Brasatura a ultrasuoni – Giunzione senza flussante di metalli duri all’acciaio

La brasatura a ultrasuoni sta rivoluzionando il modo in cui vengono uniti i metalli duri, offrendo un’alternativa più pulita ed efficiente ai metodi tradizionali. Grazie all’applicazione di onde ultrasoniche ad alta intensità, questa tecnica avanzata elimina la necessità di flussanti tossici, comunemente utilizzati per disgregare gli ossidi e consentire la giunzione. Particolarmente efficace per materiali difficili da trattare come il carburo di tungsteno, la brasatura a ultrasuoni aumenta la resistenza delle giunzioni, riducendo al contempo i rischi per la salute e l’impatto ambientale. Questo approccio innovativo apre nuove possibilità per i settori che richiedono collegamenti robusti e affidabili tra metalli duri e acciaio.

Il sonicatore UIP1000hdT per la brasatura

L’istituto RIF ha ottenuto risultati innovativi nella brasatura utilizzando Hielscher UIP1000hdT, un sonicatore a sonda da 1000 watt rinomato per la sua precisione e potenza. Questo dispositivo all’avanguardia genera onde ultrasoniche ad alta intensità, consentendo a processi avanzati come la cavitazione di disgregare efficacemente gli ossidi e migliorare la bagnabilità dei materiali. La sua struttura robusta garantisce prestazioni costanti in condizioni impegnative, mentre l’interfaccia touchscreen intuitiva e le impostazioni programmabili consentono un controllo preciso dei parametri chiave. La capacità di UIP1000hdT di fornire risultati affidabili e ripetibili lo rende uno strumento indispensabile per la ricerca d’avanguardia e le applicazioni industriali, compresa la brasatura assistita da ultrasuoni.

Nella ricerca di soluzioni produttive innovative e sostenibili, l’istituto RIF per la ricerca e il trasferimento tecnologico (Dortmund, Germania) ha compiuto un significativo passo avanti nella brasatura assistita da ultrasuoni per unire metalli duri all’acciaio. Questo approccio all’avanguardia elimina la necessità di flussanti tossici, offrendo benefici sia per la salute sia per l’ambiente e mantenendo al contempo elevate prestazioni delle giunzioni.

La sfida della brasatura dei metalli duri

I metalli duri, come il carburo di tungsteno, sono notoriamente difficili da brasare a causa delle loro proprietà strutturali e del loro comportamento chimico. La brasatura tradizionale all’acciaio è ostacolata da due fattori principali:

• Dilatazione termica differenziale: I diversi tassi di dilatazione dei metalli duri e dell’acciaio durante il processo di brasatura possono compromettere l’integrità della giunzione.
• Formazione di ossidi: Durante la brasatura, sulle superfici metalliche si formano naturalmente strati di ossido, che ostacolano il processo di bagnatura e riducono la resistenza della giunzione.

Per affrontare queste sfide, i metodi di brasatura convenzionali fanno ampio ricorso a flussanti chimicamente aggressivi. Tuttavia, questi flussanti comportano rischi significativi per la salute e possono danneggiare i materiali nel tempo. Alternative come la brasatura sotto vuoto o in gas protettivo sono efficaci, ma comportano costi elevati per le attrezzature e lunghi tempi di lavorazione.

La soluzione a ultrasuoni: brasatura senza flussante

La brasatura assistita da ultrasuoni offre un’alternativa innovativa. Già utilizzato per i metalli leggeri, questo metodo sfrutta le onde ultrasoniche per migliorare le prestazioni della brasatura a temperature più basse.

Come funziona la brasatura a ultrasuoni

Quando le onde ultrasoniche vengono applicate al processo di brasatura, generano un fenomeno chiamato cavitazione. Questo comporta la formazione di microscopiche bolle di gas nel materiale d’apporto, che collassano in condizioni di pressione e temperatura elevate. Questa azione implosiva offre diversi vantaggi:

• Disgrega e rimuove gli strati di ossido dalle superfici metalliche.
• Distribuisce i frammenti di ossido lungo tutto il cordone di brasatura.
• Migliora la bagnatura del metallo duro da parte del materiale d’apporto.

Eliminando la necessità di flussante, la brasatura a ultrasuoni riduce significativamente i rischi chimici e consente di ottenere giunzioni di alta qualità.

Tecnologia avanzata di brasatura

Presso l’istituto RIF, i ricercatori hanno ottimizzato la brasatura a ultrasuoni utilizzando il sonicatore Hielscher modello UIP1000hdT per applicazioni di giunzione tra metallo duro e acciaio. I principali progressi includono:

• Stazione di brasatura personalizzata: Una configurazione specializzata in cui i componenti da unire vengono riscaldati per induzione mentre le onde ultrasoniche vengono applicate con precisione.
• Monitoraggio del processo: Sistemi avanzati di misura e controllo garantiscono risultati riproducibili per diverse combinazioni di acciai e metalli duri.
• Prove approfondite: Le giunzioni brasate vengono sottoposte a rigorose analisi mediante imaging non distruttivo e a prove meccaniche per verificarne la resistenza e l’affidabilità.

Attraverso un’attenta sperimentazione, l’istituto RIF ha individuato parametri di processo critici come la temperatura di brasatura e il tempo di attivazione degli ultrasuoni. I risultati sono notevoli:

• Aumento della resistenza: La brasatura a ultrasuoni ha prodotto giunzioni con una resistenza fino a 368 MPa – un aumento del 347% rispetto alla brasatura senza flussante né ultrasuoni (106 MPa).
• Prestazioni competitive: La resistenza delle giunzioni ottenuta con la brasatura a ultrasuoni è paragonabile a quella dei metodi convenzionali che utilizzano flussanti.

Henrik Ulitzka, uno dei principali ricercatori del RIF, ha sottolineato l’importanza di questi risultati:
“Le nostre prove hanno rivelato l’influenza determinante dei parametri di processo. Regolando con precisione la temperatura e il tempo di attivazione degli ultrasuoni, abbiamo sfruttato appieno il potenziale della brasatura a ultrasuoni per i collegamenti tra metallo duro e acciaio.”

Il futuro della brasatura a ultrasuoni

Grazie alla loro capacità di produrre giunzioni resistenti e prive di flussante, i sonicatori Hielscher per la brasatura rappresentano un progresso promettente per settori che spaziano dall’automotive all’aerospaziale.
Il lavoro dell’istituto RIF dimostra che innovazione e sostenibilità possono procedere di pari passo, stabilendo un nuovo standard per la tecnologia di brasatura.

Progettazione, produzione e consulenza – Qualità Made in Germany

I sonicatori Hielscher sono rinomati per i loro elevatissimi standard di qualità e progettazione. La robustezza e la semplicità d’uso consentono di integrare agevolmente i nostri sonicatori negli impianti industriali. I sonicatori Hielscher affrontano facilmente condizioni difficili e ambienti impegnativi.

Hielscher Ultrasonics è un’azienda certificata ISO e dedica particolare attenzione ai sonicatori ad alte prestazioni, caratterizzati da tecnologia all’avanguardia e facilità d’uso. Naturalmente, i sonicatori Hielscher sono conformi ai requisiti CE e soddisfano i requisiti di UL, CSA e RoHs.