Saldature speciali: vantaggi e sfide

Cosa si intende per saldature speciali? Quali sono le tecniche, i vantaggi e le sfide di questo tipo di saldatura?

La dicitura saldature speciali si riferisce a un ampio gruppo di tecniche di saldatura avanzate utilizzate per unire i metalli in applicazioni o situazioni di produzione uniche e peculiari. Questi processi sono spesso più complessi dei più tradizionali metodi di saldatura per fusione, come la saldatura MMA o la saldatura MIG/MAG.

Le tecniche di saldatura speciale offrono soluzioni innovative per unire i metalli in applicazioni complesse in diversi settori.

Dopo aver approfondito la differenza tra saldatura e brasatura e la differenza tra saldature autogene e eterogene , esaminiamo le saldature speciali.

Tutte le tecniche di saldatura appartengono a processi “speciali” e richiedono competenze, conoscenze, attrezzature ed esperienza specifiche (leggi anche “Le 7 principali tecniche di saldatura”). Le saldature speciali si differenziano da quelle tradizionali in quanto processi di saldatura utilizzati in situazioni in cui le prime potrebbero risultare inefficaci, come nel caso di leghe e materiali oppure componenti particolari (con forme complesse o con particolari requisiti di resistenza o durabilità).

La saldatura a fascio elettronico (EBW), la saldatura laser (LBW) e la saldatura per attrito sono solo alcuni esempi di processi di saldatura speciale. Questi metodi utilizzano processi altamente tecnologici per unire i metalli con eccezionale precisione, velocità e resistenza.

Comunemente utilizzate nel settore aerospaziale, automobilistico ed elettronico, queste tecniche sono apprezzate per la saldatura di componenti complessi, riducendo al minimo le zone colpite dal calore. Inoltre, eccellono nell’unire efficacemente materiali dissimili.

I processi di saldatura speciale utilizzano diversi principi e meccanismi per generare il calore necessario all’unione dei materiali. Alcune tecniche utilizzano fonti di energia altamente concentrate per fondere e unire rapidamente i metalli (saldatura per fusione). Altre, invece, si basano sul calore localizzato generato dalla deformazione plastica o dall’impatto per creare saldature allo stato solido senza fondere i metalli di base.

Di seguito una rassegna con alcuni esempi di saldature speciali.

La saldatura TIG utilizza elettrodi di tungsteno e gas inerte per proteggere la zona di saldatura dall’ossidazione.

È considerata uno dei metodi di saldatura più difficili da padroneggiare e produce saldature di altissima qualità, altamente resistenti. Questa tecnica richiede una notevole abilità e precisione da parte dell’operatore e non è adatta per i metalli bassofondenti (Stagno, Piombo, Zinco).

Tuttavia, si presta bene alla saldatura di un’ampia gamma di materiali, compresi acciaio inox, alluminio, rame e metalli non ferrosi. Molto utilizzata nell’industria aerospaziale, la tecnologia consente anche di saldare materiali di spessore sottile.

La saldatura TIG può essere più costosa di altre tecnologie di saldatura a causa dei macchinari impiegati, dell’utilizzo di gas inerte e della maggiore complessità.

Questa tecnica di saldatura a filo utilizza un arco elettrico sommerso sotto un letto di granelli di fusione (solitamente costituito da ossidi, carbonato, silicati e ferroleghe) per fondere i materiali da saldare, proteggendo il processo dall’ossidazione e dalla contaminazione atmosferica.

Questa tipologia di saldatura consente di saldare velocemente materiali spessi in una sola passata, grazie alla grande quantità di calore generata dall’arco sommerso. Per questo motivo, la tecnica è spesso usata nelle lavorazioni in serie.

Nonostante ciò, la saldatura può essere costosa e poco versatile, viste le attrezzature necessarie. Inoltre, consente di saldare certamente con meno abilità, ma anche con minore precisione. Questa tecnica non è adatta per spessori sottili.

La saldatura a fascio di elettroni (EBW) utilizza un fascio di elettroni ad alta velocità (propagato in una speciale camera a vuoto) per fondere il metallo e unire i lembi dei pezzi. Il riscaldamento è molto localizzato e il resto dell’assieme rimane freddo e stabile. È ideale per lavori di precisione: la saldatura risulta molto stretta con una zona termicamente alterata minima.

La saldatura laser (LBW – Laser Beam Welding) utilizza un fascio di luce laser preciso e ad alta energia per unire saldamente pezzi di metallo in modo rapido e preciso. È adatta per una vasta gamma di materiali, ma risulta molto utile per saldare materiali duri come il titanio. Questo tipo di saldatura consente di ottenere rapidamente saldature di alta qualità su parti sottili o applicazioni ad alta precisione, come nel caso di piccoli dispositivi medici impiantabili.

Tuttavia, la tecnica è più efficace per saldature lineari e semplici e richiede l’utilizzo di attrezzature specializzate, il che la rende costosa. Inoltre, può essere meno adatta per saldature di grandi dimensioni.

