Definizione di Brasatura
Secondo AWS A3.0, Brasatura è definito come:
“Un gruppo di processi di unione che producono il incollaggio di materiali riscaldandoli alla temperatura Brasatura in presenza di un metallo d'apporto Brasatura avente un liquidus superiore a 450°C [840°F] e inferiore al solidus del metallo di base. Il metallo d'apporto Brasatura viene distribuito e trattenuto tra le superfici di contatto strettamente aderenti del giunto per azione capillare.
Un altro modo per capire è che i metalli d'apporto devono fondersi mentre i materiali di base no.
Inoltre, il metallo d'apporto si distribuisce per capillarità nello spazio formato dalle superfici articolari dopo la fusione.
Per chiarire la definizione, vale la pena sottolineare che Brasatura è un metodo di giunzione non meccanico che merita di essere distinto dalla saldatura e dalla brasatura.
Differenze dalla saldatura
In Brasatura:
- Il materiale aggiuntivo (consumabile) viene fuso a una temperatura inferiore alla temperatura di fusione dei materiali di base.
- A causa del punto precedente, i materiali di base non si fondono.
- Il materiale di consumo riempie lo spazio tra i materiali di base per effetto capillare.
Differenze rispetto alla saldatura
Nella saldatura dolce (o debole):
- Viene utilizzato un materiale di consumo non ferroso (piombo, ad esempio);
- Il materiale di consumo ha un punto di fusione inferiore a 450°C.
Storia
Le notizie sull'uso di Brasatura sono molto antiche.
Si ipotizza che la brasatura possa avere stato scoperto casualmente in una fornace intorno al 4000 aC.
La prima prova trovata era un gioiello d'oro e d'argento nella tomba della regina egiziana Pu-abi (datato al 2500 aC circa).
Gli usi di Brasatura
Brasatura trova largo impiego in numerose applicazioni grazie a:
- Capacità di unire materiali di natura molto diversa, quali (metalli e ceramiche) o (titanio e acciaio inossidabile);
- Piccoli spessori. La saldatura potrebbe deformarli eccessivamente;
- Materiali trattati termicamente. Per evitare la perdita del trattamento termico (prima della saldatura).
Per questi motivi, Brasatura viene utilizzato per giunti nei ricambi auto, frigoriferi, scambiatori di calore, componenti aeronautici e aerospaziali, componenti elettronici, ecc.
Applicazioni tipiche di componenti per l'industria della refrigerazione e dei ricambi auto:
Brasatura di scambiatori di calore in alluminio (Sono utilizzati nei sistemi di raffreddamento delle autovetture):
Brasatura di rame e grafite (Sono utilizzati nell'industria nucleare):
Vantaggi
- Consente il unione di materiali molto diversi e normalmente non saldabili.
- I componenti possono essere elaborati in blocco.
- Brasatura può essere più economico e produttivo;
- La deformazione o distorsione è ridotta al minimo o addirittura eliminata;
- La diluizione con il metallo di base è minima;
- I cicli termici sono prevedibili;
- Consente l'unione di materiali con spessori molto diversi
Svantaggi
- Giunto inferiore resistenza rispetto a un giunto saldato;
- Il giunto brasato avrà probabilmente una resistenza inferiore rispetto al metallo di base;
- Le alte temperature possono distruggere o indebolire i giunti brasati.;
- Alcune applicazioni richiedono un elevato controllo della pulizia del giunto e un uso preciso del flusso;
- Il colore finale del giunto è spesso diverso dal metallo di base (aspetto visivo indesiderato).
Fonti di calore
Ci sono fondamentalmente 5 fonti di calore per Brasatura. Ciascun tipo è adatto a uno stile, geometria, materiale o volume della parte da brasare.
- (a) Torcia o torcia
Adatto per piccole parti, prodotte in piccole quantità.
- (b) Per induzione
Adatto per parti che richiedono un maggiore controllo della temperatura
- (c) Forno continuo
Adatto per piccole parti, prodotte in grandi quantità.
