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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