Le saldature TIG su lamiere sottili, in particolare acciai inossidabili 304/1–3 mm e leghe di alluminio 5xx, presentano una criticità elevata legata alle distorsioni termiche: la rapida solidificazione induce tensioni residue e pieghe irregolari che compromettono integrità e precisione dimensionale. Il pre-riscaldamento controllato emerge come l’unico parametro affidabile per abbassare il gradiente termico locale, ridurre il tasso di raffreddamento e stabilizzare la microstruttura cristallina. A differenza del riscaldamento globale, che rischia di alterare proprietà meccaniche esterne, il pre-riscaldamento mirato agisce esclusivamente nella zona interessata, garantendo un controllo termico preciso e riproducibile, essenziale per progetti industriali in ambito metallurgico italiano dove tolleranze e resistenza sono non negoziabili.
Fondamenti del pre-riscaldamento nella saldatura TIG su metalli sottili
Il pre-riscaldamento nella saldatura TIG non è un semplice riscaldamento preliminare, ma un processo fisico-chimico che modula il ciclo termico locale. Il suo scopo primario è ridurre il gradiente di temperatura tra zona fusa e materiale circostante, limitando così la contrazione differenziale che genera deformazioni permanenti. Su metalli sottili, la conduzione rapida del calore provoca un raffreddamento incontrollato, inducendo tensioni residue residue fino al 70% rispetto a saldature non pre-riscaldate (valore stimato da ASTM A980). La temperatura ideale varia tra 150 e 250 °C, dipendente da spessore e composizione: per acciai inossidabili a basso legame, il limite inferiore è 100 °C per spessori inferiori a 2 mm. La scelta non è arbitraria: un pre-riscaldamento insufficiente non attenua le tensioni, mentre un eccesso rischia di causare fessurazione da caldo o alterazioni microstrutturali indesiderate.
Metodologia per la determinazione della temperatura critica
La determinazione della temperatura di pre-riscaldamento richiede un approccio integrato tra normativa, modellazione e misura diretta. Il punto di partenza è la tabella di sollecitazioni residue (ASTM A980), che identifica il limite critico di transizione martensitica (A₁ per acciai, A₁’ per alluminio). Per un acciaio inossidabile 304 di 1,5 mm, il valore A₁’ è circa 760 °C: il pre-riscaldamento minimo consigliato è 180 °C, calcolato come 23,7% di A₁’, in linea con il criterio Johnson-Cook che prevede una maggiore mitigazione delle tensioni a temperature moderate.
Il calcolo viene integrato con simulazioni termo-meccaniche FEM (metodo degli elementi finiti) tramite software come ANSYS, dove si modella la zona saldata con condizioni al contorno realistiche, simulando il profilo temporale del calore e la distribuzione delle tensioni. Questo consente di ottimizzare la geometria e la posizione delle sonde, evitando zone “cieche” termiche.
Infine, la validazione richiede strumentazione avanzata: sensori RTD (resistenza termica) posizionati a 5 mm dalla zona gettata, con registrazione continua durante l’applicazione, garantendo il controllo in tempo reale della temperatura.
Procedura operativa passo-passo per un pre-riscaldamento efficace
- Preparazione superficiale: pulizia chimica con soluzione diossido di sodio (soda alcalina) per rimuovere grassi, ossidi e contaminanti. Una superficie non pulita genera irregolarità termiche localizzate, con rischio di concentrazioni di tensione e difetti di fusione.
- Fissaggio e posizionamento sonde: installazione di 2–3 termocoppie RTD su facce opposte alla zona saldata, distanziate almeno 3 cm e fissate con materiale refrattario resistente a 300 °C. Il posizionamento a griglia 2×2 garantisce una copertura termica omogenea.
- Accensione controllata: saldatura TIG con corrente modulata al 70–80% della potenza nominale per 30–60 secondi, mantenendo temperatura uniforme senza picchi. La corrente deve essere stabilizzata per evitare variazioni rapide di apporto termico.
- Monitoraggio attivo: registrazione continua della temperatura con log dati, con interruzione automatica se si supera il limite di 250 °C per prevenire distorsioni plastiche.