- (d) Forno discontinuo
Adatto per parti grandi e complesse.
- (e) Forno sottovuoto
Adatto per materiali reattivi o materiali che non possono essere ossidati.
Tipi di giunti
Queste sono le configurazioni in cui verranno brasati i materiali di base. Esistono i seguenti tipi di giunti brasati:
- (a) Alto
- (b) Sovrapposto
- (c) e (d) Variazioni in alto e sovrapposte
- (e) Ad angolo
Proprietà
Un giunto brasato deve raggiungere determinate proprietà per raggiungere i suoi obiettivi:
- Resistenza meccanica;
- Resistenza al taglio;
- Resistenza alla fatica;
- Tenacità;
- Resistenza alla corrosione;
I progettisti considerano non solo la resistenza della lega da brasare, ma anche l'area di resistenza o la lunghezza minima di sovrapposizione richiesta per mantenere le proprietà meccaniche.
Concetti
Bagnabilità
La bagnabilità è la capacità di una fase liquida di diffondersi su un substrato solido.
In brasatura, la fase liquida è rappresentata dal metallo d'apporto fuso e il substrato solido dal materiale di base.
Una rappresentazione grafica schematica di questo concetto può essere vista nell'immagine sottostante. Presenta 3 distinti casi di bagnabilità:
Nel primo caso sopra, il metallo d'apporto non mostra alcuna tendenza a diffondersi sul materiale di base.
Rimane sotto forma di goccia che non bagna la superficie.
In questo caso, non c'è contatto fisico tra la fase liquida e il substrato, quindi non ci sarà possibilità di incollaggio.
Nel secondo caso, il metallo d'apporto è sparsi sul materiale di base, tuttavia a un livello limitato.
In questo caso si dice che la bagnabilità è moderata. Esiste un contatto fisico tra la fase liquida e il substrato, che consente loro di unirsi.
Nel terzo caso, il metallo d'apporto si diffonde completamente sul materiale di base, formando quasi un rivestimento. Si dice poi che la bagnabilità sia ottima.
Il contatto fisico tra la fase liquida è il più grande possibile, quindi l'unione tra di loro è facilmente ottenibile.
La bagnabilità di un metallo d'apporto su un materiale di base dipenderà da diversi fattori :
- (a) metallo d'apporto depositato sulla superficie preparata del materiale di base (prima di brasatura);
- (b) Le condizioni attuali consentono al materiale di consumo di spargersi sul materiale di base;
- (c) Cattive condizioni impediscono il flusso del metallo d'apporto;
- (d) Le condizioni qui erano così cattive che il materiale di consumo è scappato o è regredito dal materiale di base.
Effetto capillare o capillare
È un fenomeno fisico che si verifica quando una fase liquida bagna un substrato e può essere meglio compreso da osservando la figura sottostante.
Se esiste bagnabilità, la fase liquida tende a salire al di sopra del livello normale per effetto capillare.
L'altezza raggiunta è proporzionale alla dimensione del gap.
D'altra parte, quando non c'è bagnabilità, lo spazio non viene nemmeno riempito e l'altezza della fase liquida rimane al di sotto del suo livello normale.
Nota: lo spazio sarà essere riempito solo quando il metallo d'apporto fuso bagna i materiali di base. Il riempimento sarà più facile con spazi più piccoli.
brasatura, quindi, non è altro che il riempimento di uno spazio tra i materiali di base da parte di un metallo d'apporto fuso
E questo il metallo d'apporto ha necessariamente bagnabilità sui materiali di base.
Una rappresentazione schematica di brasatura può essere vista di seguito, dove è possibile seguire l'evoluzione del metallo d'apporto.
brasatura gap
It è stato dimostrato che il riempimento dello spazio tra i materiali di base dipende dalla capacità del metallo d'apporto fuso di bagnare il materiale di base.
Inoltre, il riempimento avviene più facilmente in spazi più piccoli.
