Unire senza fondere: c’è la brasatura
L’esigenza di assemblare dei pezzi metallici evitandone la fusione dei pezzi è molto antica, e d’altra parte a quanto pare già Fenici ed Etruschi avevano il know-how. Persino il papiro di Leida, antichissimo documento che risale al III secolo a.C. menziona un metodo idoneo a operare in tale senso.
E quel metodo ha attraversato i secoli: la brasatura è ai giorni nostri uno tra i procedimenti più richiesti e applicati tanto nel mondo dell’artigianato quanto in quello dell’industria.
Una soluzione per cinque problemi!
La brasatura è un processo endotermico per collegare stabilmente giunti metallici. La brasatura a differenza della saldatura può unire tra loro giunti omogenei ed eterogenei in quanto la temperatura di liquidus del metallo d’apporto è sempre inferiore alla temperatura di fusione dei materiali base permettendo di mantenere integre le geometrie dei profili della giunzione.
Ma quando si rende necessario ricorrere alla brasatura? Dai un’occhiata alle casistiche qui sotto:
- è necessario contenere il riscaldamento del pezzo
- i giunti sono costituiti da materiali difficilmente saldabili
- i pezzi sono di natura differente e la loro saldatura è impossibile
- l’aspetto estetico del giunto è di importanza prioritaria o indispensabile
- in funzione della temperatura di fusione del metallo d’apporto possono essere utilizzati diversi mezzi di riscaldamento.
I fenomeni fisici attraverso i quali si realizza la brasatura sono la penetrazione capillare, la bagnatura e la diffusione atomica della lega brasante nel pezzo da brasare. La prima si realizza creando adeguati meati tra i componenti da unire; la seconda invece sfrutta la capacità che ha un metallo liquido di appoggiarsi su una superficie con piccoli angoli di contatto. La terza realizza, tramite scambio atomico fra la lega brasante ed il metallo base, l’unione metallurgica.
Per aiutarti meglio, la brasatura si fa in 3
Dopo questo biglietto da visita, mi pare che la brasatura meriti un po’ del nostro tempo.
Allora cominciamo con il ricordare che questo processo si articola in più di una tipologia:
■ brasatura dolce o soldering
È caratterizzata dall’utilizzo di materiali di apporto con temperature di fusione minori di 450 °C. La più conosciuta è la cosiddetta brasatura a stagno ampiamente utilizzata in elettronica. Per tale tipo di brasatura veniva utilizzata una lega stagno-piombo con titolo 60/40. In seguito alla normativa RoHS è stata sostituita da leghe stagno-rame (99,3/0,7) e stagno-argento (96/4).
■ brasatura forte o brazing
È caratterizzata dall’utilizzo di materiali di apporto con temperature di fusione superiori ai 450 °C. A seconda delle caratteristiche richieste e dei metalli da saldare possono venir usate varie leghe. Leghe a base di argento, rame e zinco con temperatura di fusione fra i 600 e i 700 °C vengono usate per la brasatura di acciai al carbonio e di leghe di rame. Il rame viene usato per la brasatura di acciaio al carbonio e di acciai inossidabili. Per la brasatura di acciaio inossidabile e leghe ad alto tenore di nichel si utilizzano anche leghe a base di nichel.
■ saldobrasatura, o braze welding
È caratterizzata dall’utilizzo di materiali di apporto con temperature di fusione superiori alla brasatura forte e comunque inferiore al punto di fusione del materiale del giunto. Nella versione tradizionale presuppone la preparazione del giunto tipica della saldatura autogena a fusione e utilizza leghe di apporto fondenti a temperature inferiori ai metalli del giunto, come tipicamente si osserva nella saldobrasatura di testa di un tubo di acciaio su una flangia di acciaio, o in una riparazione su ghisa o un riporto su bronzo.
