Issue 9

B. Atzori et alii, Frattura ed Integrità Strutturale, 9 (2009) 27 - 32 ; DOI: 10.3221/IGF-ESIS.09.03 28 Scopo del presente lavoro è l’analisi, sia teorica che sperimentale, dell’influenza dello spessore del cordone di saldatura sulla resistenza a fatica dei giunti saldati a croce, onde chiarire se il non tenerne conto, da parte delle normative di progettazione, sia giustificato o rappresenti invece un errore da correggere. A NALISI TEORICA e normali tecnologie di saldatura portano alla formazione di un cordone di saldatura che si raccorda con la lamiera base in maniera brusca, con raggi di raccordo di entità molto limitata (dell’ordine dei decimi di millimetro) ai quali corrisponde un effetto di intaglio molto elevato, al contrario di quanto avviene con tecnologie o procedimenti particolari, atti ad aumentare questo raggio di raccordo, rendendolo più dolce (dell’ordine di alcuni millimetri) e riducendo così l’effetto di intaglio, con conseguente aumento della resistenza a fatica. E’ stato evidenziato da tempo come, solo nel caso delle tecnologie di saldatura normali, la resistenza a fatica sia determinata dal campo di tensione che si ha in prossimità del piede del cordone di saldatura (poco dipendente dal valore del raggio di raccordo, purché piccolo), e non dal picco valutato in campo lineare elastico, molto dipendente invece dal raggio di raccordo [4, 5] . Tale campo di tensione presenta un andamento esponenziale, analogo a quello che si ha in prossimità di una cricca nel caso della meccanica della frattura, ma con un esponente diverso, non più pari a 0.5 ma dipendente dall’ampiezza dell’angolo formato dal cordone di saldatura con la lamiera base. Nel caso di un cordone simmetrico rispetto alle due lamiere disposte ortogonali, con un’inclinazione di 45° rispetto a ciascuna lamiera e quindi con angoli di apertura pari a 135°, l’esponente risulta pari a 0.326, in analogia a quanto trovato da Williams [6] per gli intagli acuti con uguale angolo di apertura. L’approccio che studia le capacità di resistenza a fatica delle strutture saldate basandosi su questi concetti, denominato NSIF (Notch Stress Intensity Factor), è stato sviluppato e formalizzato da diversi autori [7-19]. In particolare, Lazzarin e Tovo [12] lo hanno applicato all’analisi teorica dei giunti saldati a croce, giungendo ad esplicitare l’intensità del campo di tensione locale in funzione della forma del giunto, cioè, con riferimento alla Fig. 1 , ai rapporti T/t tra gli spessori delle lamiere e b/t tra il piede del cordone di saldatura e lo spessore t della lamiera soggetta al carico. Senza entrare in questa sede in maggiori dettagli sulla trattazione effettuata da Lazzarin e Tovo, che esulerebbe dagli obiettivi della presente analisi, i risultati da loro raggiunti possono essere applicati al caso in esame, evidenziando la variazione relativa del campo di tensione (e quindi della resistenza a fatica ad un determinato numero di cicli) al variare dei rapporti dimensionali sopra ricordati. Inoltre, poiché al variare della criticità del giunto saldato, la curva di Woehler varia semplicemente traslando parallelamente a se stessa in un diagramma doppio logaritmico [5], la variazione della resistenza a fatica è la stessa indipendentemente dalla vita prevista, purché nel campo delle vite a termine. E’ pertanto possibile costruire il diagramma di Fig. 2 che, nell’ipotesi di cordone portante a piena penetrazione con innesco al piede del cordone di saldatura e propagazione nella lamiera base e pendenza del cordone stesso pari a 45°, riporta, per un rapporto T/t pari a 3, la variazione della prevedibile resistenza a fatica al variare di b/t. La resistenza a fatica è espressa in termini di range di sollecitazione  σ, pari alla differenza tra la σ massima e la σ minima del ciclo di sollecitazione, supposto costante nel tempo, ed è riferita al valore  σ 1 assunto nel caso di b = t. L’analisi teorica, che è in corso di approfondimento per estenderla al caso di saldatura a parziale penetrazione e a valori più elevati del rapporto b/t, sembra indicare un leggero miglioramento della resistenza a fatica al crescere dello spessore del cordone di saldatura. Figura 1 : Tipologia di giunto saldato analizzato. L