Leghe brasanti per la refrigerazione

La brasatura è un processo di unione di materiali metallici, realizzato per fusione del solo metallo d’apporto,  detto lega, il cui punto di fusione è più basso di quello del metallo base. La brasatura si suddivide in brasatura forte in cui il materiale d’apporto ha una temperatura di fusione superiore ai 450 °C, brasatura dolce nella quale la temperatura di fusione è inferiore ai 450 °C e saldobrasatura. La brasatura forte e dolce sono in grado di assicurare un legame metallurgico tra i materiali in virtù del fenomeno della bagnabilità e della capillarità, nella saldobrasatura è presente solo il fenomeno della bagnabilità.

Le leghe rame-fosforo e argento-rame-fosforo sono auto-flussanti ovvero sono utilizzate senza l’uso del disossidante per giunti rame-rame, vista la notevole affinità tra fosforo e ossigeno. Il fosforo reagisce con l’ossigeno dell’aria diventando il pentossido fosforico che reagendo con l’ossido di rame forma a sua volta sulla superficie del metallo base (rame) il metafosfato di rame. Questo composto ha un effetto flussante, ha un basso punto di fusione e allo stesso tempo copre con azione protettiva la lega fusa attraverso uno strato grigiastro; non è corrosivo quindi non è necessario rimuoverlo dopo la brasatura. Le caratteristiche meccaniche del giunto sono molto buone per quanto riguarda la resistenza a trazione, ma pessime per l’allungamento. E’ da tener presente che il fosforo forma composti intermetallici fragili nel caso di brasature di materiali contenenti più del 3% di ferro, nichel o cobalto con la possibilità di rottura dei giunti se sottoposti a carichi modesti. L’aggiunta dell’argento nelle leghe rame-fosforo provoca l’aumento della duttilità e la diminuzione della temperatura di solidus della lega. Per brasature in forno con atmosfera controllata o con gas inerte, le leghe contenenti fosforo possono essere applicate su rame e bronzi di rame-stagno senza l’impiego di disossidanti.

Nelle leghe argento-rame-zinco-stagno la temperatura di lavoro diminuisce all’aumentare del contenuto d’argento mentre la fluidità aumenta con il suo incremento percentuale. Queste leghe sono ottime per la brasatura di diversi materiali rame-acciaio, rame-ferro, rame-ottone, necessitano sempre dell’uso del disossidante per permettere la bagnabilità delle superfici. Aggiungendo una piccola quantità di silicio si ottiene una lega che protegge il bagno fuso e disossida gli elementi più ossidanti della lega; la silice che si forma, essendo insolubile, si raccoglie come scoria sulla superficie del bagno di fusione migliorando le condizioni di bagnatura del metallo base. Queste leghe sono ecologiche ovvero non contengono cadmio, i cui fumi se inalati risultano cancerogeni.  Le leghe argento-rame-zinco-stagno possono essere fornite in formato di barrette ricoperte con uno strato di disossidante. E’ possibile, in un’unica fase, disossidare la superficie da brasare e successivamente applicare la lega d’apporto sfruttando le diverse temperature di lavoro del flusso e della lega. Le barrette rivestite sono particolarmente adatte per la giunzione di tubazioni di diversi materiali dove è necessario l’uso del disossidante. Riscaldando il giunto e portando a contatto la parte esterna della barretta si fonde il disossidante lasciando scoperta la lega d’apporto; continuando a riscaldare si raggiungerà la temperatura di fusione della lega. Le migliori leghe ricoperte in commercio risultano essere inodore, flessibili e non rilasciano fumo.

Il procedimento di brasatura manuale a cannello è molto antico in quanto è di facile adattabilità ai diversi pezzi ed è impiegato in presenza di produzioni di serie limitate. I giunti devono essere portati alla temperatura di scorrimento della lega brasante nel minor tempo possibile (solitamente si utilizzano cannelli con potenza relativamente elevata e di forma biforcuta) per non provocare cambiamenti nella microstruttura del materiale base, il riscaldamento deve avvenire in modo uniforme utilizzando il pennacchio della fiamma anziché il dardo. La fiamma deve essere mossa intorno, avanti e indietro, lungo tutta la superficie all’intorno del giunto insistendo sulla parte a maggior spessore, più pesante o che richiede maggiore apporto di calore. Il disossidante deve essere applicato sui lembi prima del riscaldamento in modo che il metallo base sia ripulito durante l’apporto di calore. La lega brasante si applica una volta che il giunto si presenta di colore rosso ciliegia opaco: la giusta temperatura può essere determinata empiricamente nel momento in cui il metallo d’apporto si diffonde rapidamente nel giunto per capillarità. Lo scorrimento della lega può essere guidato con la fiamma posizionandola e quindi riscaldando quella parte del giunto verso cui si vuole far arrivare la lega, la quale non deve ricevere calore direttamente dalla fiamma ma per conduzione dal pezzo. Solitamente si usano barrette con diametro 1-3 volte lo spessore dei pezzi base, un giunto correttamente brasato presenta un deposito di lega uniforme, compatto e ben raccordato.

La brasatura a cannello può essere automatizzata predisponendo nastri trasportatori e piattaforme girevoli con cannelli multipli fissi o mobili; il carico dei pezzi, il materiale d’apporto e il disossidante sono ad alimentazione automatica oppure manuale a seconda dei lotti e dei costi di produzione.

Rame-Rame

Le giunzioni rame-rame o rame-leghe di rame sono solitamente brasate con materiale d’apporto CuP o AgCuP. Queste leghe sono autoflussanti e più economiche se comparate alle leghe d’argento (ad  esempio BrazeTec S93, BrazeTec S92, BrazeTec S2, BrazeTec S5 e BrazeTec S15). Il loro impiego è però sconsigliato in ambiente di lavoro con presenza di zolfo o di acqua salata poiché essi provocano la rapida corrosione del fosforo fino alla rottura del giunto; queste leghe, inoltre, non sono adatte per materiali base contenenti ferro, nichel o cobalto perché il fosforo reagendo con questi elementi forma uno strato fragile di fosfuro che provoca la rottura del giunto se sottoposto a modeste sollecitazioni.

In caso di TPC (Tough-Pitch Copper) o altri tipi di rame ad alta conduttività contenenti ossigeno si deve fare attenzione all’ambiente in cui si esegue il processo di brasatura: utilizzando il metodo a cannello con fiamma ossiacetilenica o ossi-gas si deve regolare la fiamma affinché risulti ossidante (eccesso di ossigeno). Se così non fosse gli ossidi contenuti in questi tipi di rame reagendo con una fiamma riducente formano vapore che  intrappolato all’interno del rame provoca l’indebolimento del rame stesso: tale fenomeno è detto infragilimento da idrogeno.

Cu₂O + H₂ ® 2Cu + H₂O (che si trasforma in vapore a T >100 °C)

Questo difetto è facilmente individuabile; ad esempio le lamine di rame sottoposte all’infragilimento da idrogeno risultano così deboli che si spezzano o si piegano. Esaminando la parte fratturata si nota che è di colore rosa salmone anziché color rame.