La ricarica come strategia di manutenzione
Denti di benne, lame di livellatrici, martelli di mulini, rulli frantumatori, coclee, coltelli, stampi, sedi di valvole: in molti settori l’usura è la prima causa di fermo macchina e di costi di ricambio. Gli elettrodi per saldatura di riporto duro permettono di ricostruire le superfici consumate e di proteggere preventivamente i componenti nuovi, prolungandone la durata anche di molte volte.
La ricarica non è una semplice “aggiunta di metallo”: è una scelta tecnica che parte dall’analisi del meccanismo di usura. Un deposito eccellente contro l’abrasione può fallire rapidamente sotto urti violenti, e viceversa. Scegliere bene significa conoscere il tipo di sollecitazione, il materiale base e le condizioni di esercizio.
I meccanismi di usura
- Abrasione asportazione di materiale da parte di particelle dure che strisciano sulla superficie, come sabbia, minerali, terra, clinker. Può essere a bassa sollecitazione, quando le particelle scorrono senza frantumarsi, o ad alta sollecitazione, quando vengono schiacciate tra due superfici.
- Impatto urti ripetuti che deformano, schiacciano o scheggiano la superficie, tipici di frantoi, martelli e scavo in roccia.
- Adesione o usura metallo-metallo grippaggio e strisciamento tra superfici metalliche, come in perni, boccole, ruote, rulli e guide.
- Erosione azione di fluidi carichi di particelle o di gocce ad alta velocità su pale, giranti e condotte.
- Usura ad alta temperatura e fatica termica perdita di durezza, ossidazione e cricche da cicli termici su stampi di forgiatura, cesoie a caldo e rulli di laminazione.
- Corrosione combinata presenza di agenti chimici che accelerano l’usura meccanica.
Nella pratica i meccanismi si combinano quasi sempre. Il dente di una benna subisce abrasione e impatto; una sede di valvola sopporta erosione, corrosione e temperatura. L’elettrodo va scelto in base al meccanismo prevalente, accettando un compromesso sugli altri.
Le famiglie di depositi antiusura
Depositi tenaci per ricostruzione
Depositi a base ferro con durezza moderata e buona tenacità, utilizzati per ricostruire la geometria di pezzi consumati prima di applicare lo strato duro finale, o come cuscinetto tra un materiale base difficile e un riporto molto duro. Sono lavorabili con utensili e sopportano bene urti e compressione.
Acciai martensitici
Depositi con durezze medio-alte, buona resistenza all’usura metallo-metallo e discreta resistenza agli urti. Sono adatti a rulli, ruote, ingranaggi di grandi dimensioni, perni e componenti di macchine movimento terra. Il deposito può spesso essere ancora lavorato con utensili adatti o rettificato.
Acciai al manganese austenitici
Il deposito al manganese elevato, simile per composizione all’acciaio austenitico al manganese, è relativamente morbido appena saldato ma si incrudisce in superficie sotto gli urti, diventando molto duro pur restando tenace in profondità. È la soluzione per frantoi, cuori ferroviari, martelli e componenti in acciaio al manganese. Questi acciai vanno saldati freddi, con apporto termico minimo, perché il surriscaldamento li infragilisce.
Ghise al cromo e depositi con carburi
Depositi ad altissimo contenuto di cromo e carbonio, talvolta con niobio, molibdeno, vanadio o tungsteno, che formano carburi duri immersi in una matrice. Offrono una resistenza eccellente all’abrasione, anche ad alta sollecitazione, ma una tenacità limitata. Il deposito presenta tipicamente cricche trasversali di distensione, che sono normali e anzi contribuiscono a scaricare le tensioni: non vanno confuse con un difetto.
Acciai per utensili e rapidi
Depositi che mantengono la durezza alle alte temperature, impiegati per la riparazione di stampi, coltelli da taglio a caldo, punzoni e cesoie. Richiedono preriscaldo e raffreddamento controllato.
Leghe a base cobalto
Leghe di cobalto, cromo, tungsteno e carbonio che mantengono durezza, resistenza alla corrosione e all’ossidazione fino a temperature molto elevate, con ottima resistenza alla cavitazione, all’erosione e al grippaggio. Sono impiegate per sedi e otturatori di valvole, componenti di turbine, coltelli per l’industria del legno e della carta, stampi a caldo. Sono disponibili in diverse gradazioni, da più tenaci a più dure, in funzione del tenore di carbonio e tungsteno.
