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Lez 3 Le unioni bullonate e saldate

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<strong><strong>Le</strong>z</strong>ione n.3<br />

LE UNIONI CHIODATE,<br />

BULLONATE E SALDATE<br />

1


LE UNIONI<br />

I mezzi di unione in carpenteria metallica si classificano in:<br />

- <strong>unioni</strong> chiodate;<br />

- <strong>unioni</strong> <strong>bullonate</strong>;<br />

- <strong>unioni</strong> ad attrito con bulloni ad alta resistenza;<br />

- <strong>unioni</strong> con perni;<br />

- <strong>unioni</strong> <strong>saldate</strong>.<br />

UNIONI CORRENTI: Hanno il compito di assemblare i singoli<br />

laminati così da formare le membrature. Ad esempio quelle che<br />

servono a realizzare una trave composta a partire da ferri piatti<br />

ed angolari.<br />

UNIONI DI FORZA: Hanno il compito di collegare le<br />

membrature per dar luogo alla struttura completa.<br />

2


CARATTERISTICHE DEI VARI TIPI DI UNIONE<br />

<strong>Le</strong> <strong>unioni</strong> con bulloni, sia normali che ad alta resistenza, costituiscono<br />

collegamenti rimovibili, mentre collegamenti definitivi sono quelli<br />

ottenuti con chiodatura o con saldatura.<br />

I collegamenti in officina sono eseguiti con tutti sistemi; in cantiere, è<br />

preferibile eseguire la bullonatura.<br />

La saldatura e la chiodatura in cantiere vengono evitate sia perchè<br />

riesce difficile il controllo delle <strong>unioni</strong>, sia per il costo dell'operazione.<br />

Tuttavia, in alcune particolari condizioni si ricorre alle saldature in<br />

opera.<br />

La chiodatura va oggi facendosi più rara, rimpiazzata dalla bullonatura<br />

che ha il vantaggio della rapidità della messa in opera.<br />

3


UNIONI CHIODATE<br />

La messa in opera del chiodo prevede le seguenti operazioni:<br />

- foratura dei pezzi da collegare;<br />

- montaggio dei bulloni provvisori per assemblare i vari pezzi;<br />

- riscaldamento del chiodo, suo alloggiamento e ribaditura.<br />

La classificazione dei chiodi da carpenteria distingue:<br />

-chiodi a testa tonda stretta;<br />

-chiodi a testa svasata piana;<br />

-chiodi a testa svasata con calotta.<br />

4


Diametro nominale chiodo (d) Diametro foro (D)<br />

10 mm 10.5 mm<br />

13 mm 14 mm<br />

16 mm 17 mm<br />

19 mm 20 mm<br />

22 mm 23 mm<br />

25 mm 26 mm<br />

Con la ribaditura del chiodo, quest’ultimo acquista il diametro del foro<br />

Per la verifica di resistenza della chiodatura si assume il diametro del foro<br />

durante il raffreddamento si genera nel chiodo uno sforzo di trazione<br />

che si traduce in una pressione fra le superfici a contatto dei pezzi<br />

chiodati. L'attrito che si sviluppa può di conseguenza opporsi allo<br />

scorrimento degli elementi; tuttavia, dato che nel tempo tale attrito<br />

diminuisce, nel calcolo si fa affidamento alla sola resistenza a taglio<br />

del chiodo.<br />

5


UNIONI BULLONATE<br />

<strong>Le</strong> verifiche delle <strong>unioni</strong> <strong>bullonate</strong> si effettuano come quelle<br />

chiodate salvo a mettere in conto, nelle formule, il diametro<br />

effettivo del bullone.<br />

Di regola si impiegano bulloni composti da viti a testa esagonale<br />

con filettatura metrica IS0 a passo grosso, estesa ad un tratto<br />

parziale del gambo.<br />

Diametro vite Diametro foro Diametro foro calibrato<br />

12 13 12.25<br />

14 15 14.25<br />

16 17 16.25<br />

18 19 18.25<br />

20 21 20.25<br />

22 23.5 22.5<br />

24 25.5 24.5<br />

27 28.5 27.5<br />

30 31.5 30.5<br />

6


Classe<br />

vite<br />

4.6<br />

5.6<br />

6.8<br />

8.8<br />

10.9<br />

f tb<br />

[N/mm 2 ]<br />

400<br />

500<br />

600<br />

800<br />

1000<br />

RESISTENZA DELLE VITI<br />

La resistenza delle viti viene contraddistinta attraverso due<br />

numeri separati da un punto:<br />

Il primo moltiplicato per 100 indica la tensione ft in N/mm 2<br />

il secondo moltiplicato per 10 esprime il rapporto minimo fy /ft.<br />

<strong>Le</strong> viti sono contraddistinte dagli indici 4.6; 5.6; 6.8; 8.8; 10.9.<br />