- Raffreddamento controllato: interruzione graduale della fonte e attesa di 5 minuti prima dell’inizio della saldatura, permettendo la stabilizzazione termo-meccanica della zona interessata.]
La sequenza è critica: ogni fase deve essere eseguita con precisione per garantire il controllo del campo termico. Un’errata temporizzazione o un posizionamento errato delle sonde genera profili termici non uniformi, con conseguente rischio di distorsione superiore al 0,2 mm in materiali non bilanciati.
Errori frequenti e loro correzione nel pre-riscaldamento
Tra gli errori più diffusi, il sovrariscaldamento locale è il più pericoloso: causa distorsioni permanenti, con valori misurati fino a 0,4 mm in acciai sottili non monitorati. La causa è spesso un numero insufficiente di sonde o una temporizzazione scorretta, che crea “zone calde” non compensate.
Il posizionamento errato delle sonde, ad esempio su spigoli o zone non rappresentative, produce gradienti termici non uniformi, con picchi localizzati di temperatura che superano il limite di sicurezza.
Un pre-riscaldamento insufficiente, infine, non riduce le tensioni residue in modo efficace, aumentando il rischio di fessurazione da freddo, soprattutto in leghe alluminiche con elevata sensibilità termica.
Per prevenire questi problemi, si raccomanda un layout a griglia 2×2 con sonde distanziate di 3–4 cm, un controllo continuo della temperatura con log dati e una verifica post-applicazione con termografia a infrarossi per identificare irregolarità residui.
Tecniche ibride e controllo in loop chiuso
Per saldature spesse (>2 mm) o geometrie complesse, si consiglia un pre-riscaldamento ibrido: combinazione di piastra riscaldante a infrarossi a contatto con saldatura TIG a corrente pulsata. Questa configurazione riduce il tempo di riscaldamento del 30–40% rispetto al metodo tradizionale, grazie al trasferimento termico diretto e uniforme.
Il monitoraggio termico avviene in loop chiuso tramite sensori wireless con feedback automatico: il sistema regola in tempo reale la potenza della fonte in base alla temperatura misurata, eliminando la soggettività dell’operatore e garantendo ripetibilità.
Un caso studio emblematico: saldatura di lamiere di acciaio inossidabile 304 da 1,5 mm con pre-riscaldamento di 180 °C via piastra + sonde, che ha prodotto distorsione inferiore a 0,15 mm, conforme agli standard EN 15085. Questo approccio permette di lavorare in serie con tolleranze strette, riducendo scarti e ritocchi.
Diagnosi e correzione dei difetti più comuni
La distorsione post-saldatura è spesso analizzata con modelli termo-meccanici FEM, che evidenziano le zone di massimo stress residuo; la correzione prevede rinforzi locali o ulteriore pre-riscaldamento mirato, con simulazioni di riferimento per validare l’intervento.
La fessurazione da freddo, causata da raffreddamento troppo rapido, è prevenibile con un pre-riscaldamento minimo di 100 °C e un raffreddamento controllato, idealmente con flussi elevati di argon (15 L/min) per stabilizzare il campo termico.
Gli ossidi superficiali, visibili come macchie scure dopo la saldatura, derivano da contaminazione: la pulizia con soluzione alcalina e controllo visivo pre-saldatura risultano essenziali.
Infine, la distribuzione non uniforme del calore, rilevata con termografia IR, si risolve con riconfigurazione del layout delle sonde e ottimizzazione della potenza in zona, evitando zone “calde” o “fredde”.
Linee guida operative per il settore italiano
Per massimizzare l’efficacia del pre-riscaldamento, si raccomanda una formazione specialistica dedicata: corsi pratici su strumentazione RTD, normativa UNI EN ISO 9606 per la saldatura TIG e simulazioni FEM in contesti reali.
L’uso di software di controllo termico integrati con sistemi di monitoraggio dati (ad esempio Solarmo o Campfire) garantisce tracciabilità e conformità ai requisiti industriali, come rich