La giunzione tra i due materiali base si realizza attraverso vari fenomeni fisici, tra cui il più importante è la diffusione della lega d’apporto nella struttura intergranulare del materiale base. Nella tabella sotto sono elencate, in relazione ai materiali sottoposti al processo, le leghe più comunemente usate e le relative temperature.
| MATERIALE BASE | MATERIALE D’APPORTO | TEMPERATURA DI FUSIONE |
| Acciaio al C | Leghe Ag-Cu-Zn Leghe Cu-Zn-Si Leghe Cu-Zn-Ni Leghe Sn-Ag |
800 °C 880 °C 900 °C 230 °C |
| Acciaio INOX | Leghe Sn-Ag Leghe Cu-Zn-Ni |
230 °C 900 °C |
| Rame | Leghe Cu-P-Ag Leghe Cu-P Leghe Ag-Cu-Zn |
710 °C 740 °C 800 °C |
| Alluminio | Leghe Al-Si | 500 °C |
A differenza della brasatura, usando leghe di apporto a temperature relativamente elevate non può sfruttare a pieno il fenomeno della capillarità tipico della brasatura, non presuppone quindi i giunti a sovrapposizione tipici della brasatura.
Durante il processo la lega bassofondente si diffonde su tutta la sezione del tratto da unire. La lega solidifica e “ancorandosi” al materiale base garantisce l’unione del giunto. Le caratteristiche meccaniche del giunto sono normalmente inferiori a quelle ottenibili in saldatura. Mentre nella brasatura il riscaldo è limitato alla lega, nella saldobrasatura si porta in temperatura (comunque inferiore a quella di fusione) anche il materiale base. Al fine di evitare l’ossidazione dei giunti è necessario utilizzare disossidanti in polvere, pasta, liquidi o sotto forma di rivestimento sulle bacchette d’apporto.
Il procedimento può impiegare fiamma aero-combustibile laddove siano richiesti apporti termici poco elevati. Le performances migliori si ottengono comunque con fiamma ossigeno e combustibile (acetilene, FLAMAL 28/2800, propano, metano, idrogeno).
La saldobrasatura è versatile e si presta a molti impieghi, che voglio ripercorrere:
◊ saldobrasatura dell’acciaio (ferro)
Realizzato il giunto in funzione del tipo di sollecitazione cui è soggetto, meglio al taglio, pulire in modo da eliminare ossidi e impurezze, spalmare il disossidante e portare alla temperatura di 800÷950°C affinché la barretta di lega, normalmente ottone al silicio, preventivamente scaldata e immersa nel disossidante, portata a contatto del giunto possa fondere e diffondersi nella struttura intergranulare dei metalli del giunto stesso. I giunti a T o tubo dentro tubo non richiedono particolari preparazioni perché formano un contenitore naturale atto a contenere il metallo di apporto. Il disossidante maggiormente usato è quello liquido erogato da apparecchio vaporizzatore mediante la fiamma, con questo sistema il saldatore può continuamente apportare nuovo disossidante attraverso la fiamma dirigendola nella zona di saldatura.
◊ saldobrasatura del ferro zincato
È il sistema maggiormente usato per la giunzione di tubi e lamiere zincate ,la saldobrasatura avviene a temperature inferiori a 900°C e pur portando a fusione lo strato protettivo di zinco riducendone lo spessore, non ne provoca la sublimazione (930°C) e quindi la scomparsa. Il giunto rimane protetto dalla zincatura anche nelle zone in prossimità della saldatura e quindi preservato dalla corrosione. Il disossidante maggiormente usato è quello liquido erogato da apparecchio vaporizzatore mediante la fiamma, con questo sistema il saldatore può continuamente apportare nuovo disossidante attraverso la fiamma dirigendola sia nella zona di saldatura che nelle zone limitrofe evitando così di danneggiare la zincatura.
◊ saldobrasatura del rame e bronzo
Il sistema di preparazione dei giunti e i sistemi operativi sono simili ai precedenti. La temperatura di bagnatura è di 850÷950 °C, poiché il rame ha una alta conducibilità termica, si consiglia di usare cannelli di notevole potenza. I disossidanti usati sono quelli già descritti, in particolare quelli liquidi erogati da apparecchio vaporizzatore mediante la fiamma.
