saldatrice è configurata per eseguire la saldatura in modo appropriato, con corrente o tensione costante?
  • La polarità della saldatrice è impostata correttamente (corrente alternata o continua, elettrodo positivo o negativo)?
  • È necessario eseguire il preriscaldamento dei materiali prima della saldatura?

Lista di controllo per l’ispezione durante la saldatura

Durante il processo di saldatura, il saldatore deve prestare attenzione ai seguenti aspetti:

  • La temperatura di interpass viene mantenuta correttamente? Eccesso o carenza di calore potrebbero compromettere la qualità della saldatura.
  • La pulizia tra le passate è sufficiente per evitare l’accumulo di scorie che potrebbero causare difetti nella saldatura?

Lista di controllo per l’ispezione post-saldatura

Una volta completata la saldatura, è necessario effettuare una serie di controlli per garantire la qualità del lavoro svolto in previsione dell’ispezione visiva:

  • Le dimensioni della saldatura sono adeguate? Non deve essere né sottodimensionata né sovradimensionata.
  • La saldatura è stata pulita e priva di residui di scoria?
  • Sono presenti segni di sottosquadro, fusione incompleta o porosità che richiedono correzione prima dell’ispezione finale?

Casa della Saldatura: saldature di qualità dal 1986

Casa della Saldatura adotta rigorosi standard di qualità per garantire il rispetto delle specifiche concordate con i clienti per i loro prodotti finali. Tutti i processi produttivi seguono procedure validate e sono soggetti a costante monitoraggio per mantenere elevati livelli qualitativi.

Le certificazioni rappresentano l’impegno dell’azienda verso la qualità dei servizi offerti. Pur essendo la certificazione UNI EN ISO 9001:2015 un punto di riferimento per la qualità del lavoro svolto, Casa della Saldatura ha conseguito diverse altre certificazioni nel settore delle saldature, confermando così il suo impegno continuo verso l’eccellenza.

Su richiesta, Casa della Saldatura offre diverse certificazioni, tra cui:

  • Certificato di Qualifica del Saldatore secondo la norma EN UNI ISO 9606-1:2013
  • Certificato di Qualità dell’Operatore di Saldatura secondo la norma EN UNI ISO 15614-1:2012
  • Certificato di Qualità dell’Operatore di Saldatura secondo la norma EN UNI ISO 14732:2013
  • Qualifica del Procedimento di Saldatura (WPQR)

Inoltre, per prodotti o progetti specifici richiesti dai clienti, Casa della Saldatura esegue la certificazione delle saldature in conformità alla direttiva 2014/68/UE PED (Pressure Equipment Directive), coinvolgendo un ente certificatore esterno accreditato.