Tabella orientativa di scelta
| Usura prevalente | Famiglia consigliata | Esempi di componenti |
|---|---|---|
| Impatto forte | Acciaio al manganese, depositi tenaci | Frantoi, martelli, cuori ferroviari |
| Metallo-metallo | Martensitici | Rulli, ruote, perni, ingranaggi |
| Abrasione con impatto moderato | Martensitici ad alto carbonio, depositi con carburi moderati | Denti di benne, lame, cingoli |
| Abrasione severa | Ghise al cromo, carburi complessi | Coclee, raschiatori, piastre antiusura, mescolatori |
| Alte temperature | Acciai per utensili, leghe al cobalto | Stampi, cesoie a caldo, valvole |
| Erosione e cavitazione | Leghe al cobalto, inox speciali | Giranti, pale, sedi di valvole |
Tecnica di riporto
Preparazione
La superficie va pulita fino al metallo sano, eliminando le parti affaticate, criccate o con vecchi riporti degradati. Riportare sopra uno strato precedente criccato o sopra materiale incrudito porta spesso al distacco. Conoscere il materiale base è essenziale: un acciaio al manganese, un acciaio temprabile e un acciaio da costruzione richiedono procedure completamente diverse.
Strato cuscinetto
Su materiali base ad alto carbonio o difficili, o quando bisogna ricostruire spessori importanti, si applica prima uno o più strati tenaci, spesso con elettrodi inox sovralegati o con depositi a base ferro tenaci, e solo alla fine lo strato duro. In questo modo si evita il distacco e si limita la propagazione delle cricche nel materiale base.
Diluizione e numero di strati
Il primo strato di riporto si mescola con il materiale base e ha una durezza inferiore a quella nominale. Le proprietà dichiarate dal produttore si raggiungono normalmente dal secondo o terzo strato. D’altra parte, molti depositi molto duri non tollerano più di due o tre strati senza rischio di sfaldamento: lo spessore complessivo va quindi pianificato.
Preriscaldo
Il preriscaldo dipende dal materiale base e dal deposito: è necessario su acciai temprabili e per i riporti martensitici, mentre va assolutamente evitato sugli acciai al manganese, che devono restare freddi.
Acciai al manganese: mai preriscaldare
Gli acciai austenitici al manganese si infragiliscono se restano a lungo caldi. Vanno saldati con cordoni brevi, lasciando raffreddare il pezzo tra un tratto e l’altro: la temperatura del pezzo deve poter essere tollerata al tatto.
Disposizione dei cordoni
L’orientamento dei cordoni influisce sulla durata. Su superfici soggette a flusso di materiale abrasivo, cordoni disposti perpendicolarmente al flusso trattengono uno strato di materiale fine che protegge la superficie; disposizioni a punti o a reticolo sono usate sulle benne per lavorare con terreni argillosi o rocciosi. Cordoni paralleli al flusso favoriscono lo scorrimento del materiale.
Elettrodi per taglio, foratura e scriccatura
Una categoria particolare è costituita dagli elettrodi progettati non per unire, ma per asportare metallo. Il loro rivestimento genera un arco molto penetrante e un forte getto di gas che espelle il metallo fuso, consentendo di tagliare, forare e scriccare con la normale saldatrice ad elettrodo, senza gas né aria compressa.
Sono strumenti molto apprezzati nella manutenzione e nelle riparazioni in cantiere:
- rimozione di vecchie saldature e di riporti antiusura usurati prima della ricarica;
- apertura di cricche nella ghisa e negli acciai prima della riparazione;
- taglio di bulloni grippati, perni e profilati in luoghi difficili;
- foratura di lamiere in opera;
- preparazione di smussi su qualsiasi metallo, compresi inox, ghisa, rame e leghe.
Il taglio con elettrodo non raggiunge la precisione e la pulizia dei processi termici dedicati, ma ha il vantaggio di non richiedere attrezzature aggiuntive. I bordi vanno sempre rifiniti a mola prima della saldatura. Per scriccare su grandi volumi si ricorre invece agli elettrodi in grafite ramati con aria compressa, un procedimento diverso che richiede un’apposita pinza.
Attenzione a fumi e proiezioni
Taglio e scriccatura ad arco producono grandi quantità di fumi e proiezioni di metallo fuso a distanza. Vanno eseguiti con aspirazione efficace, protezione dell’udito, schermi e un’area libera da materiali infiammabili. Si veda la pagina sulla sicurezza in saldatura.
Organizzare un programma di ricarica
Le aziende che ottengono i migliori risultati trattano la ricarica come un processo: registrano le ore di lavoro dei componenti tra un intervento e l’altro, confrontano depositi diversi su pezzi gemelli, standardizzano le procedure per i componenti più ricorrenti e programmano la ricarica nei periodi di fermo invece che in emergenza. Un approccio sistematico permette di individuare la combinazione migliore di elettrodo, spessore e disposizione dei cordoni per ogni applicazione e di ridurre in modo misurabile i costi di manutenzione. Per i componenti in ghisa si veda anche la pagina sugli elettrodi per ghisa.
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