Saldatura

Saldatura

Saldare significa congiungere pezzi separati di metallo facendo scorrere nell'interspazio che li separa una lega d'apporto (saldante) allo stato fuso. (Nella saldatura autogena in effetti non vi è metallo d'apporto, ma il metallo stesso dei pezzi da saldare è portato al punto di fusione lì dove deve avvenire l'unione).

Se manteniamo due lastre di vetro lisce e parallele tra loro, separate di quanto è spesso un foglio di carta, una goccia d'acqua posta a cavallo dei due bordi viene come risucchiata e s'inoltra per trazione capillare nello spazio tra le due superfici. Aumentando la distanza tra le due superfici, ad un certo punto viene a mancare la capillarità e l'acqua tende a scorrere via seguendo la gravità.
All'atto della saldatura, il saldante allo stato fuso è liquido e si comporta tra le superfici da unire come l'acqua tra le lastre parallele; converrà quindi procurare che le superfici da saldare siano quanto più possibile vicine e parallele, combacianti fra loro: è difficile concretamente lasciare un'interspazio troppo ridotto perché l'azione capillare abbia luogo.

Le leghe saldanti si possono dividere in due classi: saldanti duri o forti e saldanti dolci o teneri. I saldanti duri fondono al calore rosso o a temperature superiori, i saldanti dolci scorrono prima che i metalli da unire raggiungano il calore rosso.
Unioni eseguite con il saldante duro sono più resistenti e sono ordinariamente usate in oreficeria ed argenteria, nei lavori di fino sui metalli comuni, in occhialeria, in odontotecnica, in genere là dove la robustezza della congiunzione è importante.
Unioni in cui s'impiega il saldante dolce sono la norma in elettronica, erano correnti per lo stagnino e per il lattoniere, per l'idraulico (plumber in inglese).

Non si deve usare la saldatura forte su pezzi dove sia già presente del saldante tenero. Alle alte temperature necessarie per la saldatura forte, il saldante tenero penetra nell'oro, nell'argento e nel rame formando uno spessore di lega scuro, spugnoso e fragile.
Quanto più il PdF del saldante s'avvicina al PdF dei pezzi da congiungere, tanto più l'unione risulterà robusta. Il saldante fuso tende a penetrare le superfici calde con cui è a contatto, avviene una specie di interdiffusione per cui sfumano le linee di separazione tra i diversi elementi. La saldatura è difficile da distinguere e da dissaldare.

Il commercio offre saldanti forti a base Cu, a base Ag e a base Au, con differenti temperature d'impiego, adatti a varie esigenze.
L'ottone costituisce di per sé un valido saldante per il ferro e per il rame. Le pentole in rame erano saldate a ottone
Come saldante per leghe d'argento s'usa una lega ternaria Ag Cu Zn.
Sia Ag che Cu sciolgono notevoli quantità di Zn, rispettivamente 30 e 40 parti centesimali (pc). Orientativamente, più alto è il tenore di Zn, più basso è il PdF della lega saldante. Surplus di Zn tuttavia si legano col metallo da saldare provocando cavità: si dice che il saldante "mangia".

Per avere un saldante a bassa temperatura d'impiego conviene partire da una composizione Ag Cu vicina all'eutettico (dal greco bella fusione). La lega eutettica Ag 72 Cu 28 comincia a fondere e passa allo stato completamente fuso a 779°Ccostanti. Ogni altra combinazione Ag Cu presenta un intervallo di pastosità tra la temperatura d'inizio e quella in cui la lega è completamente fusa.
La temperatura di fine fusione è tanto più alta quanto più ci si allontana dalla composizione della lega eutettica.

La varietà di ricette per saldante a base Ag riportate nei testi è notevole, la tradizione orale non ha limiti. C'è una serie di vecchie formule semplici da ricordare che ha il corrispettivo in formule più recenti dove l'ottone è scorporato nei suoi componenti Cu e Zn, dubbio vantaggio perché lo Zn nell'ottone subisce un calo di fusione inferiore a quando è usato puro.
Al posto dell'Ag puro possiamo usare il 925 e anche l'800 (non per il saldante duro). Ci vogliono un po' di calcoli per mantenere le stesse proporzioni relative dei tre metalli, ve li risparmiamo e forniamo due tabelle. Nell'ultima tabella riportiamo le percentuali di Ag e Cu dopo che abbiamo tolto lo Zn e fatto uguale a 100 la somma dei due metalli restanti.
La lega Ag 75 Cu 25 comincia a fondere a 779°C (temp. di solidus) e solo al di sopra degli 800°C (temp. di liquidus) è completamente fusa, nell'intervallo di temp. è allo stato pastoso.

