Numero 1 2007 - IIS

Riscaldamento
Figura 3 - Esempio di utensile per la
pressofusione.
progettazione dei canali interni. La giunzione
delle singole lamelle fino a
formare un componente massivo, deve
condurre ad una giunzione sulla
completa superficie. Inoltre per alcune
applicazioni in campo chimico, il
componente deve avere elevate caratteristiche
di resistenza alla corrosione.
La saldobrasatura in forno delle singole
lamelle rappresenta sicuramente un
metodo di giunzione, anche se l’utilizzo
di materiali di brasatura riduce spesso la
temperatura di esercizio e la resistenza
alla corrosione. In alcuni casi, inoltre, i
canali vengono intasati da alcuni resti
Raffreddamento
Wilden J. et al. - Saldatura per diffusione, un esempio di rapid tooling
del materiale solidificato.
La saldatura per
diffusione rappresenta
in questo caso un’ottima
soluzione per
produrre utensili con
elevate proprietà
meccaniche.
Saldatura per
diffusione
La saldatura per diffusione
viene raggruppata
tra i metodi di
saldatura allo stato
solido ed avviene a
temperature omologhe
tra 0,5-0,8. La diffusione
dei singoli atomi
oltre la superficie di
contatto avviene
secondo la legge di
Fick, per la quale lo
spostamento (x) è
direttamente proporzionale
alla temperatura
(T in [K]), al
tempo (t in [s]) ed
inversamente proporzionale (andamento
esponenziale) alla energia di attivazione
[Q in kJ/mol] [1]:
La diffusione può avvenire in tre modi
(Fig. 5): in superficie, ai bordi di grano o
nel volume.
L’energia di attivazione ha un valore
massimo nel volume, mentre il minimo è
in superficie [2].
All’atto pratico la superficie di contatto
tra i componenti da saldare presenta
ossidi, che possono influenzare la saldatura.
Sulle due superfici in contatto
agisce una pressione meccanica che può
avere valori molto diversi da pochi
N/mm 2 fino a 40 N/mm 2 e che dipende
dai materiali utilizzati e dalla finitura
superficiale.
Un modello macroscopico sull’andamento
del processo di saldatura per diffusione
viene presentato in (Fig. 6 [3]).
L’unione può essere descritta tramite uno
stadio iniziale e tre stadi che si susseguono.
Nella fase iniziale vengono a contatto
solo pochi punti sulla superficie, che
presenta una relativa rugosità. Con
aumento della temperatura e grazie alla
presenza di una forza, che agisce inizialmente
localmente, il materiale si
deforma (scorrimento plastico e viscoso)
e la superficie di contatto aumenta (la
deformazione totale del componente è di
circa 2-3%). Proprio in questa fase viene
distrutto lo strato continuo di ossido in
superficie. Una nuova ossidazione della
superficie non può più avvenire, visto
che ci si trova in condizioni inerti. La
rugosità delle superfici deve avere un
valore di R a pari a 0,3-0,4 μm.
In un secondo stadio in cui i due componenti
sono a stretto contatto tra loro, si
assiste a fenomeni diffusivi di diverso
tipo. Dal punto di vista fenomenologico
il volume degli spazi vuoti presenti tra le
superfici viene ridotto, mentre dal punto
di vista metallurgico si hanno diversi
fenomeni che si sovrappongono (Fig. 7
[4]):
• Scorrimento plastico nelle zone con
una elevata sollecitazione di pressione
meccanica.
• Diffusione superficiale (1-3) che
parte dalla superficie degli spazi vuoti
verso la zona di contatto (riduzione
Disegno di
progetto Slicing Taglio Giunzione Finishing Utensile
Figura 4 - Metodologia per la costruzione di utensili con strutture interne.
Riv. Ital. Saldatura - n. 1 - Gennaio / Febbraio 2007
45