◊ saldobrasatura dell’alluminio
Il sistema di preparazione dei giunti e i sistemi operativi sono simili ai precedenti.
La lega di apporto usata è Al – Si =12%, dotata di buona scorrevolezza in combinazione con gli appositi disossidanti, e fondente a 580°C. Se necessario ottenere un giunto di colore uguale all’alluminio si usa la lega Al – Si = 5% fondente a 630 °C, la temperatura è molto vicina a quella di fusione dell’alluminio, è necessario fare attenzione a non rifonderne i lembi. La fiamma deve essere morbida e leggermente carburante.
Come si effettua la brasatura
La brasatura può essere effettuata
- sia con mezzi simili a quelli utilizzati per la saldatura ossiacetilenica (brasatura al cannello),
- sia con riscaldamento elettrico (tipiche le saldobrasature utilizzate in elettronica),
- sia in forno sottovuoto o in atmosfera controllata, per ottenere giunti di qualità più elevata e più controllabile.
Quanto alla lega brasante, deve soddisfare almeno due requisiti:
- dev’essere in grado di bagnare il metallo o i metalli base,
- deve poter salire per capillarità entro meati molto stretti (le dimensioni tipiche di un meato per brasatura si collocano attorno a 1/10 di mm).
Mentre per le brasature dolci si usano come materiale brasante leghe di stagno, piombo e (o) antimonio, le brasature forti richiedono leghe di argento, oro, palladio, rame e nickel. Spesso per le brasature che devono essere effettuate a temperature superiori a 1000 °C si utilizza il nickel, solo o in lega binaria o ternaria. I disossidanti hanno la proprietà di promuovere la bagnabilità rimuovendo gli ossidi che si formano ad alta temperatura. Non sono sostitutivi della pulizia iniziale dei pezzi.
Campi di applicazione e vantaggi della brasatura
Anche riducendo l’elenco ai principali utilizzi, emergono ambiti significativi:
- industrie ciclo e motociclo,
- industrie elettrodomestici,
- impianti chimici e termosanitari per la brasatura di tubazioni in rame con giunto a bicchiere.
Perché scegliere di brasare un particolare piuttosto che saldarlo? Innanzitutto perché la brasatura permette l’unione di materiali dissimili, e questo è praticamente sempre impossibile con le consuete tecniche di saldatura. Aggiungo che l’esperienza ha ampiamente dimostrato che la brasatura è un metodo collaudato e assolutamente affidabile.
La quantità di vantaggi che garantisce è notevole. Eccoli:
- linea di bordo definita,
- riduzione della granulosità,
- tempo di saldatura limitato e minor dispendio di energia,
- eccellente resistenza alla trazione nei test,
- minore resistenza all’abrasione nei test.
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Non per caso ho cominciato dalle cinque emergenze alle quali la brasatura risponde perfettamente. Non ti auguro di trovarti in uno di quei “pasticci”, ma se per caso lo stai affrontando o hai in piano di affrontarlo, spero che qualcuna delle indicazioni date ti porti a risolvere ‘presto e bene’. E se non sono stato chiaro chiamami che mi spiego meglio!
È fuor di dubbio che la brasatura permette al materiale d’apporto (molto fluido) di raggiungere in maniera capillare ogni area riscaldata delle due parti da congiungere.
A fare la differenza dal punto di vista tecnico, il mio punto di vista dunque, c’è il fatto che, nel caso della brasatura, non abbiamo una fusione del materiale base, ma soltanto di quello d’apporto che si salda superficialmente ottenendo, così, un ottimo effetto di coesione.
Io posso mostrarti come, e se tu nel frattempo hai già fatto i conti sai perché. Detto questo, se non è la solita saldatura che cerchi, parliamone! Noi siamo competenti anche sulle cose di routine, ma in quelle eccezionali diamo il meglio di noi.