Si potrebbe quindi immaginare che lo spazio da utilizzare debba essere il più piccolo possibile, in quanto ciò ne faciliterebbe il riempimento.
Purtroppo questo concetto è sbagliato. Un'eccessiva riduzione del gap rende più difficile il flusso.
Il flusso non funziona bene in spazi molto piccoli.
Proprio come il gap non dovrebbe essere troppo piccolo, non dovrebbe essere troppo grande.
Un piccolo spazio darà un piccolo effetto capillare, che renderà difficile il riempimento.
Si conclude, quindi, che il gap da utilizzare deve rientrare in un certo intervallo.
Un intervallo in cui è noto che il flusso e l'effetto capillare sono soddisfacenti, quindi garantendo un adeguato riempimento dello spazio vuoto.
Gli spazi da utilizzare sono generalmente compresi tra 0,05 e 0,20 mm.
Dipende dal metallo d'apporto, dal tipo di flusso e dal tipo di giunto utilizzato.
In ogni caso, consultare il fornitore del materiale di consumo per consigliare la distanza richiesta.
Flusso (Agenti detergenti)
La pulizia è semplicemente essenziale per brasatura.
Dobbiamo pulire la superficie dei materiali di base prima di brasatura. Devono essere privi di olio o grasso.
Questo perché l'olio o il grasso, quando riscaldato, produce residui che vengono lasciati sulla superficie dei materiali.
Questi residui impediscono al metallo d'apporto di bagnare i materiali di base, rendendo brasatura irrealizzabile.
Di solito vengono eliminati mediante un'operazione di sgrassaggio, effettuata con solventi industriali.
Funzioni di flusso
- Elimina lo strato di ossidi superficiali dai materiali di base, consentendo così il verificarsi di bagnabilità;
- Prevenire l'ossidazione dei materiali di base durante il riscaldamento in brasatura. Ciò è necessario poiché il calore tende ad accelerare le reazioni chimiche, comprese le reazioni di ossidazione;
- Proteggere il metallo d'apporto fino alla sua fusione, consentendo così la bagnabilità;
- Non attacca né reagisce con il materiale di base (Flux);
- Disossidare la superficie del materiale base prima dell'inizio della fusione del metallo d'apporto (almeno 50°C al di sotto della temperatura di lavoro), mantenendola disossidata fino alla fine del brasatura (Flux);
- Fornire una buona bagnabilità e fluidità sul materiale di base, distribuendosi adeguatamente sulle superfici da brasare (Flux);
- Si rimuove facilmente dopo brasatura (Flux).
Il flusso può essere solido, liquido o gassoso.
Metalli d'apporto
La scelta corretta del metallo d'apporto da utilizzare è spesso la chiave del successo.
In generale, questi materiali devono avere alcune caratteristiche importanti affinché brasatura avvenga correttamente, come:
- Fornire una buona bagnabilità su i materiali di base da brasare;
- Adeguata temperatura di fusione (o range di temperatura di fusione) in relazione ai materiali di base e fluidità che permetta al metallo fuso di penetrare adeguatamente nei giunti per capillarità;
- Presenta le proprietà richieste per il componente brasato. Ad esempio: adeguata resistenza meccanica, conducibilità elettrica richiesta, ecc;
- Non reagire in modo eccessivo con il materiale base, provocando erosione o formando fasi fragili;
- Non mostra un'elevata tendenza alla liquidazione (fusione parziale).
È consuetudine classificare i metalli d'apporto in base agli elementi chimici che li compongono.
In generale, diciamo che esistono diverse famiglie di metalli d'apporto, con ciascuna famiglia caratterizzata dal contenere gli stessi (o quasi gli stessi) elementi.
Queste famiglie di materiali d'apporto differiscono (l'uno dall'altro) principalmente dalle temperature di fusione.
Questa caratteristica è di fondamentale importanza in brasatura. Abbassare la temperatura di fusione significa meno riscaldamento richiesto, quindi brasatura sarà il più economico e veloce.
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