Saldare acciaio inox con il TIG: calore, colore e corrosione
Il calore decide un cordone su inox: sensibilizzazione, colorazione termica, materiale d’apporto, gas di rovescio e duplex — e perché comandano i numeri.
L’acciaio inox non è difficile da saldare. Difficile è saldarlo e che resti inossidabile — e quasi tutti i difetti che contano si riducono alla stessa grandezza: quanto calore è entrato e quanto ci ha messo il metallo a liberarsene.
Che cosa rende inossidabile l’inox
La resistenza alla corrosione non viene dalla massa del metallo. Viene da uno strato passivo di ossido di cromo, spesso pochi atomi, che si forma in superficie e si rifà da solo quando viene graffiato — finché nel metallo sottostante resta abbastanza cromo libero.
Tutto ciò che si trova in questa pagina serve a proteggere quello strato o a ripristinarlo dopo.
Sensibilizzazione: il difetto che non si vede
Se l’inox austenitico permane tra circa 425–815 °C, il cromo comincia a combinarsi con il carbonio formando carburi che precipitano ai bordi di grano. Il carburo in sé non è il problema; il problema è ciò che si porta via: il metallo immediatamente accanto al bordo resta impoverito di cromo, e un metallo impoverito non può più rifare lo strato passivo.
Il pezzo continua a sembrare inox. In servizio si corrode lungo i bordi di grano — corrosione intergranulare — e lo fa senza vedersi, dall’interno.
Due difese, e la buona pratica le usa entrambe:
- Qualità a basso carbonio. Il 1.4307 (304L) e il 1.4404 (316L) limitano il carbonio allo 0,03 %, così ne resta troppo poco per formare carburo in quantità apprezzabile. Le qualità stabilizzate 1.4541 (321) e 1.4550 (347) lo risolvono in altro modo: il titanio o il niobio catturano prima il carbonio.
- Apporto termico basso. La sensibilizzazione dipende dalla temperatura e dal tempo. Meno la zona termicamente alterata permane in quella fascia, meno carburo si forma — per questo qui pesano più la velocità di avanzamento e l’apporto termico che la conduzione manuale.
Colorazione termica: il difetto che si vede
I colori che compaiono accanto a un cordone su inox sono lo strato di ossido che si ispessisce. Si leggono come un registro di temperatura:
| Colore | Approssimativamente | Significato |
|---|---|---|
| Argenteo, paglierino chiaro | il più basso | Strato sostanzialmente intatto |
| Paglierino fino a dorato | moderato | Strato ispessito, cromo ancora sufficiente |
| Bronzo fino a violetto | più alto | Strato alterato, cromo impoverito sotto |
| Blu fino a grigio, crosta nera | il più alto | Ossidazione forte, impoverimento marcato |
Il metallo colorato si corrode prima del metallo accanto. Su un pezzo decorativo è una questione estetica. Su una linea farmaceutica, uno scambiatore di calore o un collettore offshore è un difetto, e la specifica lo dirà.
Due modi di trattarlo: evitarla con un gas di rovescio corretto e apporto termico basso, oppure rimuoverla dopo — pasta decapante, elettrolucidatura o pulizia meccanica con una spazzola che non abbia mai toccato acciaio al carbonio. Rimuoverla è più lento, impiega prodotti aggressivi e, su un cordone lungo, costa più che aver governato il calore fin dall’inizio.
Proteggere la radice
Un giunto a piena penetrazione espone la radice a ciò che sta dietro. Senza protezione si ossida formando una crosta ruvida, scura e granulosa — il sugaring — che nessuna tecnica dal lato diritto corregge, che non si raggiunge per pulirla dentro un tubo chiuso e che resta un punto di corrosione per tutta la vita del pezzo.
Si protegge con argon, scacciando davvero l’aria prima di innescare. L’obiettivo consueto sull’inox è sotto circa 50 ppm di ossigeno residuo; uno strumento di misura batte qualsiasi stima. Il volume protetto si tiene piccolo con otturatori invece di riempire un intero tratto. La guida al gas di protezione tratta il dettaglio.
Deformazione: due numeri che sorprendono
L’inox austenitico si comporta diversamente dall’acciaio al carbonio su due punti, ed entrambi spingono nella stessa direzione:
- La dilatazione termica è circa il 50 % maggiore. Lo stesso calore muove di più il pezzo.
- La conducibilità termica è circa un terzo. Il calore non se ne va: si accumula accanto al giunto.
Più dilatazione con meno dissipazione significa sensibilmente più deformazione per lo stesso cordone. Conviene puntare più spesso che sull’acciaio al carbonio, tenere bassa la temperatura di interpassata — di norma sotto 150 °C, salvo diversa indicazione del procedimento — e lavorare con sostegno o barra di rame su lamiera sottile.
