Saldatura alluminio: quale è la più adatta?

La saldatura dell’alluminio è una pratica molto richiesta in diversi settori. Quali sono le sfide e i migliori metodi di saldatura?

Le saldature in alluminio trovano numerose applicazioni in diversi settori, dall’industria alla produzione automobilistica, dalle componentistiche elettroniche al montaggio di impianti idraulici.

Tuttavia, per ottenere risultati eccellenti, è necessaria l’abilità e l’esperienza del saldatore, che deve seguire correttamente tutte le procedure di saldatura.

Per scoprire di più sulla saldatura di altri metalli e leghe, leggi anche “Saldabilità: breve guida ai metalli saldabili”

L’alluminio è un metallo non ferroso duttile, noto per la leggerezza, l’eccellente resistenza alla corrosione, l’elevata conducibilità termica ed elettrica e la temperatura di fusione relativamente bassa (circa 660°).

Dal momento che in purezza risulta relativamente “morbido” (dotato di scarsa resistenza meccanica), spesso vengono aggiunte piccole quantità di altri elementi per formare leghe con diverse proprietà meccaniche.

Il sistema di classificazione internazionale prevede una designazione a 4 cifre e comprende 9 classi. Esso consente di identificare le diverse leghe di alluminio in base alle loro proprietà e ai trattamenti subiti.

Ogni classe presenta caratteristiche specifiche che dipendono dagli effetti di ciascun elemento aggiunto. Ad esempio:

• Il silicio aumenta la fluidità e riduce il coefficiente di dilatazione (Serie 4XXX)
• Il magnesio aumenta la resistenza alla corrosione e la duttilità (Serie 5XXX)
• Il manganese aumenta la resistenza meccanica (Serie 3XXX)
• Il rame aumenta la resistenza meccanica, soprattutto a temperature elevate (Serie 2XXX)
• Lo zinco aumenta la resistenza e la durezza (Serie 7XXX)

La classe 1XXX indica l’alluminio puro con un contenuto minimo del 99%.

Le leghe di alluminio sono molto diffuse in settori come automotive, ferroviario e aerospaziale per via del buon rapporto resistenza/leggerezza unite alle ottime performance dal punto di vista ingegneristico, tra cui la resistenza alla corrosione e l’elevata conducibilità (sia termica che elettrica).

Seppure l’alluminio non sia famoso per la sua resistenza, alcune leghe possono vantare proprietà meccaniche equiparabili a quelle degli acciai, come quelle della classe 7000.

In generale, è importante specificare che non tutte le leghe di alluminio possono essere saldate. Si possono ottenere ottimi risultati sulle serie 3XXX-5XXX-6XXX-7XXX, ma negli altri casi la saldatura è sconsigliata.

Prima di scoprire quali sono le migliori tecniche per la saldatura dell’alluminio, vediamo quali sono le sfide che si possono incontrare nel processo.

La saldatura dell’alluminio è un processo complesso che richiede conoscenza, abilità ed esperienza. Conoscere i diversi processi di saldatura adatti all’alluminio, le sfide e le soluzioni che ogni metodo comporta, è fondamentale per ottenere giunti di saldatura funzionali e privi di difetti.

• Ossidazione: se esposto all’atmosfera, l’alluminio tende a formare rapidamente un sottile strato di ossido (allumina). Se non trattato con spazzole e solventi, questo può portare risultati di saldatura con difetti importanti.
• Porosità: l’alluminio allo stato fuso assorbe elevate quantità di idrogeno. Se non vengono prese specifiche misure, ciò porta alla formazione di piccoli vuoti (bolle) nel metallo saldato. Esse indeboliscono la struttura del metallo, diminuendo la sua resistenza a pressione e sollecitazioni.
• Impurità: le impurità ambientali (olio, sporco, aria) possono avere un impatto negativo sulla saldatura dell’alluminio, arrivando a compromettere non solo l’aspetto estetico, ma anche la resistenza del pezzo. Va fatta molta attenzione ad ogni fase, dallo stoccaggio alla manutenzione delle attrezzature fino alla preparazione del metallo.
• Spessore: la saldatura dell’alluminio contempla pezzi di spessore variabile. Saldare una combinazione di lamiere di alluminio di diverso spessore può essere complicato. Il calore applicato al pezzo potrebbe fondere il materiale sottile oppure non penetrare sufficientemente nel materiale spesso per creare un giunto di saldatura forte. Per questo motivo è necessaria una conoscenza approfondita del tipo di alluminio, delle tecniche e dei parametri di saldatura.
• Cricche a caldo: alti livelli di stress termico possono portare a cricche a caldo o a cricche da solidificazione nelle saldature di alcune leghe di alluminio.
• Conducibilità termica: l’alluminio assorbe e disperde rapidamente il calore. Per via della sua elevata conducibilità termica, la saldatura risulta più difficoltosa e il maggior calore richiesto può portare distorsioni indesiderate nei pezzi.