Tensioni caratteristiche nei bulloni<br />

f yb<br />

[N/mm 2 ]<br />

240<br />

300<br />

480<br />

640<br />

900<br />

Stato limite<br />

f k,N<br />

[N/mm 2 ]<br />

240<br />

300<br />

360<br />

560<br />

700<br />

f d,N<br />

[N/mm 2 ]<br />

240<br />

300<br />

360<br />

560<br />

700<br />

f d,V<br />

[N/mm 2 ]<br />

170<br />

212<br />

255<br />

396<br />

495<br />

σ b,adm<br />

[N/mm 2 ]<br />

160<br />

200<br />

240<br />

373<br />

467<br />

τ b,adm<br />

[N/mm 2 ]<br />

113<br />

141<br />

170<br />

264<br />

330<br />

7


VERIFICHE DELLE UNIONI A TAGLIO<br />

L'analisi elastica dello stato di tensione presente negli elementi che<br />

compongono un giunto si presenta complessa.<br />

A causa dell’adattamento plastico del collegamento si assume una<br />

sollecitazione media uniforme per tutti i chiodi o bulloni.<br />

8


Per verificare il corretto dimensionamento a taglio di un giunto occorre<br />

constatare che:<br />

a)gli elementi connessi non siano eccessivamente indeboliti dalla<br />

presenza dei fori;<br />

b) la pressione media esercitata dal gambo sul contorno del foro<br />

(pressione di rifollamento) non risulti troppo elevata;<br />

c) la tensione tangenziale media nel gambo del chiodo o del bullone<br />

non sia superiore a limiti prefissati.<br />

9


a) Indebolimento dovuto alla presenza dei fori:<br />

La prima delle tre verifiche si effettua determinando la resistenza media<br />

agente lungo la più sfavorevole linea di possibile rottura, scelta in modo<br />

tale che l'area della sezione resistente risulti la minima possibile.<br />

Indicando con Av,net l'area della sezione resistente minima, il taglio<br />

ultimo Vu,Rd corrispondente vale:<br />

Essendo:<br />

A V,net = t w ·L Veff<br />

con<br />

L Veff = L V + L 1 + L 2 .<br />

0.577A<br />

v, net<br />

V u, Rd =<br />

f y =<br />

1.05<br />

0.55f<br />

y<br />

A<br />

v, net<br />

10


In rapporto al diametro d dei fori ed al più piccolo tra gli spessori collegati<br />

devono essere soddisfatte le limitazioni seguenti (D.M. 2008):<br />

-interasse fori in direzione della forza elementi compressi 14 t ≥ p 1 ≥ 2.2 d<br />

-distanza fori dal bordo libero in direzione della forza 4t+40 mm ≥ e 1 ≥ 1.2 d<br />

in direzione perpendicolare alla forza 4t+40 mm ≥ e 2 ≥ 1,2 d<br />

p 1 è la distanza tra i centri dei fori contigui; e 1 è la distanza dal centro di un<br />

foro al margine degli elementi da collegare, ad esso più vicino, nella<br />

direzione dello sforzo; e 2 è la distanza come la precedente e 1 , ma<br />

ortogonale alla direzione dello sforzo.<br />

11


)Tensioni di rifollamento:<br />

La resistenza di calcolo a rifollamento Fb,Rd del piatto dell’unione,<br />

bullonata o chiodata, può essere assunta pari a<br />

F = k α f d t γ<br />

b,<br />

Rd<br />

tk<br />

/ M 2<br />

d è il diametro nominale del gambo del bullone, t è lo spessore della<br />

piastra collegata, ftk è la resistenza a rottura del materiale della piastra,<br />

