Nella lavorazione dei metalli, scegliere la tecnica di giunzione sbagliata può compromettere la resistenza del pezzo, aumentare i costi e allungare i tempi di lavorazione. Eppure, la distinzione tra saldatura autogena e brasatura, due tra i metodi più diffusi in ambito industriale e artigianale, genera ancora oggi molta confusione.
Le domande che tornano più spesso sono sempre le stesse: il metallo di base deve fondere o no? Quali temperature servono? E soprattutto, quale tecnica è quella giusta per la mia applicazione?
Questa guida risponde a queste domande in modo diretto, partendo dalle definizioni e arrivando ai dettagli pratici: processi, materiali di apporto, vantaggi e limiti di ciascuna tecnica.
Unire pezzi metallici tramite calore o pressione, con o senza materiale di apporto, questa è, nella sua definizione più diretta, la saldatura. Esistono però molte tecniche diverse per ottenerla, ognuna con vantaggi e svantaggi specifici (per saperne di più sulle tecniche di saldatura leggi anche l'articolo Come eseguire correttamente una saldatura dell'alluminio).
Il punto di partenza per orientarsi è la distinzione tra saldature autogene ed eterogene, due famiglie di processi con logiche, temperature e campi di applicazione molto diversi.
Nella saldatura autogena il metallo di base partecipa direttamente alla costituzione del giunto, è questa la sua caratteristica principale. Può avvenire per fusione, quando si portano i lembi allo stato liquido, oppure per pressione, dove sono solo le superfici di contatto a liquefarsi per essere accostate. In entrambi i casi si può operare senza materiale di apporto, oppure aggiungendone uno dello stesso tipo dei pezzi da saldare.
Prima di tutto, i materiali devono essere compatibili. I pezzi da unire vanno puliti accuratamente per rimuovere residui di sporco e ossido in superficie, un'operazione che richiede detergenti specifici e una buona spazzola metallica.
Poi, a prescindere dalla tecnica scelta, le parti da congiungere vanno posizionate e fissate. A quel punto si portano si portano alla temperatura di fusione sia il metallo di base che il materiale di apporto, se previsto, e lo spazio tra i bordi viene colmato con il metallo allo stato liquido.
Tra le procedure più consolidate troviamo le saldature a gas e quelle ad arco elettrico. Entrambe garantiscono la massima tenuta del giunto, ma richiedono temperature elevate, il rischio principale è quello di deformazioni importanti sui pezzi trattati.
Sul fronte dell'innovazione, esistono anche tecniche che sfruttano sorgenti laser, ultrasuoni e fasci di elettroni, impiegate soprattutto in ambiti industriali ad alta precisione.
Brasatura e saldobrasatura rientrano nella categoria delle saldature eterogene. A differenza di quelle autogene, qui il metallo di base non fonde mai. Viene scaldato solo quanto basta a permettere lo scorrimento della lega di brasatura, che può essere di composizione diversa rispetto ai componenti da unire.
L’importante è che il punto di fusione del materiale di apporto sia più basso rispetto a quello dei materiali di base. Quando si scioglie, il prodotto di apporto viene inserito nel giunto capillare.
In ogni caso, prima di procedere, è necessario pulire i metalli da saldare distribuendo un un disossidante o un flussante, servono a rimuovere la patina di ossido che si forma sulla superficie a contatto con l'aria.
Per la saldobrasatura c'è un passaggio preparatorio aggiuntivo, i lembi vanno lavorati con apposite cianfrinature, che verranno riempite dal materiale di apporto fuso.
Quello che rende possibile il giunto è un fenomeno fisico preciso: durante il riscaldamento, le molecole del metallo di base si allontanano e il materiale di apporto fuso penetra tra di esse. Raffreddandosi, le molecole si riavvicinano inglobando quelle del prodotto di apporto, è la cosiddetta diffusione atomica.
Nel processo di brasatura, i pezzi vengono accostati lasciando dei meati di 0,05–0,2 mm: uno spazio calibrato per consentire la penetrazione capillare della lega di brasatura. I materiali di base vengono scaldati uniformemente finché il materiale di apporto, a contatto con i lembi riscaldati, si liquefa e riempie gli spazi. Il meccanismo che lo rende possibile è la bagnatura, ovvero la capacità del metallo allo stato liquido di aderire alla superficie con piccoli angoli di contatto.
Il risultato è un giunto solido, ottenuto grazie alla formazione di una lega e alla diffusione atomica.
