Nel campo della lavorazione dei metalli, due tecniche si distinguono per la loro precisione e affidabilità: la saldatura e la brasatura.
Entrambi i metodi prevedono l'unione di pezzi metallici senza fondere i metalli di base, utilizzando un metallo d'apporto per unire i pezzi. Pur avendo delle similitudini, le loro caratteristiche distinte li rendono adatti a una varietà di applicazioni in tutti i settori.
La Saldatura è un processo che prevede l'uso di un metallo d'apporto (saldatura) con un punto di fusione inferiore a 450 °C. Questa tecnica è apprezzata per la sua capacità di creare giunzioni forti ed elettricamente conduttive, che la rendono una pietra miliare dell'industria elettronica. Dai circuiti stampati ai collegamenti dei fili, la saldatura è sinonimo di precisione e durata.
La Brasatura, invece, utilizza metalli d'apporto con un punto di fusione superiore a 450 °C ma inferiore al punto di fusione dei metalli di base. L'azione capillare del metallo d'apporto fuso tra parti vicine forma un legame forte e a prova di perdite. Questo metodo è ampiamente utilizzato nella produzione di utensili, componenti automobilistici e varie strutture metalliche, in quanto offre robustezza e resistenza alle alte temperature.
Il legame chimico-fisico tra i materiali può essere metallo-metallo o isolante-metallo. Questa connessione deve essere robusta, resistente alle alte temperature e compatibile con le condizioni di vuoto.
Se sottoposta a vuoto o a temperature elevate, la presenza di flusso su un componente elettronico può provocare effetti dannosi. Il flusso, che comprende acidi e sali, passa allo stato gassoso a causa della sua elevata pressione di vapore. La successiva condensazione del materiale di flusso sugli isolanti può creare percorsi conduttivi, dando luogo a correnti di dispersione che possono compromettere l'integrità del costoso componente. Purtroppo, i flussi più attivi (e quindi corrosivi) tendono a creare le connessioni più robuste. Alcuni attributi dei materiali, come la resistenza al vuoto, sono irraggiungibili in condizioni di produzione atmosferica standard. Inoltre, un problema notevole con le atmosfere convenzionali è l'inevitabile incorporazione di impurità gassose nella superficie della connessione.
La soluzione a questo problema risiede nell'impiego di tecniche di saldatura e brasatura ad alto vuoto. In entrambi i metodi, il legame tra i due materiali diversi viene stabilito attraverso una terza sostanza metallica, nota come materiale di riempimento della saldatura o della brasatura. La differenza fondamentale tra saldatura e brasatura è che la saldatura comporta principalmente un'adesione reversibile, mentre la brasatura porta alla diffusione irreversibile dei materiali, con il risultato di un legame significativamente più forte. L'intera procedura è condotta in un ambiente ad alto vuoto (HV) o ad altissimo vuoto (UHV). Questi ambienti eliminano il rischio di ossidazione e consentono l'uso di materiali di saldatura privi di flussante.
A sinistra: connessione convenzionale con impurità di gas incorporate.
A destra: connessione realizzata mediante saldatura e brasatura ad alto vuoto con quasi assenza di impurità.
Per soddisfare i requisiti specifici di vuoto del cliente per la saldatura e la brasatura, il tasso di perdita può essere ridotto a meno di 10-3 mbar-l/s e viene collegato un sistema di pompaggio ad alto vuoto. Dato che il trasferimento di calore nel vuoto avviene esclusivamente attraverso l'irraggiamento del calore, come descritto dalla legge di Planck sull'irraggiamento, il raggiungimento di un'uniformità ottimale della temperatura all'interno della zona calda dipende da un design altamente simmetrico del forno. Questa considerazione è fondamentale per garantire una distribuzione uniforme del calore e, di conseguenza, la qualità del processo di lega.
10 – 10-2 mbar
10-2 – 10-3 mbar
10-5 – 10-6 mbar
Per soddisfare i requisiti specifici di vuoto del cliente per la saldatura e la brasatura, il tasso di perdita può essere ridotto a meno di 10-3 mbar-l/s e viene collegato un sistema di pompaggio ad alto vuoto. Dato che il trasferimento di calore nel vuoto avviene esclusivamente attraverso l'irraggiamento del calore, come descritto dalla legge di Planck sull'irraggiamento, il raggiungimento di un'uniformità ottimale della temperatura all'interno della zona calda dipende da un design altamente simmetrico del forno. Questa considerazione è fondamentale per garantire una distribuzione uniforme del calore e, di conseguenza, la qualità del processo di lega.
