Saldatura del rame con procedimenti a gas

Occorre tenere in considerazione che il rame ha proprietà molto specifiche che influenzano il risultato e la qualità finale della saldatura:

• elevata conducibilità elettrica, 
• elevata conducibilità termica, 
• un punto di fusione relativamente basso, di poco superiore a 1.000°C

Consigli per la saldatura del rame nei processi ad arco e fiamma

Una delle maggiori peculiarità del rame è la sua elevata conducibilità termica. Indipendentemente dal tipo di processo di saldatura, il calore generato viene dissipato rapidamente. Nei processi di saldatura a bassa densità di energia (ad esempio, nelle applicazioni di saldatura TIG), molto spesso è necessario eseguire un opportuno preriscaldo. 

L'utilizzo di argon puro per saldare il rame produce tipicamente un cordone di larghezza abbastanza ampia con classica penetrazione ‘a dito’, non troppo profonda a causa dell'alta dissipazione del calore. Questo richiede una particolare attenzione alle temperature di preriscaldo e alla velocità di raffreddamento dei componenti in fase post saldatura, tutto ciò al fine di evitare difetti di fusione/solidificazione e compromettere la resistenza dei giunti da unire.
  
L’utilizzo di miscele di elio/argon, a parità di altri parametri, aumenta l’apporto termico sul bagno di fusione e permette di minimizzare l’utilizzo del preriscaldo (tempi e temperature).

Anche nei processi alimentati a filo, a maggiore produttività, come il MIG, occorre tener conto delle caratteristiche fisiche del rame e, in funzione della geometria e degli spessori del giunto, programmare il ciclo di preriscaldo più idoneo. I gas utilizzati possono essere argon o miscele argon elio. 
Nella brasatura e nella saldobrasatura il tema della dissipazione di calore si pone in maniera meno rilevante; per loro caratteristiche questi processi operano a temperature inferiori a quella di fusione del rame. Il giunto realizzato sarà eterogeneo, con caratteristiche meccaniche inferiori rispetto ad altre tecniche ma funzionali all’impiego finale dell’elemento brasato o saldobrasato (ad esempio: termoidraulica). Questo procedimento è sensibile alla pulizia delle superfici da unire e, a seconda delle leghe utilizzate, può essere necessario l’utilizzo di disossidante, in polvere o pasta, al fine di garantire una buona bagnabilità delle superfici stesse.

Le sfide della saldatura laser del rame

Un processo ad alta densità energetica, come il laser, è adatto alla  saldatura del rame e delle sue leghe, con il vantaggio che, spesso, non è necessario scaldare preventivamente, con conseguente risparmio di tempo ed energia. Altro vantaggio del laser è quello di concentrare il calore su un volume di materiale della zona fusa minore, riducendo i rischi tipici dei difetti post saldatura.  
Il rame è generalmente più facilmente saldabile con laser a diodi e laser a fibra. Questo perché il rame ha una buona assorbenza delle lunghezze d'onda emesse da entrambe le sorgenti, consentendo una efficace trasformazione dell'energia luminosa in calore per il processo di saldatura. Anche i laser Nd:YAG possono essere utilizzati per saldare il rame, ma potrebbero richiedere un maggiore controllo dei parametri del processo a causa delle proprietà ottiche del materiale. I laser CO₂ sono meno idonei alla saldatura del rame a causa della bassa assorbenza di questa sorgente alle lunghezze d'onda emesse, rendendo così difficile ottenere un efficace apporto termico sul materiale.

Quale gas scegliere per saldare il rame?

ARCAL™ Prime è la soluzione fondamentale per un'ampia gamma di applicazioni:

• Saldatura TIG e al plasma di tutti i materiali, compresi i più sensibili: rame, alluminio, titanio, zirconio, magnesio e relative leghe.
• Saldatura MIG Acciai al carbonio e bassolegati, inox e leghe di nickel, alluminio, rame e loro leghe. Protezione di tutti i materiali.

ARCAL™ Prime è un prodotto di alta qualità (oltre il 99,998% di Argon puro), conforme alla norma ISO 14175-I1-Ar e con un livello molto basso di impurità: acqua (H₂O), ossigeno (O₂) e azoto (N₂)
L'elevata purezza del gas garantisce un cordone di saldatura privo di difetti, anche a bassi spessori, e un eccellente aspetto della saldatura.
ARCAL™ Prime garantisce qualità costante e facilità d'uso, indipendentemente dalle quantità necessarie, dalle bombole ai liquidi stoccati nelle vostre strutture.

Altri gas della gamma Arcal utilizzabili per la saldatura del rame  ad elevato apporto termico sono le miscele argon-elio:  ARCAL™ 32, ARCAL™ 35, ARCAL™ 37.

Consigli per la saldatura del rame

Come già sottolineato, Il rame è caratterizzato da un’elevata conducibilità termica. La capacità di dissipazione del calore del rame puro in generale è circa 5 volte maggiore rispetto all’acciaio al carbonio. Il principale accorgimento è quello di prevedere un opportuno preriscaldo in funzione del calore specifico da fornire, dello spessore e della geometria del giunto. Talvolta un accorgimento utile, al fine di ridurre le deformazioni, specie su lamiere sottili, è quello di ‘ancorare’ i componenti riducendone i gradi di libertà.
Il rame viene utilizzato allo stato puro o in forma di differenti leghe, ad esempio: rame-zinco (ottone), rame-stagno (bronzo), rame-nickel (cupronickel), rame-alluminio, rame-silicio ecc. 
Il rame è sensibile alla presenza di ossigeno (causa di porosità) e di idrogeno (principalmente infragilimento da idrogeno), in generale, l’utilizzo di rame (o lega di-) privo di tali elementi riduce tali difetti post saldatura. Analogamente è raccomandato utilizzare gas di protezione privi di idrogeno o ossigeno.  
Per quanto riguarda la saldabilità, il rame ad alto contenuto è normalmente saldabile con buoni risultati ad eccezione delle leghe di rame temprabili (ad esempio quelle con aggiunta di cromo). L’ottone ha una minore conducibilità termica ma occorrerà porre attenzione al rischio di evaporazione dello zinco dal bagno fuso con il conseguente rischio di porosità.  
Il bronzo, con contenuto di stagno fino al 10%, è sensibile alle cricche a caldo, di conseguenza occorre curare il corretto apporto termico specifico combinando in maniera idonea tensione, corrente e velocità di avanzamento oltreché porre particolare cura alla velocità raffreddamento del bagno che deve essere significativamente  lento. 

Più in generale, ogni lega di rame presenta in maniera più o meno marcata le caratteristiche e i rischi di difetti sopra descritti. In sintesi, i principali accorgimenti da adottare sono: 

• Idonea temperatura di preriscaldo (soprattutto per rame puro e spessori medio alti)
• Idonea curva di raffreddamento post saldatura
• Corretto apporto termico specifico al fine di minimizzare il gradiente termico.
• Minimizzare la volatilità dei componenti bassofondenti usando idoneo materiale d’apporto e evitando velocità di saldatura troppo basse. 
• Pulire la superficie dei componenti dalla presenza di olii, vernici, polveri ecc. (fonti di porosità)