Saldatura, brasatura e saldobrasatura: tecniche a confronto
La differenza principale riguarda il comportamento del materiale base durante la lavorazione: nella brasatura e nella saldobrasatura non fonde, nella saldatura sì. Per essere più precisi:
- nella saldobrasatura e nella brasatura fonde soltanto la lega d’apporto: a differenziare questi due processi, invece, è la preparazione del giunto e il modo in cui la lega viene introdotta.
- la saldatura unisce due componenti attraverso la fusione localizzata del materiale base, con o senza materiale d’apporto.
In particolare, quando la saldatura avviene senza materiale d’apporto, il giunto si forma dalla sola fusione dei lembi e ha quindi la stessa composizione dei materiali di partenza, anche se la zona fusa e quella termicamente alterata presentano una struttura cristallina diversa.
Con l’uso di materiale d’apporto, invece, la zona saldata può avere una composizione diversa, a meno che non si scelga una lega analoga al materiale base.
Brasatura: una famiglia di processi senza fusione del materiale base
Con il termine brasatura si indica una famiglia di processi in cui il materiale base non fonde intenzionalmente.
Fonde invece la lega d’apporto, la cui temperatura di liquidus, cioè la temperatura sopra la quale la lega è completamente liquida, è inferiore alla temperatura di solidus dei materiali da unire, termine che indica la temperatura al di sotto della quale un qualsiasi materiale è completamente solido e oltre la quale inizia a fondere.
La lega bagna le superfici e, nei giunti con gioco ridotto e controllato, penetra per capillarità nello spazio tra i componenti.
Il collegamento, di conseguenza, non è una semplice adesione, ma un’unione metallurgica vera e propria tra materiale di base e lega. La sua qualità dipende da diversi fattori:
- Bagnabilità delle superfici: la lega fusa deve distendersi uniformemente sulle superfici, perché una bagnatura incompleta riduce la sezione resistente del giunto.
- Capillarità: nei giunti progettati per sfruttarla, richiama la lega fusa nell’intercapedine e la distribuisce su tutta la superficie di accoppiamento.
- Diffusione e interazione tra lega e materiale base: l’interazione che avviene all’interfaccia tra i due materiali trasforma il contatto in un collegamento stabile.
- Pulizia e preparazione delle superfici: ossidi e contaminazioni ostacolano la bagnatura, per questo si impiega spesso un disossidante (flussante) o si lavora in atmosfera protettiva.
- Controllo del gioco e della temperatura: un gioco eccessivo o variabile compromette la capillarità, una temperatura errata impedisce alla lega di scorrere o altera il materiale base.
All’interno della famiglia si distinguono la brasatura dolce, con leghe che fondono sotto i 450 °C, e la brasatura forte, con leghe che fondono sopra i 450 °C ma al di sotto della temperatura di fusione del metallo base.
Saldobrasatura: brasatura forte con un giunto preparato come per la saldatura
La saldobrasatura è una particolare applicazione della brasatura forte. Anche in questo caso il materiale base non dovrebbe fondere: la differenza rispetto alla brasatura tradizionale sta nella configurazione del giunto e nella modalità di apporto della lega.
Nella brasatura la lega viene generalmente distribuita in un giunto sovrapposto o con una distanza controllata, sfruttando la capillarità. Nella saldobrasatura, invece, il giunto viene preparato in modo più simile a quello di una saldatura, per esempio con lembi, gole o smussi, e la lega viene depositata per riempirne il volume, anche con una o più passate.
La soglia dei 450 °C che abbiamo menzionato poco fa, di conseguenza, è utile per distinguere brasatura dolce e forte, ma non è l’unico elemento che rende diverse brasatura e saldobrasatura. Non a caso la norma UNI EN ISO 4063 tratta separatamente la nomenclatura dei processi di saldatura, brasatura e saldobrasatura.
Per le leghe, inoltre, è più corretto parlare di intervallo di fusione (tra solidus e liquidus) che di punto di fusione.
I tre processi a confronto
Quando si parla di queste tre tecniche di giunzione, le distinzioni e le precisazioni terminologiche sono molte. Una tabella di sintesi, dunque, è utile per riassumere le differenze principali:
| Aspetto | Saldatura | Brasatura | Saldobrasatura |
|---|---|---|---|
| Materiale base | Fonde localmente | Non fonde intenzionalmente | Non fonde intenzionalmente |
| Materiale d’apporto | Può essere presente o assente | Sempre presente | Sempre presente |
| Temperatura | In prossimità o superiore alla fusione del materiale base | Inferiore alla fusione del materiale base | Inferiore alla fusione del materiale base |
| Preparazione del giunto | Lembi, smussi o altre preparazioni | Gioco controllato, spesso per capillarità | Preparazione simile a un giunto saldato |
| Modalità di apporto | Bagno di fusione | Riempimento del giunto, spesso per capillarità | Deposizione della lega nel giunto |
| Materiali unibili | Spesso materiali compatibili metallurgicamente | Anche materiali dissimili | Anche materiali dissimili, se la lega è compatibile |
| Effetto termico | Generalmente maggiore | Generalmente più contenuto | Più contenuto della saldatura, ma spesso superiore a una brasatura capillare |
Il confronto mostra che brasatura e saldobrasatura condividono lo stesso principio, ma si differenziano proprio nei parametri legati al giunto: preparazione, modalità di apporto ed effetto termico.