α =<br />

α =<br />

k<br />

k<br />

{ e /( 3d<br />

) ; f ; 1}<br />

min 1 0 tb ft<br />

{ p /( 3d<br />

) − 0.<br />

25;<br />

f ; 1}<br />

min 1 0<br />

tb ft<br />

{ 2.<br />

8e<br />

−1.<br />

7 ; 2.<br />

5}<br />

= d<br />

min 2 0<br />

{ 1.<br />

4 p −1.<br />

7 ; 2.<br />

5}<br />

= d<br />

min 2 0<br />

Bulloni di bordo nella direzione<br />

del carico applicato<br />

Bulloni interni nella direzione<br />

del carico applicato<br />

Bulloni di bordo nella direzione<br />

perpendicolare al carico applicato<br />

Bulloni interni nella direzione<br />

perpendicolare al carico applicato<br />

12


c)Resistenza di calcolo a taglio dei bulloni e dei chiodi:<br />

La resistenza di calcolo a taglio dei bulloni e dei chiodi Fv,Rd, per<br />

ogni piano di taglio, può essere assunta pari a:<br />

F<br />

F<br />

F<br />

v,<br />

Rd<br />

v,<br />

Rd<br />

v,<br />

Rd<br />

= 0.<br />

6<br />

=<br />

=<br />

0.<br />

5<br />

0.<br />

6<br />

f<br />

f<br />

f<br />

tb<br />

tb<br />

tr<br />

A<br />

A<br />

A<br />

res<br />

res<br />

0<br />

γ<br />

γ<br />

γ<br />

M 2<br />

M 2<br />

M 2<br />

bulloni<br />

bulloni<br />

per<br />

i<br />

classe<br />

classe<br />

chiodi<br />

4.<br />

6,<br />

5.<br />

6<br />

6.<br />

8<br />

e<br />

e<br />

10.<br />

9;<br />

8.<br />

8;<br />

Ares è l’area resistente della vite, si adotta quando il piano di taglio<br />

interessa la parte filettata. Se il piano di taglio interessa il gambo non<br />

filettato si ha:<br />

Fv , Rd = . 6 ftb<br />

A γ M<br />

0 2<br />

bulloni,<br />

tutte<br />

le<br />

classi<br />

di<br />

resistenza<br />

A indica l’area nominale del gambo della vite, ftb, indica la resistenza<br />

a rottura del bullone, ftr indica la resistenza del chiodo, Ao indica la<br />

sezione del foro, γ M2 = 1.25 per la resistenza dei bulloni e dei chiodi.<br />

La verifica dell’unione a taglio è positiva se il taglio è inferiore al<br />

valore minimo tra le resistenze calcolate nei punti a), b), c).<br />

13


VERIFICHE DELLE UNIONI A TRAZIONE<br />

La resistenza di calcolo a trazione degli elementi di connessione<br />

Ft,Rd può essere assunta pari a:<br />

F<br />

F<br />

t,<br />

Rd<br />

t,<br />

Rd<br />

=<br />

=<br />

0.<br />

9<br />

0.<br />

6<br />

f<br />

f<br />

tb<br />

tr<br />

A<br />

A<br />

res<br />

res<br />

γ<br />

γ<br />

M 2<br />

M 2<br />

per<br />

per<br />

i<br />

i<br />

bulloni<br />

chiodi<br />

Inoltre, nelle <strong>unioni</strong> <strong>bullonate</strong> soggette a trazione è necessario<br />