Qual è la differenza tra saldatura autogena ed eterogena? La risposta principale riguarda il comportamento del metallo di base: nella saldatura autogena si porta a fusione, nella brasatura no. La tabella seguente mette a confronto le caratteristiche principali delle due tecniche.
|
Caratteristica |
Saldatura autogena |
Brasatura / saldobrasatura |
|
Fusione del metallo di base |
Sì |
No |
|
Materiale di apporto |
Stesso tipo del base (o assente) |
Diverso dal metallo di base |
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Temperature tipiche |
Spesso >1000°C |
Da <450°C a >900°C |
|
Resistenza meccanica del giunto |
Molto elevata |
Variabile (dolce = bassa, saldobrasatura = alta) |
|
Distorsione termica |
Alta |
Bassa |
|
Possibilità di unire materiali diversi |
Limitata |
Sì |
|
Applicazioni tipiche |
Strutture metalliche, impianti industriali |
Elettronica, idraulica, gioielleria, officina |
Sul piano dei vantaggi, brasatura e saldobrasatura offrono un ventaglio di possibilità piuttosto ampio:
la possibilità di unire anche materiali diversi
necessita di una bassa energia termica
è adatta anche a materiali non metallici
l’ampia gamma di leghe brasanti consente molte applicazioni diverse
possibilità di unire elementi che hanno dimensioni diverse
provoca una bassa distorsione
riduce il rischio di fessurazione
è una procedura poco costosa
nel caso della saldobrasatura il giunto è resistente ed elastico
e l’aspetto estetico del giunto è impeccabile.
Di contro, però:
la saldobrasatura in particolare richiede molta precisione
è necessario effettuare anche una accurata pulizia dopo la brasatura per evitare il rischio di corrosione
spesso sono necessari dei dispositivi di fissaggio
nel caso della brasatura il giunto ha scarsa elasticità e resistenza meccanica rispetto a quando entrano in fusione anche i lembi da unire.
A seconda della temperatura di lavoro e del materiale di apporto impiegato, la saldatura eterogena si distingue in tre varianti: brasatura dolce, brasatura forte e saldobrasatura. Il confine tra le prime due è il punto di fusione del materiale di apporto.
Nella brasatura dolce si lavora al massimo a 450°C. Si utilizzano di solito leghe di stagno e piombo, che abbassano sensibilmente la soglia termica di scioglimento. È la tecnica più diffusa in elettronica, dove temperature elevate danneggerebbero i componenti.
Nella brasatura forte si superano i 450°C con leghe contenenti argento, rame, oro, nickel oppure ottone. I giunti che ne risultano hanno una resistenza meccanica significativamente superiore rispetto alla brasatura dolce.
Nella saldobrasatura si impiegano metalli con temperature di fusione superiori a 900°C, vicine alla soglia di liquefazione dei componenti da saldare.
Antichissima nelle origini, la saldatura eterogena è ancora oggi ampiamente diffusa a livello industriale, artigianale e casalingo. La sua versatilità ne spiega la longevità. In molti casi rappresenta una scelta obbligata, ma come tutte le lavorazioni che comportano rischi, non va mai improvvisata: conoscere i processi e disporre degli strumenti adeguati è indispensabile.
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È una tecnica di giunzione in cui il metallo di base partecipa direttamente alla formazione del giunto, fondendo per fusione o per pressione. Può avvenire con o senza materiale di apporto dello stesso tipo dei pezzi da unire.
R: Nella saldatura autogena il metallo di base raggiunge la fusione; nella brasatura no. Il metallo di base viene solo riscaldato quanto basta per far scorrere il materiale di apporto, che ha un punto di fusione più basso.
R: In termini di resistenza meccanica, la saldatura autogena per fusione (ad esempio quella a gas o ad arco elettrico) garantisce la tenuta del giunto più elevata. Tra le tecniche eterogene, la saldobrasatura offre una buona combinazione di resistenza ed elasticità.
R: Brasatura dolce (fino a 450°C, leghe di stagno e piombo), brasatura forte (oltre 450°C, leghe con argento, rame, oro, nickel o ottone) e saldobrasatura (oltre 900°C, materiali di apporto vicini al punto di fusione dei pezzi da saldare).
R: Il flussante rimuove la patina di ossido che si forma sulla superficie dei metalli a contatto con l'aria durante il riscaldamento. Senza di esso, il materiale di apporto non riesce ad aderire correttamente ai lembi.