Quando e come scegliere tra saldatura, brasatura o saldobrasatura
La scelta del processo più indicato tra i tre dipende dai requisiti del componente e dalle condizioni in cui dovrà lavorare:
- Saldatura: è indicata quando servono continuità strutturale ed elevata resistenza e quando il progetto ammette, o richiede, la fusione dei lembi dei componenti. L’apporto termico più elevato va però valutato perché potrebbe generare tensioni residue e deformazioni.
- Brasatura: è adatta a giunti sovrapposti, componenti di piccole dimensioni, tubi, scambiatori, collegamenti capillari e assemblaggi in cui è importante limitare la deformazione.
- Saldobrasatura: è la soluzione più indicata quando la geometria del componente richiede un giunto preparato come per una saldatura, con lembi, gole o smussi da riempire con la lega, ma si vuole evitare la fusione dei materiali base o ridurre l’apporto termico rispetto alla saldatura.
Brasatura e saldobrasatura possono consentire anche l’unione di materiali dissimili, come rame e acciaio. Per valutare se il processo è fattibile è necessario considerare diversi fattori, tra cui compatibilità metallurgica, tipo di lega d’apporto, gioco del giunto, coefficienti di dilatazione e condizioni di esercizio.
Lo stesso vale per la resistenza del giunto. La saldatura consente spesso di ottenere collegamenti molto robusti, ma non è automaticamente la scelta migliore da questo punto di vista in ogni applicazione: la tenuta di un giunto dipende da diversi fattori, non solo dal processo scelto.
- Il primo è la combinazione di materiali. Su metalli dissimili la saldatura può risultare complessa o poco adatta, mentre una lega d’apporto compatibile permette di unirli senza portarli a fusione.
- Conta poi la geometria del giunto, insieme alla sezione portante, cioè la superficie che trasmette effettivamente il carico. Per questo nei giunti brasati la sovrapposizione viene dimensionata in funzione dello spessore dei componenti.
La qualità del processo di giunzione incide direttamente sulla presenza di difetti e discontinuità nella zona di unione. Porosità, vuoti o riempimenti incompleti riducono la sezione che lavora e diventano punti da cui può partire una rottura.
Anche la lega d’apporto va scelta in base alle prestazioni richieste, perché ne determina le caratteristiche meccaniche. Infine contano le condizioni di esercizio e il tipo di sollecitazione: un giunto che regge bene un carico statico può comportarsi diversamente sotto vibrazioni, cicli termici o fatica.
Temperatura e ciclo termico: come valutarli
Nella brasatura e nella saldobrasatura non basta restare sotto la temperatura di fusione del metallo base. Il processo lavora all’interno di una finestra di temperatura con due limiti precisi:
- quello inferiore è dato dalla lega d’apporto, che deve superare la propria temperatura di liquidus per essere completamente fusa e scorrere nel giunto;
- quello superiore è dato dal materiale base, che deve restare al di sotto della propria temperatura di solidus.
All’interno di questa finestra, ogni lega ha una temperatura di lavoro consigliata.
Raggiungere la temperatura giusta, però, non è sufficiente: conta anche come ci si arriva. Il calore deve distribuirsi in modo uniforme nella zona del giunto e restare applicato per il tempo necessario, senza eccessi. Anche il flussante o l’atmosfera protettiva vanno scelti in funzione della temperatura, perché devono porre al riparo le superfici dall’ossidazione per tutta la durata del ciclo.
Un ciclo termico mal gestito può danneggiare il materiale base anche senza fonderlo. Può modificarne la durezza, causare un rinvenimento o una ricottura locale, far perdere le proprietà ottenute con trattamenti termici precedenti o provocare fenomeni di erosione da parte della lega fusa. Per questo il controllo di temperatura e tempo è il vero punto critico del processo.
Saldobrasatura a induzione: la soluzione SEIT per un processo efficace e avanzato
La saldobrasatura richiede un controllo preciso del ciclo termico, sia per portare la lega d’apporto alla temperatura corretta, sia per evitare un’eccessiva alterazione o la fusione del materiale base. Il riscaldamento a induzione, da questo punto di vista, permette di concentrare l’energia nella zona del giunto e gestisce con elevata ripetibilità temperatura, tempo e distribuzione del calore.
Su questo principio la nostra azienda sviluppa generatori e sistemi automatici per la saldobrasatura a induzione che permettono:
- Riscaldamento localizzato: si riduce il riscaldamento delle zone non interessate, limitando deformazioni e alterazioni metallurgiche;
- Controllo della temperatura in tempo reale: il pirometro o la termocamera collegati al generatore modulano la potenza erogata. Con i generatori Platinum MF, in particolare, è possibile salvare e richiamare oltre 1000 programmi di potenza, tempo e temperatura.
- Erogazione controllata della lega: il dispensatore automatico di filo, abbinabile ai generatori Platinum HF, entra in funzione al raggiungimento della temperatura impostata ed eroga sempre la stessa quantità di lega d’apporto, senza vuoti né eccessi.
- Automazione e tracciabilità: la piattaforma Platinum TTintegra dispensazione del disossidante e del filo, controllo della temperatura e raffreddamento. Le stazioni lavorano in tempo mascherato e il sistema traccia qualità e quantità dei processi.
Il risultato è una qualità costante da un pezzo all’altro, anche su materiali dissimili come le termocoppie in ottone e acciaio. Altri casi applicativi interessano, ad esempio, i collettori in rame HVAC, i connettori banjo per l’automotive e la saldobrasatura delle resistenze elettriche termiche.
Vuoi capire se la saldobrasatura a induzione è la soluzione giusta per i processi e i componenti della tua azienda? Contatta il team tecnico di SEIT Elettronica per una consulenza e un preventivo su misura.