verificare la piastra a punzonamento; ciò non è richiesto per le<br />

<strong>unioni</strong> chiodate.<br />

La resistenza a punzonamento del piatto collegato è pari a:<br />

B =<br />

γ<br />

p,<br />

Rd<br />

0. 6π<br />

dm<br />

t p ftk<br />

M 2<br />

dm è il minimo tra il diametro del dado e il diametro medio della<br />

testa del bullone; tp è lo spessore del piatto e ftk è la tensione di<br />

rottura dell’acciaio del piatto.<br />

14


La resistenza complessiva della singola unione a trazione è data dal<br />

minimo tra i valori della resistenza a trazione degli elementi di<br />

connessione e della resistenza a punzonamento.<br />

I bulloni soggetti alla combinazione di azione tagliante e trazione<br />

dovranno inoltre soddisfare la seguente relazione:<br />

Con la limitazione<br />

F<br />

F<br />

v, Ed<br />

v, Rd<br />

Ft,<br />

+<br />

1.4F<br />

F<br />

F<br />

t,<br />

Ed<br />

t,<br />

Rd<br />

Ed<br />

t, Rd<br />

≤ 1<br />

≤1<br />

15


La precedente espressione, nel piano Ft - Fv definisce il dominio di<br />

resistenza dei bulloni compreso tra gli assi di riferimento ed una retta<br />

passante per i punti FvRd ed 1.4 Ft,Rd, ma delimitato dalla verticale<br />

condotta per Ft,Rd.<br />

Nella figura sono riportati i domini di resistenza espressi dal D.M.<br />

14/01/2008 (e dall’EC3) e dalle norme CNR.<br />

16


UNIONI AD ATTRITO CON BULLONI AD ALTA RESISTENZA<br />

Il meccanismo di funzionamento dell'unione ad attrito trae origine<br />

dalle azioni tangenziali che si sviluppano tra le superfici premute<br />

per mezzo di pre-sollecitazioni applicate ai bulloni.<br />

L'unione richiede un'apposita preparazione delle superfici di<br />

contatto, così da dar luogo ad un coefficiente di attrito più elevato<br />

possibile e l'inserimento di una seconda rondella sotto la testa<br />

della vite.<br />

Il serraggio del bullone si opera con chiavi dinamometriche tali da<br />

consentire l'applicazione del momento torcente voluto in relazione<br />

al diametro del bullone e tale da generare a sua volta il prescritto<br />

sforzo assiale.<br />

Si impiegano bulloni di diametro: d = 12; 14; 16; 18; 20; 22; 24; 27;<br />

30 mm e fori di diametro pari a quello del bullone maggiorato di<br />

1.5 mm fino al diametro 24 mm e di 2 mm per diametri superiori.<br />

17


Lo sforzo Tb trasmissibile da ciascun bullone è dato dalla relazione:<br />

dove:<br />

T = n N µ/ γ<br />

b<br />

s<br />

n è il numero dei piani di contatto attraverso i quali si esplica<br />

l’attrito;<br />

γΜ3 è il coefficiente di sicurezza contro lo slittamento pari a 1.25<br />

per lo stato limite ultimo e ad 1.10 per lo stato limite di esercizio;<br />

μ è il coefficiente di attrito pari a 0.45 per superfici trattate ed a 0.30<br />

per superfici non particolarmente trattate e comunque nelle<br />

giunzioni effettuate in opera;<br />

Ns è la forza normale nel gambo del bullone, generata dalla coppia<br />

di serraggio Ts.<br />

M3<br />

18


Di seguito sono riportati i valori delle suddette grandezze (Ts, Ns e<br />

Tb), in relazione al valore del coefficiente d'attrito, per lo SLU.<br />

19


Prove da eseguire sui bulloni<br />

Sulle viti si eseguono le seguenti prove:<br />

• - 1 Verifiche dimensionali<br />

• - 2 Esame di difetti superficiali<br />

• - 3 Analisi chimica<br />

• - 4 Trazione su provetta<br />

• - 5 Trazione su vite<br />

• - 6 Trazione eccentrica su vite<br />

• - 7 Durezza Vickers HV o Rockwell HRC<br />

• - 8 Resilienza<br />

• - 9 Tenacità della testa<br />

• - 10 Rescissione<br />

Sui dadi si eseguono le seguenti prove:<br />

• - 1 Verifiche dimensionali<br />

• - 2 Esame dei difetti superficiali<br />

• - 3 Analisi chimica<br />

• - 4 Durezza HV o HR<br />

• - 5 Allargamento con mandrino tronco conico<br />

• - 6 Strappamento


UNIONI SALDATE<br />

La saldatura impiegata in carpenteria, è normalmente quella ad arco<br />

elettrico.<br />

Possono essere adottati i seguenti procedimenti:<br />

-saldatura manuale ad arco con elettrodi rivestiti;<br />

-saldatura automatica ad arco sommerso;<br />

-Saldatura semiautomatica sotto gas protettore<br />

- altri procedimenti di saldatura le cui attitudini di efficienza devono<br />

essere verificate preventivamente mediante apposite prove.<br />

21


SALDATURA se Materiale base = Materiale d’apporto<br />

SALDOBRASATURA o BRASATURA se<br />

Materiale base ≠ Materiale d’apporto<br />

La saldabilità è influenzata da:<br />

FATTORI METALLURGICI:<br />

Un giunto saldato comporta una zona fusa le cui caratteristiche metallurgiche<br />

influenzano la resistenza del giunto saldato + una zona termicamente alterata<br />