La lega Ag 82 Cu 18 con la stessa temp. di solidus, 779°C, è interamente liquida sopra gli 840°C.
Ag 86 Cu 14 con liquidus a 860°C e solidus, come le altre due leghe, a 779°C, presenta un intervallo di fusione piuttosto ampio, circa 80°C.
Preparando il saldante con l'ottone, converrà aggiungerlo in crogiolo ad argento fuso. L'ottone del commercio, in filo e lastra, va bene, la sua composizione approssimativa è due parti Cu e una parte Zn, quello adatto si riconosce dal colore nettamente giallo ( fino a 20% Zn l'ottone è rosso, oltre 45% Zn non si usa) e dalla particolare tenerezza (da ricotto).

Vecchia		Recente			Con argento a titolo						Composizione lega binaria
Ag	Ottone	Ag	Cu	Zn	Ag 925	Cu	Zn	Ag 800	Cu	Zn	Ag	Cu
2	1	67	22	11	72	17	11	83	6	11	75	25	Tenero
3	1	75	16	9	80	11	9	91		9	85	18	Medio
4	1	80	13	7	86	7	7

Usando invece Cu e Zn separatamente, conviene portare a fusione Ag e Cu, allontanare quindi la fiamma e far rapprendere il globo fuso per poterlo alzare un attimo e infilarci sotto lo Zn.
Il calore del globo fonde lo Zn che entra subito in lega. Si torna a riscaldare fino a fusione omogenea, s'agita e si versa.
Se l'ottone e specialmente il rame vengono ben coperti di flusso (ad esempio spennellandoli di borace) prima d'introdurli in crogiolo, non formeranno ossidi e ne verrà favorita la fusione.
Poiché la lega tende ad essere più ricca nella parte inferiore, si preferisce versare in staffa orizzontale piuttosto che verticale. Il lingottino ottenuto viene acidato e quindi laminato fino a ridurlo a una lastrina spessa 0.3 o 0.4 mm. Si ricuoce e si passa in acido, naturalmente si sciacqua e si asciuga. Si esegue una serie di tagli paralleli nel senso della lunghezza della lastrina distanziati di un mm. o più fra loro, profondi un cm o due. Una serie di tagli trasversali ai primi produce una quantità di piccoli quadrati e rettangoli di saldante che vengono chiamati paglioni (dal francese paillon).

Le ricette di preparazione del saldante d'oro si riducevano ad un abbassamento del titolo: "Aggiungete all'oro che usate una porzione (1/4, 1/5, 1/6) di Cu o di Cu e Ag." Oppure "Aggiungete 1/5 in peso di Ag puro ad un pezzetto della lega che usate." O ancora "Adoperate per saldante un'oro di 3 Kt più basso della lega che usate."
Esistono innumerevoli formule più dettagliate, alcune fantasiose. Quelle vecchie consistono in leghe ternarie Au Ag Cu e più raramente in leghe quaternarie con l'aggiunta di Zn.
Le formule recenti sono per leghe quaternarie con aggiunta di Cd. Non solo perché il PdF di questo metallo è inferiore a quello di Zn, ma perchè è più efficace nell'abbassare la temp. d'impiego del saldante.

Attenzione, i vapori del cadmio sono nocivi. Lavorate assolutamente in ambiente ben ventilato. Anche durante la saldatura conviene prestare attenzione a non respirare i fumi.
Come abbiamo visto Ag e Cu sciolgono 30 e 40 pc rispettivamente di Zn, l'Au ne scioglie solo 4 pc. D'altro canto, se Cu non scioglie Cd, l'Au ne scioglie 20 pc e l'Ag 30 pc. Non dà problemi allora preparare saldante allo stesso titolo della lega che usiamo. Non conviene tentare di abbassare il PdF oltrepassando il 15% di Cd, meglio piuttosto formare l'eutettico Cd 82,5 pc, Zn 12,5 pc (che ha PdF 265°C, inferiore di 60°C al PdF del Cd e di 160°C a quello dello Zn) la cui aggiunta nella stessa proporzione provoca una diminuzione più decisa del PdF.
Nella pratica comune il saldante d'oro viene preparato aggiungendo alla lega che si lavora ( in genere il 18 Kt) dal 5 al 15% di Cd. Si procede come per il saldante d'Ag; fuso il 18 Kt, appena rappreso lo s'alza e ci s'infila sotto il Cd, si riporta a fusione il tutto.
Dato che in genere si prepara una piccola quantità di saldante, non vale la pena versarlo in staffa, si dà una schiacciata al bottone incandescente un attimo prima che solidifichi poi lo si estrae dal crogiolo. Raffreddato, lo si passa in acido, poi al laminatoio e siprosegue come già descritto per il saldante d'Ag. Nella saldatura dolce e nella saldatura dura i preliminari coincidono. Le superfici da unire devono essere sgrassate e pulite, conviene che siano ruvide piuttosto che levigate. È pratico sulle facce del giunto passare con carta abrasiva, meglio se in direzione tale che i microsolchi prodotti guidino verso l'interno il saldante fuso piuttosto che creare una serie d'argini al suo passaggio.