Esistono diversi tipi di saldature dell’alluminio, ma i due principali e più utilizzati sono la saldatura a MIG e la saldatura a TIG. Ognuno di questi metodi ha le sue specifiche applicazioni e viene utilizzato per la creazione di componenti come gusci metallici, basamenti strutturali e connettori elettrici.

Prima di scegliere un processo di saldatura, è necessario tenere in considerazione alcuni fattori:

• Costo (attrezzature di saldatura, materiali di consumo, smaltimento dei rifiuti, costi dell’operatore, ecc.)
• Prestazioni di saldatura desiderate
• Vincoli geometrici
• Disponibilità del fornitore
• Ripetibilità
• Tolleranza alla distorsione
• Velocità di produzione
• Salute e sicurezza

Come abbiamo visto un buon processo di preparazione del materiale base (pulizia dallo strato di ossido e dalle impurità) è fondamentale prima di iniziare con la lavorazione. Lo stesso si può dire per la fase di preriscaldamento, nel caso di alcuni spessori.

Leggi anche l’approfondimento sul taglio laser dell’alluminio

Se il materiale ha uno spessore ridotto si possono ottenere ottimi risultati con la saldatura TIG.

Infatti, grazie alla sua precisione e qualità, la saldatura ad arco di tungsteno a gas (GTAW o TIG) è una delle tecniche più usate per l’alluminio.

Per saldare l’alluminio servono sorgenti TIG con corrente AC e programmi specifici per distruggere l’ossido di allumina in modo da migliorare la qualità del giunto saldato e dare il giusto apporto termico.

Dal momento che l’alluminio fonde facilmente, la velocità di saldatura deve essere abbastanza sostenuta per evitare di rovinare il pezzo.

Il gas di protezione (Argon) serve per mantenere il bagno di saldatura privo di contaminazione.

Quando il progetto richiede l’uso di materiale d’apporto, è bene che esso abbia caratteristiche il più possibile simili ai pezzi da unire per ottenere una saldatura che sia davvero resistente.

Se lo spessore della lamiera di alluminio è importante, è meglio ricorrere alla saldatura MIG e utilizzare un materiale d’apporto idoneo per evitare la formazione di cricche ed ottenere una saldatura resistente.

Infatti, nella saldatura a filo continuo (GMAW o MIG) l’apporto di calore è maggiore rispetto a quello profuso nella saldatura TIG.

A differenza della saldatura TIG, che utilizza un elettrodo di tungsteno non consumabile, la saldatura MIG utilizza un filo alimentato automaticamente. Il sistema di alimentazione meccanica del filo offre una maggiore velocità di spostamento.

Anche in questo caso, il gas di protezione inerte (Argon) è utilizzato per proteggere le saldature dalla contaminazione dell’idrogeno.

Il gas più comunemente usato nella saldatura dell’alluminio e delle sue leghe è l’Argon puro. È possibile utilizzare anche miscele di gas inerti, come Argon-Elio.

Il gas serve ad impedire all’aria di ossidare il metallo e porta a un aumento delle temperature dell’arco elettrico, migliorando la fusione del materiale stesso.

Per questo motivo, di solito le miscele sono utilizzate per applicazioni manuali che vanno a lavorare su grandi spessori oppure per applicazioni automatizzate con correnti e velocità di saldatura elevate.

Abbiamo visto come la saldatura dell’alluminio possa essere considerata un’arte, poiché l’esperienza del saldatore è fondamentale per ottenere risultati di alta qualità.

In generale, possiamo operare questa distinzione:

• per spessori sottili e con bordi a contatto, superfici delicate o componenti estetiche risulta più adeguata la saldatura a TIG dell’alluminio
• per spessori maggiori e con bordi non a contatto, componenti strutturali o che richiedono apporto considerevole è meglio optare per la saldatura MIG

Qualsiasi siano le tue esigenze e il caso specifico del tuo progetto di saldatura dell’alluminio, Casa della Saldatura è in grado di scegliere le tecnologie e i macchinari più adatti (manuali o con isole robotizzate) per assicurarti un risultato perfetto.

Eseguiamo quotidianamente processi di altissima qualità e saldature certificate, lavorando metalli speciali come l’alluminio nelle sue diverse forme (lamiere, stampati, tubi, fili, ecc.) e composizioni chimiche, come ad esempio AlMg5 (alluminio-magnesio) AlSi5 (alluminio-silicio) serie 5000 e serie 6000 anticorodal.