FATTORI COSTRUTTIVI:<br />

Il giunto saldato deve avere caratteristiche tali da non compromettere la sicurezza<br />

della struttura nel suo complesso.<br />

22


Generazione dell’arco:<br />

Corrente continua<br />

- arco stabile<br />

-cordone uniforme<br />

Se l’arco e in c.c., la polarità può essere:<br />

- diretta: metallo base collegato all’anodo<br />

- inversa: metallo base collegato al catodo<br />

Polarita diretta: - alta deposizione<br />

Polarita inversa: - alta penetrazione<br />

Corrente alternata<br />

- sistema costoso<br />

- assenza soffio magnetico<br />

- alta deposizione<br />

23


Saldatura ad arco con elettrodi rivestiti<br />

Classificazione UNI degli elettrodi rivestiti<br />

Sigla 1E = elettrodo rivestito<br />

Sigla 2 00 => ft del materiale di apporto non garantita<br />

»44 => ft compreso tra 44 e 56 daN/mm2<br />

»52 => ft compreso tra 52 e 62 daN/mm2<br />

Sigla 3 L => idoneo per lamiere ≥4mm<br />

S => idoneo per lamiere sottili<br />

TT => idoneo per tubi<br />

Sigla 4 qualità crescente<br />

Sigla 5 B = basico C = cellulosico R = al rutilio<br />

Sigla 6 posizione di impiego consentita:1 – 2 – 3 – 4<br />

1 = tutte le posizioni, 4 = solo in piano<br />

Sigla 7 1 – 2 – 3 – 4 condizioni di alimentazione elettrica: corrente<br />

continua e polarità o corrente alternata<br />

Sigla 8 Rendimento ponderale: R 10 indicache il 100% del peso<br />

dell’anima si ritrova nel cordone<br />

Sigla 9 corrisponde alla temperaturaTx sotto zero, in gradi C, alla<br />

quale l’elettrodo può essere utilizzato


NORME EUROPEE SUGLI ELETTRODI<br />

La normativa europea di riferimento per gli elettrodi è la EN 499. La norma classifica,<br />

mediante una designazione alfanumerica, il tipo di elettrodo in funzione delle sue<br />

proprietà. Ad esempio:<br />

• EN 499 E 46 3 1Ni B 5 4 H5<br />

• EN 499: Normativa di riferimento<br />

E: Elettrodo<br />

46: Indica il carico di snervamento minimo<br />

3: Garantito il valore di resilienza di 47J ad una temperatura di -30°C<br />

1Ni: Composizione chimica che indica una percentuale di Nichel di circa 1.00%<br />

B: Tipo di rivestimento, in questo caso Basico<br />

5: Rendimento e corrente<br />

4: Posizione di saldatura<br />

H5: Il tenore di idrogeno su un deposito di 100gr di saldatura.<br />

• Altre normative europee classificano gli elettrodi in base alla tipologia del riporto in<br />

saldatura, si vedano a tal proposito le norme<br />

• EN 757 - Materiali di apporto per saldatura - Elettrodi rivestiti per saldatura manuale<br />

ad arco di acciai ad alta resistenza - Classificazione<br />

EN 1599 - Materiali di apporto per saldatura - Elettrodi rivestiti per saldatura<br />

manuale ad arco di acciai resistenti allo scorrimento viscoso - Classificazione<br />

EN 1600 - Materiali di apporto per saldatura - Elettrodi rivestiti per saldatura<br />

manuale ad arco di acciai inossidabili e di acciai resistenti ad alta temperatura


• Elettrodi - Norme AWS<br />

E - XX - XXE - elettrodo<br />

Primo numero – individua la resistenza minimo a snervamento del metallo depositato (vedi tabella<br />

