Distorsioni di saldatura: come si progetta una struttura in carpenteria che resta in tolleranza

Il telaio che non entra più nella dima

Un telaio in tubolare quadro 40x40, spessore 3 mm, acciaio S235JR. Otto cordoni d'angolo, disegno corretto, tolleranze generali secondo ISO 2768-mK. Dopo la saldatura il telaio non passa più il controllo sulla dima di montaggio: due angoli sono fuori piano di quasi 3 mm, la diagonale è sbagliata di 4 mm.

Il disegno non aveva un errore. Il problema è che nessuno aveva deciso, prima di accendere la torcia, in che ordine saldare i cordoni e come tenere fermo il pezzo mentre si raffreddava. In carpenteria succede più spesso di quanto si pensi, e quasi sempre si scopre a saldatura finita, quando il pezzo è già in dima di controllo e rifare un cordone costa il doppio del previsto, tra scarifica, ripristino e nuova saldatura.

Da dove viene la distorsione

Il metallo fuso si contrae raffreddando, e la zona termicamente alterata attorno al cordone si contrae con lui. Su un giunto semplice l'effetto si somma in tre modi diversi, e raramente uno solo basta a spiegare il fuori quota che si misura in officina.

• ritiro trasversale: il cordone tira i due lembi l'uno verso l'altro, riduce la larghezza del pezzo di qualche decimo per lato
• ritiro longitudinale: accorcia il cordone nella sua direzione, poco visibile su un giunto corto, evidente su una trave lunga
• distorsione angolare: il cordone si raffredda in modo asimmetrico tra faccia superiore e radice, e il pezzo si inarca
• effetto cumulativo della sequenza: ogni cordone successivo lavora su un pezzo già deformato dal precedente, e l'errore si somma invece di compensarsi

Cosa si decide sul disegno, non in officina

La sequenza di saldatura non è un dettaglio da lasciare al saldatore del turno. Va indicata sul disegno costruttivo insieme ai cordoni: saldature a passi alternati e simmetrici rispetto al baricentro del pezzo, non tutte da un lato e poi dall'altro. Su una trave lunga conviene saldare dal centro verso le estremità, non da un'estremità all'altra, per lasciare al pezzo la possibilità di muoversi senza accumulare tensione in un'unica direzione.

La dima di saldatura fa il resto: blocca i punti che devono restare fermi, lascia libero ciò che deve potersi ritirare. Una dima troppo rigida non impedisce la distorsione, la sposta altrove, spesso in un punto meno controllato. Per pezzi che vanno in serie anche piccola, la dima si progetta insieme al pezzo, non dopo il primo scarto. Per pezzi ricorrenti conviene numerare i cordoni direttamente sul disegno, nell'ordine in cui vanno eseguiti: è un'informazione che costa due minuti al disegnatore e ne fa risparmiare ore al saldatore.

Tolleranze e sovrametallo, non improvvisazione

La norma ISO 13920 classifica le tolleranze dimensionali e di forma per le costruzioni saldate, con classi da A a D in base a quanto la geometria può derivare dal processo. Va richiamata sul disegno prima di produrre, non usata a posteriori per giustificare un pezzo fuori quota.

Su strutture destinate a lavorazione meccanica dopo saldatura — piani di appoggio, sedi di cuscinetto, fori di interfaccia — si lascia un sovrametallo di 1-2 mm da asportare dopo il rilascio delle tensioni, così la lavorazione parte da una geometria stabile e non da un pezzo che continua a muoversi. È la stessa logica che usiamo quando disegniamo un assieme saldato per un cliente della zona industriale di Eboli: la sequenza di saldatura e la dima entrano nel progetto esecutivo, non restano un'improvvisazione da banco.