Le saldature strutture in acciaio, meglio definite unioni saldate, consentono di collegare elementi metallici in modo permanente, realizzando la continuità del materiale mediante fusione.
La saldatura rappresenta un metodo di collegamento rigido che si basa sul riscaldamento degli elementi da unire (pezzi base) fino ad ottenerne il rammollimento o la fusione, in modo da collegarli con o senza materiale d’apporto. Il materiale d’apporto è un materiale che fonde e dopo la solidificazione forma il cordone di saldatura.
La principale differenza tra le unioni saldate e quelle bullonate è rappresentata proprio dalla monoliticità e dalla maggiore rigidezza delle saldature che, difatti, consentono di realizzare una continuità del materiale.
Per garantire che le unioni saldate funzionino a dovere è necessario adottare particolari precauzioni progettuali e costruttive; inoltre risulta necessario ricorrere sempre a personale qualificato e specializzato, al fine di evitare il rischio di riduzioni di resistenza o rotture fragili legate al procedimento di saldatura.
Gli acciai da costruzione sono prodotti in modo da garantire la saldabilità, ovvero devono poter essere sottoposti alla saldatura con le normali tecniche da cantiere senza necessitare di particolari trattamenti termici. I riferimenti normativi nazionali sono riportati nelle NTC 2018 al paragrafo 11.3.4.5. In ogni caso sia per la saldatura in cantiere che nella saldatura in officina è necessario seguire quanto previsto dalla EN 1090-2 (paragrafo 7). Nel caso di prefabbricazione in officina tutto il processo di fabbricazione, quindi compresa la saldatura, deve essere qualificato e certificato secondo la norma armonizzata UNI EN 1090-1.
Cioè in quest’ultimo caso i componenti strutturali, prima dell’immissione sul mercato, devono essere marcati CE. I processi di saldatura possono essere divisi tra:
- saldatura senza materiale di apporto, nella quale a fondere è solo il materiale base;
- saldatura con materiale d’apporto, nella quale a fondere è una miscela di materiale d’apporto e materiale base fusi insieme. Nelle costruzioni in acciaio nella quasi totalità dei casi è presente la seconda.
È obbligatorio che le operazioni di saldatura vengano eseguite da personale qualificato e nel rispetto delle prescrizioni normative; difatti si deve evitare che le alterazioni termiche provocate dal processo di saldatura causino una riduzione di resistenza meccanica o l’infragilimento del materiale.
I principali processi di saldatura, così come riportati nell’Eurocodice 3, sono rappresentati da saldatura ad arco con elettrodi rivestiti, saldatura ad arco sommerso, saldatura ad arco con filo animato, saldatura con protezione di gas ed elettrodo fusibile (MIG e MAG), saldatura con protezione di gas ed elettrodo infusibile (TIG). Questi processi devono essere in ogni caso qualificati secondo la normativa UNI EN ISO 15614-x (WPQR) e i saldatori o gli operatori di saldatura devono essere qualificati rispettivimanente secondo le normative UNI EN ISO 9606-x o UNI EN ISO 14732 (patentino).
CLASSIFICAZIONE SALDATURE STRUTTURE IN ACCIAIO
In un’unione saldata la resistenza è affidata ai cordoni di saldatura; a seconda degli elementi da congiungere si possono avere diverse tipologie di giunti, ad esempio:
- giunti di testa;
- giunti di testa a T;
- giunti a sovrapposizione;
- giunti a L;
- giunti d’angolo.
Una possibile classificazione dei cordoni di saldatura può essere sviluppata in relazione alla direzione della forza agente sulla saldatura; si hanno quindi:
- cordoni di saldatura laterali;
- cordoni di saldatura frontali;
- cordoni di saldatura obliqui.
L’Eurocodice 3 propone, inoltre, la seguente classificazione delle unioni saldate:
- saldature a cordoni d’angolo;
- saldature di testa;
- saldature entro fori od intagli;
- saldature entro scanalature.
Vediamo nel dettaglio ciascuna di esse.
SALDATURE STRUTTURE IN ACCIAIO A CORDONI D’ANGOLO
Possono essere utilizzate per collegare elementi aventi un angolo di cianfrino compreso tra 60° e 120°. Sono permessi anche angoli minori di 60° ma in questo caso la saldatura deve essere qualificata appositamente con una nuova WPQR secondo la UN EN ISO 15614-x pertinente. In caso di angoli ancora più estremi è raccomandata una prova di resistenza secondo quanto previsto dall’EC 0.
Le saldature a cordoni d’angolo possono essere continue oppure a tratti anche se, in questo caso, le estremità degli elementi collegati devono sempre essere saldate. Inoltre le saldature a cordoni d’angolo realizzate a tratti non possono essere utilizzate in ambiente corrosivo.
Per le saldature a cordoni d’angolo discontinue, le distanze tra le estremità di ciascun tratto saldato non devono eccedere il minore tra i seguenti valori:
- 200 mm;
- 12 volte lo spessore della parte più sottile se l’elemento collegato è in compressione;
- 16 volte lo spessore della parte più sottile se l’elemento collegato è in trazione;
- ¼ della distanza fra gli irrigidimenti qualora la saldatura sia utilizzata per collegare tali irrigidimenti ad una piastra o ad altri elementi soggetti a compressione o taglio.
SALDATURE STRUTTURE IN ACCIAIO DI TESTA
Questa tipologia viene ulteriormente articolata in:
- saldature di testa a completa penetrazione; si intende una saldatura di testa per la quale la penetrazione del metallo base è completa e interessa l’intero spessore del giunto;
- saldature di testa a penetrazione parziale, ovvero una saldatura di testa nella quale la penetrazione risulta inferiore all’intero spessore del metallo base.
SALDATURE STRUTTURE IN ACCIAIO ENTRO FORI OD INTAGLI
Questo tipo di saldatura non è ammesso per giunti fortemente sollecitati a trazione oppure soggetti a fenomeni di fatica. Rientrano in questo gruppo le saldature realizzate in fori circolari oppure in fori allungati (definiti intagli).
Non possono essere utilizzate per resistere a carichi esterni applicati di trazione; possono invece essere usate per trasmettere l’azione di taglio, prevenire l’instabilità o la separazione di parti sovrapposte oppure per collegare i componenti di elementi composti.
- SALDATURE STRUTTURE IN ACCIAIO ENTRO SCANALATURE
Anche questa tipologia di saldatura non può essere impiegata per giunti fortemente sollecitati a trazione oppure soggetti a fenomeni di fatica. Le figure riportate di seguito definiscono la sezione efficace di gola per saldature entro scanalature.
Il testo è tratto dal volume: “Progettare strutture in acciaio” edito da Maggioli Editore, con fogli di calcolo per verifica strutture semplici e pre-dimensionamento strutture complesse.