Materiale d’apporto
In Europa si ordina secondo EN ISO 14343; le sigle AWS stanno a fianco perché compaiono nella documentazione internazionale.
| Materiale base | EN ISO | AWS | Nota |
|---|---|---|---|
| 1.4301 / 1.4307 (304, 304L) | W 19 9 L | 308L | L’abbinamento austenitico standard |
| 1.4401 / 1.4404 (316, 316L) | W 19 12 3 L | 316L | Conserva il molibdeno per la tenuta al pitting |
| Inox con acciaio al carbonio | W 23 12 L | 309L | Tollera la diluizione senza infragilire |
| Duplex 1.4462 (2205) | W 22 9 3 N L | 2209 | Più nichel per bilanciare la ferrite del cordone |
| 1.4541 / 1.4550 (321, 347) | W 19 9 Nb | 347 | Conserva l’elemento stabilizzante |
La L è determinante. Le qualità senza L contengono carbonio a sufficienza per sensibilizzare; sono le versioni a basso carbonio quelle che i procedimenti attuali prescrivono, e la differenza di resistenza è trascurabile per il giunto.
Il duplex è un altro problema
Il duplex — 1.4462 (2205) e le qualità super duplex — è all’incirca metà austenite e metà ferrite, e quell’equilibrio gli dà insieme resistenza meccanica e tenuta ai cloruri. La saldatura lo disturba in entrambi i sensi:
- Con poco calore il cordone si raffredda troppo in fretta perché l’austenite si riformi. Il giunto resta carico di ferrite, duro e poco tenace.
- Con troppo calore precipitano fasi intermetalliche — fra cui la sigma — e si distrugge la resistenza alla corrosione per cui la lega è stata comprata.
Il duplex non è quindi un materiale della regola «il più freddo possibile». Ha una finestra di apporto termico, abitualmente citata tra 0,5–2,5 kJ/mm, ed è il procedimento qualificato a fissarla. Il gas di rovescio porta spesso una piccola aggiunta di azoto perché la radice conservi il proprio, e la temperatura di interpassata è limitata in modo rigido.
Se c’è un materiale su cui la WPS non è una formalità, è questo.
Ordine in officina
- Spazzole e abrasivi dedicati. Tutto ciò che abbia toccato acciaio al carbonio incrosta particelle di ferro, che arrugginiscono e innescano corrosione per pitting. È la causa più frequente dell’«inox che si è arrugginito».
- Stoccaggio separato. Non lasciare inox sullo stesso banco dove si taglia acciaio al carbonio.
- Pulire prima, non dopo. Sgrassare per primo: spazzolare una superficie unta spinge il grasso nel metallo.
Perché l’apporto termico è tutto l’argomento
Rileggendo i difetti qui sopra, lo schema si vede senza fatica. La sensibilizzazione è tempo a temperatura. La colorazione è temperatura massima. La deformazione è energia totale. Il duplex è una finestra di apporto termico. Nessuno di questi è un problema di abilità manuale.
Per questo il procedimento pesa sull’inox più che sulla maggior parte dei materiali, ed è qui che il TIG a filo caldo presenta il proprio caso. Alimentare l’apporto meccanicamente e preriscaldato significa che l’arco non deve fondere filo freddo, quindi lo stesso giunto si riempie a una velocità di avanzamento parecchio maggiore — e meno tempo su un punto è meno calore nel pezzo. TIP TIG offre il minor apporto termico di tutti i procedimenti a filo, il che sull’inox si traduce direttamente in meno tempo nella fascia di sensibilizzazione, meno colorazione da rimuovere e meno deformazione da correggere.
La prova pratica sta nel lavoro controllato: su tubazione sottomarina con rivestimento interno in Inconel per CNOOC, dove il TIG convenzionale era troppo lento e il MIG pulsato non teneva la qualità, il requisito era il 100 % di radiografia senza riprese — il caso completo è qui. La guida a metalli e leghe mostra dove vale lo stesso ragionamento.
In sintesi
L’inox si salda con facilità e perde la resistenza alla corrosione con altrettanta facilità, ed entrambe le cose dipendono dal calore. Apporto a basso carbonio abbinato al materiale base, gas di rovescio su ogni radice a piena penetrazione, temperatura di interpassata bassa e la colorazione trattata come difetto e non come finitura. Il duplex ha bisogno del proprio apporto termico dentro una finestra, non semplicemente basso. E le spazzole in acciaio al carbonio restano dall’altra parte dell’officina.