1)<br />

Secondo numero - indica il tipo di elettrodo (vedi tabella 2)<br />

• Resistenza e snervamento minimo del metallo depositato (N/mm²)<br />

• 60 340<br />

• 70 390<br />

• 80 460<br />

• 90 530<br />

• 100 600<br />

• 110 670<br />

• 120 740<br />

• Tabella 2 - Tipo di elettrodo<br />

10 Elettrodi cellulosici per c.c. polarità inversa (polo positivo all'elettrodo)<br />

• 11 Elettrodi cellulosici per c.a. o c.c. polarità inversa (polo positivo all'elettrodo)<br />

• 12 Elettrodi al rutilo per c.a. o c.c. (polarità diretta)<br />

• 13 Elettrodi al rutilo per c.a. o c.c.<br />

• 14 Elettrodi al rutilo a elevato rendimento per c.a. o c.c.<br />

• 15 Elettrodi basici per c.c. polarità inversa<br />

• …………………..


Elettrodi rivestiti<br />

Arco sommerso – travi <strong>saldate</strong><br />

Tecnologie e sistemi di lavorazione MIG - MAG<br />

La saldatura avviene in atmosfera protetta. L’elettrodo è fusibile ed è<br />

alimentato in continuo (filo).<br />

Gas di protezione:<br />

L’arco, il metallo fuso ed il bagno sono mantenuti in una atmosfera di gas<br />

protettivo che protegge dalla contaminazione dell’aria.<br />

Si possono avere:<br />

- MIG: il gas è inerte ( Argon, Elio ) – più costoso<br />

- MAG: il gas è CO2 o miscele di CO2<br />

Vantaggi tecnologici del processo MIG/MAG: (rispetto al processo con<br />

elettrodi rivestiti).<br />

- continuità del processo di saldatura<br />

- assenza di scoria (produttivita)<br />

- migliore visibilità del bagno di fusione rispetto all’arco sommerso<br />

- elevate velocità di saldatura<br />

- assenza di H2O nell’atmosfera (infragilimento da idrogeno)<br />

27


CLASSIFICAZIONE DELLE SALDATURE<br />

<strong>Le</strong> saldature vengono classificate a seconda della disposizione dei<br />

pezzi nei seguenti tipi fondamentali:<br />

a) <strong>unioni</strong> <strong>saldate</strong> testa a testa a completa<br />

penetrazione(groove weld);<br />

b) <strong>unioni</strong> <strong>saldate</strong> a croce o a T a completa<br />

penetrazione;<br />

c) <strong>unioni</strong> <strong>saldate</strong> con cordoni d'angolo<br />

(fillet weld);<br />

d) <strong>unioni</strong> <strong>saldate</strong> a parziale penetrazione.<br />

28


I processi di laminazione e di saldatura sono accompagnato da<br />

tensioni residue<br />

<strong>Le</strong> tensioni interne residue sono pericolose nel caso di:<br />

• STRUTTURE SOLLECITATE CHE LAVORANO A BASSA<br />

TEMPERATURA: rottura fragile.<br />

• STRUTTURE SOGGETTE A CORROSIONE: le tensioni interne<br />

accelerano il processo.<br />

• STRUTTURE SOGGETTE A CARICHI DI PUNTA: le tensioni<br />

interne aumentano l’instabilità.<br />

Per eliminare le tensioni residue si può utilizzare un trattamento<br />

di distensione.


CLASSI DI SALDATURA<br />

Si distinguono, in base alla qualità di esecuzione, le seguenti due<br />

classi di saldatura:<br />

I classe - Comprende giunti effettuati con elettrodi di qualità 3 o 4<br />

secondo UNI 5132-74 o con altri procedimenti verificati e realizzati<br />

con accurata eliminazione di ogni difetto al vertice prima di effettuare<br />

la ripresa o la seconda saldatura.<br />

Essi devono soddisfare ovunque l'esame radiografico con i risultati<br />

richiesti per il raggruppamento B della UNI 7278.<br />

L'aspetto della saldatura dovrà essere ragionevolmente regolare e<br />

non presentare bruschi disavviamenti col metallo base specie nei casi<br />

di sollecitazione a fatica.<br />

II Classe - Comprende i giunti effettuati con elettrodi di qualità 2, 3 o<br />

4, e realizzati con eliminazione dei difetti prima di effettuare la ripresa<br />