L'innalzamento di temperatura espone i metalli all'ossidazione, li si protegge con appropriati flussi disossidanti.
Per la saldatura forte il borace resta un buon flusso generico molto usato, anche se si tende a preferirgli una composizione del commercio contenente fluoruri. Si prepara strofinando con un po' d'acqua un cono di borace nella cavità di una boraciera fino ad ottenere una soluzione lattiginosa della giusta densità.

La procedura che di seguito viene descritta è valida per saldature a base ottone, Ag, Au.
Con un pennellino si passa il borace (o il flusso del commercio) sulla zona da saldare accertandosi che penetri nel giunto, le superfici possono venire bagnate di flux prima d'essere accostate.
Col pennellino bagnato si raccolgono i paglioni e li si colloca a cavallo dei bordi accostati di modo che fondendo possano correre dentro la fessure. Con l'esperienza s'arriva ad usare la quantità giusta di saldante, la fessura dev'essere riempita completamente e non deve restare un eccesso di saldante nella zona al termine dell'operazione.
A questo punto si comincia a scaldare i pezzi molto lentamente, il borace perde l'acqua cui è unito, gonfiandosi. Se il calore è violento il borace può bollire e sparare via i paglioni o spostarli così come può dislocare i pezzi stessi da saldare se leggeri e non fissati. Si passa quindi a riscaldare più vivacemente, sempre evitando che i paglioni vengano investiti dalla fiamma.
Per evitare deformazioni in pezzi di grandi dimensioni, bisogna scaldare l'intero pezzo prima di concentrare l'apporto di calore alla zona della saldatura.
Proseguendo il riscaldamento i pezzi raggiungono la TdF del saldante che allora scorre e subentra al flux; dove questo manca il saldante non scorre.
Il saldante (dolce o forte che sia) tende a scorrere verso il punto più caldo, conviene far giungere il calore al pezzo dalla parte dove vogliamo far scorrere il saldante.
Quale che sia il tipo di saldatura, durante la solidificazione del saldante non bisogna muovere le parti saldate, sarebbe anzi consigliabile mantenerle premute una contro l'altra.

Saldanti teneri vengono preparati con leghe Stagno Piombo in proporzioni diverse secondo le diverse necessità. Si fonde in crogiolo a bocca piccola, ma anche un mestolo di ferro può andar bene, scaldato da sotto, i metalli si proteggono con un po' di colofonia od olio di lino cotto. Si versa in lingottiera orizzontale, ottenendo una barretta.
Due parti Sn e una parte Pb ci danno una lega quasi eutettica che fonde vicino ai 190°C con brevissimo intervallo di fusione, possiede anche un'ottima resistenza e s'usa sovente come saldante, è lo standard in elettronica.
Con una parte Sn e due parti Pb abbiamo una lega che è liquida sopra i 270°C, solida sotto i 183°C e quindi ha un ampio intervallo di fusione. Si rende utile per riempire una cavità o irrobustire un giunto mediante riporto, come facevano gli idraulici, praticamente spingendolo nella sua fase pastosa con un foglio di giornale ripiegato più volte e imbevuto di stearina con funzione di flusso. Altri flussi per saldatura dolce sono cloruro di zinco (acido cotto), cloruro d'ammonio (sale ammoniacale), colofonia (specie in elettronica).

Nella saldatura dolce è più comodo usare invece dei paglioni, la barretta così come esce dalla lingottiera o dopo averla assottigliata in laminatoio. Grosso modo si procede come per la saldatura forte. Durante il riscaldamento con la fiamma si tocca spesso il giunto con la bacchetta, distogliendo contemporaneamente la fiamma in quell'attimo. Quando i pezzi sono arrivati a temperatura, alla toccata il saldante fonde e scorre a riempire 1' interspazio. Date le basse temperature in gioco nella saldatura dolce, spesso si usa il saldatore di rame, preferibilmente elettrico. La parte che lavora della sua testa di rame, a forma di scalpello o di punta (per elettronica), viene mantenuta ricoperta di lega saldante. La si posa sul giunto disossidato e si scaldano contemporaneamente entrambe le parti da unire.
Ogni tanto la bacchetta di saldante va a toccare fra punta di rame e giunto. Anche qui, appena i pezzi arrivano a temperatura il saldante fonde e corre nell'interspazio.