Infine, la saldatura laser può essere sensibile alle variazioni di spessore e di riflettività dei materiali e, per questo motivo, richiede attenzioni particolari.

Nella saldatura per attrito non c’è fusione: si tratta di un processo di saldatura allo stato solido. Per questo motivo, spesso non viene considerata come una tipologia di saldatura, ma piuttosto come una tecnica di forgiatura.

Tra le principali tecniche, citiamo la saldatura per attrito stirata (FSW) e la saldatura per attrito rotativa inerziale (IRW).

La saldatura per esplosione utilizza esplosioni controllate per unire i metalli, formando un forte legame tra i pezzi, senza tuttavia fonderli. L’esplosione genera una forte pressione tra le piastre metalliche. Essa fonde i metalli a livello atomico e rende le caratteristiche metallurgiche della struttura uniformi e di altissima qualità.

La saldatura a ultrasuoni utilizza vibrazioni ad alta frequenza e pressione per generare calore e unire i materiali senza fonderli. È comunemente utilizzata per saldare materiali plastici, ma può anche essere utilizzata per saldare metalli.

La saldatura per diffusione è un processo di trasformazione allo stato solido che consente di unire tra loro materiali simili e dissimili. Generalmente, si parla di materiali dissimili che non potrebbero essere uniti con altri procedimenti in quanto possiedono caratteristiche termo-fisiche molto diverse. Questa tecnica si basa sulla diffusione atomica degli elementi che devono essere uniti.

La saldatura a impulsi magnetici utilizza forti magneti per spingere un pezzo metallico verso un altro, fino all’unione. Questo processo permette di saldare tra loro materiali differenti creando giunti robusti senza la necessità di fondere i metalli.

Grazie alle alte prestazioni e specificità le saldature speciali sono utilizzate in molti settori, tra cui:

• Componenti aerospaziali e aeronautici – le saldature speciali aiutano a unire materiali resistenti e leggeri come il titanio e l’alluminio: un aspetto cruciale per la realizzazione delle strutture, dei motori e dei sistemi dei velivoli.
• Nucleare e generazione di energia – nell’ambito dell’energia nucleare si utilizzano metalli spessi. La saldatura a fascio di elettroni aiuta ad unire in modo sicuro ed efficiente questi spessori importanti.
• Automotive e trasporti – mentre la saldatura laser contribuisce a rendere resistenti le carrozzerie e i telai dei veicoli, la saldatura per attrito è utile per unire parti come gli alberi di trasmissione.
• Dispositivi medici – Alla base degli impianti medici e gli strumenti chirurgici in acciaio inox e titanio c’è la saldatura speciale. Queste tecniche di saldatura aiutano a creare apparecchiature mediche precise e sicure.
• Microelettronica e semiconduttori – i componenti elettronici necessitano di saldature molto precise. Tramite la saldatura a laser o a fascio di elettroni è possibile la micro-giunzione di minuscoli pezzi.

Vantaggi

• Saldature di alta precisione e qualità con eccellenti proprietà meccaniche
• Penetrazione profonda e stretta con zone termicamente alterate minime
• Capacità di unire materiali dissimili e difficili da saldare
• Potenziale di alta produttività e automazione
• Accesso a spazi ristretti e a geometrie di giunzione complesse

Limiti e sfide

• Attrezzature costose e alti costi operativi
• Necessità di un’ampia ottimizzazione e controllo del processo
• Spessori limitati del materiale per alcuni processi
• Possibili difetti come porosità, fessurazioni, mancanza di fusione
• Requisiti stringenti per l’adattamento dei giunti e la preparazione delle superfici
• Formazione e competenze specifiche per gli operatori

Oltre al crescente interesse nello sviluppo di nuove tecniche di saldatura per materiali e applicazioni emergenti, uno dei principali sviluppi nel mondo delle saldature (e di quelle speciali) è sicuramente l’aumento dell’automazione e della robotica nei processi di saldatura stessi.

Ma quando parliamo di automazione e saldatura robotizzata non intendiamo certo che i compiti vengano svolti in completa autonomia dalle macchine, senza basarsi su professionalità ed esperienza umana.

Al contrario, questo tipo di lavorazione richiede una pianificazione precisa e diverse skills: non solo è necessario essere saldatori esperti per capire fin da subito le necessità del progetto (comprese di operazioni e costi), ma bisogna anche essere specializzati in programmazioni complesse per progettare ogni lavorazione.

Casa della Saldatura, azienda operativa dal 1986, è specializzata in saldature robotizzate conto terzi di elementi in acciaio e alluminio per le aziende di ogni dimensione e settore.

Tra le tecniche usate, Casa della Saldatura predilige la saldatura robotizzata a TIG e TIG con filo freddo AC e DC, eseguite rigorosamente con generatori di ultima generazione.

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