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Jul 13, 2023

La scienza dietro la saldatura a freddo: unire i metalli senza calore

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Quando si pensa ad un procedimento di saldatura, la prima cosa che viene in mente è probabilmente l’utilizzo del calore. Tecniche come la saldatura ad arco, la saldatura ad attrito, la saldatura ad ultrasuoni e la saldatura laser, coinvolgono tutte il calore in un modo o nell'altro. Infatti, il calore è considerato sinonimo di saldatura ed è, negli esempi precedenti, fondamentale per unire insieme due metalli.

Tuttavia, questi non sono l’unico modo. Puoi, che ci crediate o no, in realtà, fondere insieme i metalli in un processo chiamato saldatura a freddo.

Comunemente utilizzato nell'aviazione e nell'ingegneria elettrica, è ampiamente considerato uno dei modi migliori per unire insieme metalli (e altri materiali).

Potrebbe sembrare impossibile, ma in realtà è uno dei metodi di saldatura più popolari in circolazione. Scopriamo qualcosa in più al riguardo.

La saldatura a calore funziona rendendo le parti sufficientemente plastiche da consentire la diffusione degli atomi, sia tra i due pezzi che con un mezzo diverso nel mezzo. Anche se tradizionalmente ciò viene fatto applicando calore, ci sono altri modi per indurre gli atomi a diffondersi.

Il governatore degli Stati Uniti Aviazione militare/Wikimedia Commons

La saldatura a freddo (nota anche come saldatura a pressione fredda e saldatura a contatto) utilizza la pressione, in condizioni di vuoto, invece del calore, per unire due materiali, attraverso un processo chiamato diffusione allo stato solido.

Può essere utilizzato anche per unire insieme altri materiali, come la plastica.

A quanto pare, sì.

Il legame risultante è solitamente forte quanto quello dei materiali originari una volta completato il processo.

Durante il processo, nessun metallo viene liquefatto e i materiali solitamente non vengono riscaldati in misura notevole. Il processo, tuttavia, si basa sulla necessità di rimuovere prima eventuali strati di ossido dai metalli in questione.

Ciò è dovuto principalmente al fatto che i metalli solitamente contengono uno strato superficiale di ossido, che agisce come una sottile barriera sulla superficie dei materiali, impedendo la diffusione degli atomi metallici tra i pezzi metallici.

La maggior parte dei metalli, in condizioni normali, presenta un qualche tipo di strato di ossido sulle superfici esposte, anche se non è visibile ad occhio nudo. Possono anche raccogliere strati di altri contaminanti come grasso, polvere, ecc.

La saldatura a freddo risolve questo problema preparando i metalli prima che vengano saldati. Il processo di preparazione prevede la pulizia o la spazzolatura dei metalli a tal punto da rimuovere lo strato superiore di ossido, o barriera.

Studi umanistici/Wikimedia Commons

Questo di solito comporta una miscela di metodi chimici e meccanici. Sgrassaggio, spazzolatura metallica. e altre tecniche vengono utilizzate per garantire che le superfici metalliche siano il più possibile prive di strati di ossido.

Come accennato in precedenza, eventuali metalli che verranno sottoposti a saldatura a freddo dovranno prima essere privi di eventuali strati di ossido.

Una volta ottenuta la pulizia superficiale desiderata, entrambi i materiali vengono pressati insieme meccanicamente, utilizzando la giusta quantità di forza. Questa quantità di forza dipende dal materiale stesso, poiché alcuni materiali possono saldarsi solo a pressioni elevate.

Ma ci sono altri requisiti.

Una delle condizioni richieste per la saldatura a freddo è che almeno uno dei materiali sia duttile e non abbia subito un forte indurimento. Ciò ovviamente restringe la lista dei materiali che possono essere candidati alla saldatura a freddo.

I metalli teneri, come l'alluminio o il rame, sono generalmente la scelta migliore per la saldatura a freddo.

saldatura

Le giunzioni più comuni realizzabili con la saldatura a freddo sono:

In un giunto di testa, la rimozione dello strato barriera del metallo spesso non è necessaria poiché la deformazione plastica che avviene durante il processo di giunzione rompe automaticamente la barriera. Questo tipo di giunto viene comunemente applicato a metalli come fili di alluminio o rame con diametri compresi tra 0,02 pollici (0,5 mm) e 0,4 pollici (10 mm).

Le giunzioni a sovrapposizione, d'altra parte, richiedono un trattamento speciale perché altrimenti i materiali non aderiranno tra loro. Le giunzioni sovrapposte sono più comunemente utilizzate quando si saldano insieme lamiere o lamiere su barre.