Facendo circolare il gas attraverso la storta che incorpora uno scambiatore di calore, il recipiente raffreddato ad acqua accelera la velocità di raffreddamento nei forni a vuoto a parete fredda.
Sollevando la cappa e soffiando aria fredda sulla storta di quarzo si accelera il raffreddamento e si riducono i tempi del ciclo.
Raffreddamento ad aria della storta dall'esterno con una ventola a canale laterale. Questa semplice tecnica riduce i tempi di raffreddamento di un fattore 4.
Aprendo il forno per un breve periodo di tempo, la temperatura si abbassa grazie al raffreddamento naturale dell'aria. In alternativa, è possibile utilizzare una ventola per accelerare il raffreddamento. Si tenga però presente che l'usura dell'isolamento e dei riscaldatori aumenta.
I pezzi prodotti tramite saldatura e brasatura possono essere ricotti in atmosfera di vuoto o di gas per garantire una connessione stabile. Le sollecitazioni all'interno della connessione tra due materiali indeboliscono i legami e ne abbassano la qualità, fino a provocarne l'interruzione.
QATM, ad esempio, contribuisce a garantire il mantenimento di un'elevata qualità dei pezzi saldati e brasati. Con i suoi prodotti per il taglio, l'inglobamento, la lucidatura elettrolitica e l'analisi di fase, QATM è il partner perfetto per la Metallografia dei pezzi prodotti con tecniche di saldatura e brasatura.
La saldatura dolce e la brasatura sono processi di giunzione dei metalli che utilizzano un metallo d’apporto per unire i pezzi tra loro.
La principale differenza tra saldatura dolce e brasatura è la temperatura alla quale viene eseguito il processo. La saldatura dolce avviene a temperature inferiori a 450 °C, mentre la brasatura avviene a temperature superiori a 450 °C. Un ambiente sotto vuoto garantisce giunti puliti e un’ossidazione minima.
La brasatura sotto vuoto sfrutta la sua temperatura operativa più elevata per creare giunti resistenti e a tenuta tra componenti metallo-metallo e metallo-ceramica (metallo-isolante), rendendola ideale per unire materiali diversi con differenti punti di fusione.
La saldatura dolce sotto vuoto, invece, opera a temperature più basse, risultando ideale per giunti metallo-metallo delicati o sensibili al calore. Si tratta di un processo rapido ed economico, particolarmente adatto alle applicazioni di produzione di massa in cui precisione e ripetibilità sono fondamentali.
I materiali d’apporto comunemente utilizzati per la saldatura dolce includono leghe stagno-piombo (Sn-Pb), come la 60:40 stagno-piombo, ampiamente utilizzata in elettronica grazie alla sua composizione quasi eutettica che consente una rapida solidificazione. Le leghe stagno-piombo ad alto contenuto (80:20 a 90:10) sono spesso impiegate per saldature strutturali. Le alternative senza piombo includono leghe ternarie stagno-argento-rame (Sn-Ag-Cu).
Per le applicazioni di brasatura, i materiali d’apporto più comuni sono le leghe d’argento (Ag) e le leghe rame-zinco (Cu:Zn), note anche come ottone. Sono utilizzate per unire gli acciai e sono generalmente impiegate nella produzione di componenti per macchinari e parti strutturali. A seconda dell’applicazione specifica, possono essere utilizzati anche altri materiali d’apporto, come leghe alluminio-silicio/zinc (Al-Si/Zn) o leghe a base di nichel.
La saldatura dolce e la brasatura sotto vuoto offrono un ambiente controllato per ottenere giunti puliti e più resistenti. I forni Carbolite riducono al minimo l’ossidazione, diminuendo la contaminazione e i gas intrappolati durante il processo di giunzione. L’assenza di ossigeno impedisce la formazione di uno strato di ossido, migliorando la bagnabilità e aumentando la resistenza del giunto.
La saldatura dolce e la brasatura sono tecniche essenziali applicate in un’ampia gamma di settori industriali. I forni Carbolite sono utilizzati in settori quali l’elettronica, la tecnologia medicale, l’aerospazio e la difesa, l’ingegneria di precisione e molti altri.
I prodotti e i servizi Carbolite sono disponibili attraverso una rete globale di filiali e di distributori professionali. Il nostro personale sarà lieto di assistervi per qualsiasi richiesta.
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