Come ben sappiamo anche una giunzione perfettamente progettata può risultare imperfetta se non viene eseguita una corretta brasatura. Il successo di una brasatura sottovuoto dipende da diversi fattori, tra i quali una tecnica adeguata, la scelta di materiali corretti e la capacità del forno di monitorare costantemente il ciclo di brasatura.

In questo articolo andrò a discutere i passi necessari per ottenere una brasatura perfetta. Per comprendere al meglio come realizzare una brasatura corretta, dobbiamo innanzitutto capire come funziona il processo di brasatura in vuoto, quali sono i benefici di una brasatura effettuata in un forno da vuoto e, per finire, quali sono le caratteristiche principali dei forni da vuoto per brasatura.

Come funziona il processo di brasatura in vuoto

La brasatura sottovuoto è un metodo di giunzione di due o più metalli tramite la fusione di un metallo di apporto, che è il brasante.

Quando invece di un metallo puro vengono impiegate leghe, per utilizzo in forni da vuoto, queste non contengono flussanti: non esiste perciò la necessità di eliminare le scorie con mezzi meccanici e la saldatura appare pulita. La lega non deve includere elementi che possono sublimare od evaporare, poiché non si raggiungerebbero le caratteristiche di giunzione richieste e si potrebbe contaminare il forno.

Le leghe, in genere, non fondono ad una temperatura ben definita come i metalli puri, ma all’interno di un intervallo. Vanno ricercate quindi, quando possibile, leghe eutettiche. Queste hanno un comportamento analogo ai metalli puri, dove il solido e il liquido coesistono unicamente alla temperatura dell’eutettico.

Esistono in commercio un numero rilevante di metalli di riempimento per brasature in vuoto. Alcune leghe, in genere per impieghi ad alta temperatura, trovano ancora in molti casi una situazione di presenza “solidus-liquidus” ad una unica temperatura, pur essendo costituiti da più di due specie metalliche. Altre leghe, di comune impiego nei forni da vuoto, mostrano tuttavia una fase intermedia “solidus-liquidus” ampia con un salto di temperature tra le due fasi importante. In tal caso crescono i tempi di una fusione completa, che avviene alla temperatura più alta e che sarà la temperatura del processo di brasatura.

Perché optare per una brasatura con forni da vuoto

Il forno a vuoto può garantire il raggiungimento della temperatura di fusione con estrema precisione e senza over-shoot. E’ giusto rimarcare che nel forno a vuoto diventano trascurabili i problemi di resistenza alla ossidazione ed alla corrosione della lega stessa.

Perché la brasatura abbia successo è necessario che la fusione del filler (sia sotto forma di pasta sia come filo o nastro metallico) avvenga alla sua propria temperatura e non ad una temperatura più alta, ad evitare principalmente che il liquido, trovandosi ad una temperatura per la quale la sua tensione superficiale risulterebbe minore, bagni una superficie più estesa, facendo mancare al giunto il corretto riempimento. Il liquido deve diffondere nel metallo, creando uno strato intermedio, esattamente nella cavità della giunzione.

E’ l’azione della capillarità a far sì che la lega allo stato liquido penetri all’interno di intercapedini. Queste vengono create con lavorazione meccanica, esattamente dove si vuole realizzare la giunzione.

La lavorazione meccanica è richiesta per ottenere le giuste tolleranze negli elementi della giunzione e devono determinare l’esatta dimensione di alveo per il legante.

Il gap deve essere realizzato in modo da evitare tolleranze strette, nel qual caso il legante avrebbe difficoltà a riempire, e nel caso opposto, di tolleranze ampie si realizzerebbe un giunto probabilmente debole con presenza di lacune o porosità. La lega, infatti, alla temperatura della bagnabilità, viene attratta all’interno dei giunti che si vogliono unire, vincendo anche la forza di gravità.

La lega viene cercata con una temperatura di fusione ben lontana dalla temperatura di fusione dei metalli di base, ma nello stesso tempo con caratteristiche meccaniche idonee alla giunzione. La superficie di base per avere una buona bagnabilità deve essere pulita, senza tracce di oli di lavorazione o grassi.

Il processo di brasatura in un forno da vuoto è semplice e veloce. Ma ora vediamo più in dettaglio le caratteristiche specifiche di un forno a vuoto per brasatura.

Forno per brasature in vuoto: la caratteristiche principali

Il forno da vuoto è l’impianto giusto per eseguire un identico ciclo termico su un numero elevato di pezzi, stante la sua caratteristica di elevata uniformità nella zona calda su tutto l’arco delle temperature, come pure di eseguire una brasatura continua su parti di grande dimensione. E’ inoltre in grado di ripetere fedelmente lo stesso ciclo. I pezzi della carica vengono riconosciuti mediante codice a barre e legati alla registrazione del ciclo stesso. In tal modo è possibile risalire per ogni pezzo al suo ciclo termico.

Il forno a vuoto alla temperatura di fusione del filler è in genere ad una temperatura superiore a quella di formazione degli ossidi, per cui anche pezzi ossidati perdono in vuoto lo strato di ossido, prima di raggiungere la temperatura di fusione del filler.

Il forno da vuoto deve essere “pulito”. Con questo termine si intende che tutto l’impianto non deve rilasciare contaminanti sulla carica.

Il forno da vuoto per applicazioni nel campo aeronautico, spaziale, della fisica delle particelle e della ricerca metallurgica in genere, è un forno complesso e sofisticato, realizzato con camera termica metallica, pompaggio a secco, criteri costruttivi del vessel caratteristici di un forno da alto-ultravuoto. Il forno è conforme alle richieste NADCAP, mentre un software di programmazione ciclo consente cicli automatici, realizzati con grande precisione.

• La camera metallica, di contenimento della zona calda, è realizzata con schermi metallici multipli riflettenti in molibdeno-lantaniato i più interni, in molibdeno quelli intermedi ed in SS quelli più esterni. Evitando l’uso dei pannelli di materiali isolanti nella realizzazione della camera termica, quali appunto la fibra di allumina o la spugna di grafite, materiali in grado di trattenere umidità o peggio vapori di oli, si ottiene un livello di pulizia nell’ambiente in vuoto come richiesto da specifica.
• Il vessel a tenuta di vuoto, realizzato interamente in acciaio inossidabile, viene lavato ad ultrasuoni nella parte interna prima dell’assemblaggio e successivamente sottoposto a test di tenuta con “leak detector” ad elio. La componentistica completamente da alto-ultravuoto, guarnizioni metalliche o in Viton.
• Il gruppo di pompaggio non prevede l’uso di pompe lubrificate, ma, come pompa primaria, l’uso di pompa dry. La roots (pompa booster a lobi) è una tipica pompa nella quale la tenuta è affidata alle tolleranze tra lobi e dello statore. La pompa di alto-ultravuoto può essere una pompa turbomolecolare o criogenica. Ma si può prevedere di utilizzare anche la pompa a diffusione di vapori d’olio, se è montata una trappola criogenica alimentata con azoto liquido o da un gruppo Polycold a doppio stadio. Entrambi questi sistemi sono in grado di trattenere vapori condensabili ed impedire la retrodiffusione di vapori d’olio.

Come abbiamo visto, il processo nei forni per brasatura in vuoto è piuttosto semplice. Con questo sistema è possibile ottenere giunti saldati perfettamente e non è richiesta alcuna lavorazione secondaria. Vorresti maggiori dettagli per risolvere i tuoi problemi di brasatura? Basta chiedere e sarò felice di fornirti ulteriori informazioni per una brasatura perfetta.