o la seconda saldatura. Essi devono inoltre soddisfare l'esame<br />

radiografico con i risultati richiesti per il raggruppamento F della UNI<br />

7278.<br />

30


CIANFRINATURA<br />

Prima di deporre il cordone di saldatura deve essere effettuata<br />

un'accurata preparazione dei lembi delle lamiere (cianfrinatura).<br />

La scelta del profilo dei cianfrini dipende dai seguenti fattori:<br />

•procedimento di saldatura;<br />

•tipo di giunto;<br />

•posizione della saldatura;<br />

•natura e spessore del metallo base.<br />

Per giunti di testa di lamiere di modesto spessore ove il cordone è<br />

deposto da un solo lato si esegue la preparazione a V;<br />

per spessori maggiori si profilano i cianfrini a Y o a U per limitare i<br />

quantitativi di metallo d'apporto;<br />

Quando è possibile intervenire anche sul rovescio si ottengono le<br />

soluzioni migliori.<br />

Esiste una precisa simbologia per specificare gli elementi sopra<br />

indicati, della quale si riporta una sintesi nella figura seguente.<br />

31


Indicazioni convenzionali sulla cianfrinatura e sulla forma della saldatura<br />

32


UNIONI A COMPLETA PENETRAZIONE<br />

La verifica delle <strong>unioni</strong> a completa penetrazione richiede la<br />

determinazione delle seguenti tensioni:<br />

σ|| tensione di trazione o compressione parallela all'asse della<br />

saldatura;<br />

σ⊥ tensione di trazione o compressione normale all'asse longitudinale<br />

della saldatura;<br />

t|| tensione tangenziale nella sezione longitudinale della saldatura.<br />

Quindi si calcola il valore della tensione ideale:<br />

e deve risultare:<br />

σ + 3τ<br />

id<br />

2 2<br />

= σll<br />

+ σ ⊥ − σllσ<br />

⊥<br />

σ ( giunti di I classe)<br />

σ<br />

0. 85 ( giunti di II classe)<br />

id ≤<br />

f yd<br />

id ≤<br />

f yd<br />

2<br />

ll<br />

33


SALDATURE CON CORDONI D’ANGOLO<br />

La verifica delle saldature con cordoni d'angolo consiste nel<br />

determinare le tensioni nel cordone e nel controllare che queste<br />

soddisfino alle condizioni di resistenza.<br />

La sezione resistente è quella di gola (throat section), disposta<br />

lungo il piano bisettore del cordone avente spessore a misurato<br />

secondo le indicazioni delle figure seguenti:<br />

si definiscono le seguenti tensioni effettive:<br />

σn normale alla sezione di gola considerata nella sua reale posizione;<br />

σtn tangenziale, giacente nella sezione di gola ed ortogonale all'asse<br />

del cordone di saldatura;<br />

σtt tangenziale, giacente nella sezione di gola e parallela all'asse del<br />

cordone di saldatura.<br />

34


il calcolo delle tensioni effettive σn, σtt e σtn non è immediatamente<br />

deducibile.<br />

Allo scopo di semplificare le applicazioni, le normative fanno riferimento<br />

a delle tensioni fittizie, riferite alla sezione di gola ribaltata su uno dei<br />

due piani ortogonali che delimitano il cordone.<br />

Si definiscono le seguenti tensioni fittizie:<br />

σ⊥- tensione normale agente in direzione perpendicolare ad un lato del<br />

cordone, riferita all'area della sezione di gola ribaltata su quel piano;<br />

τ⊥ - tensione tangenziale agente in direzione perpendicolare all'asse del<br />

cordone riferita come sopra;<br />

τ|| - tensione tangenziale agente in direzione parallela all'asse del<br />

cordone.<br />

35


La saldatura è verificata se:<br />

Essendo:<br />

f<br />

2 2 2 d<br />

σ ⊥ + τ ⊥ + τll<br />

≤<br />

σ ⊥ + τ ⊥ ≤<br />

α1<br />

1/α 1 pari rispettivamente a 0.85 per l'acciaio S 235 ed a 0.70 per gli<br />

acciai S 275 ed S 355;<br />

1/α 2 pari rispettivamente ad 1 per l'acciaio S 235 ed a 0.85 per gli<br />

acciai S 275 ed S 355.<br />

f<br />

α<br />

d<br />

2<br />

36


ALTERAZIONI INDOTTE DALLE SALDATURE<br />

Durante la saldatura si raggiungono temperature elevate in zone<br />

concentrate delle membrature, le quali possono produrre gravi<br />

alterazioni nella struttura della materia.<br />

A) tempra. L'asportazione del calore da parte del metallo base, a<br />

temperatura inferiore, causa un brusco raffreddamento della zona<br />

saldata, il quale può determinare l'insorgere di fenomeni di tempra,<br />

da evitare perché inducono fragilità.<br />

I principali metodi per prevenire e per correggere la tempra nei giunti<br />

saldati consistono in:<br />

- un preriscaldo del pezzo da saldare;<br />

- un postriscaldo sul pezzo saldato;<br />

- un trattamento termico finale (ricottura).<br />

37


B) ritiri e tensioni residue. Un cordone di saldatura, sottoposto a<br />

forti variazioni di temperatura, passando da quella di fusione a quella<br />

ambiente, si comporta come una barra sottoposta a riscaldamento e<br />

soggetta a vincoli che ne impediscono l'allungamento dovuto alla<br />

dilatazione termica:<br />

Quando si riscalda non può allungarsi e, se si supera la tensione di<br />

snervamento, subisce una deformazione permanente.<br />

Quando si raffredda non può accorciarsi e, pertanto, la barra, ritornata<br />

a temperatura ambiente, risulta tesa.<br />

38


C) difetti. I difetti riscontrabili in una saldatura sono molteplici e<br />

possono essere dovuti sia all'imperizia dell'operatore, sia a fenomeni di<br />

natura metallurgica.<br />

•Incisioni marginali. Si tratta di solchi laterali e continui, dovuti alla<br />

fusione eccessiva del metallo di base, la quale causa una depressione<br />

lungo i lati del cordone.<br />

Se superano il 1/2 mm di profondità, le incisioni risultano pericolose<br />

perchè sono un invito alla rottura ed alla corrosione. Talvolta le<br />

incisioni possono essere eliminate con sottili passate di copertura.<br />

•Eccesso di penetrazione al vertice (sgocciolamento). Si ha<br />

quando si raccoglie un eccesso di metallo al vertice della saldatura.<br />

•Insufficiente penetrazione al rovescio. Consiste nella mancanza di<br />

fusione al vertice dalla saldatura e riduce la sezione resistente del<br />

giunto. Nei giunti di testa eseguiti con una o più passate il difetto può<br />

essere eliminato scalpellando al rovescio ed eseguendo una passata<br />

di ripresa.<br />

39


•Incollature. Si verificano quando, durante la saldatura, al metallo di<br />

base non ancora fuso si sovrappone il metallo d'apporto senza che vi<br />

sia fusione tra i due.<br />

•Cricche. <strong>Le</strong> cricche sono fessurazioni e costituiscono il difetto più<br />

grave delle saldature, perchè hanno origine da fenomeni di natura<br />

metallurgica.<br />

•Inclusioni. Sono piccole cavità o soluzioni di continuità del giunto<br />

saldato le quali diminuiscono l'omogeneità del metallo fuso.<br />

<strong>Le</strong> inclusioni gassose sono provocate dalla formazione di ossidi per<br />

reazione chimica tra l'ossigeno e il carbonio e tra l'ossigeno e il ferro<br />

che sono rimasti inclusi nella massa fusa durante la solidificazione.<br />

Esse sono favorite dalla presenza di olii e grassi sul metallo base.<br />

•Inclusioni di scorie. Sono dovute alla scoria, prodotta dal<br />

rivestimento dell'elettrodo, la quale rimane imprigionata, solidificando<br />

all'interno della massa fusa. Esse dipendono, generalmente, da una<br />

cattiva tecnica esecutiva da parte dell'operatore.<br />

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D) strappi lamellari. Fratture del materiale base causate dalle tensioni<br />

indotte dal ritiro provocato dalle saldature. Riducono la resistenza<br />

dell’acciaio in direzione trasversale a quella di laminazione. Occorre<br />

progettare accuratamente le <strong>unioni</strong> <strong>saldate</strong>, limitando gli apporti di<br />

calore e facendo in modo che le tensioni longitudinali indotte dal ritiro<br />

siano dirette prevalentemente in direzione parallela a quella di<br />

laminazione.<br />

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