Brasatura nel settore riscaldamento, ventilazione e aria condizionata (HVAC)

Nel settore HVAC (Heat, Ventilation and Air Conditioner) sono impiegate le leghe composte da rame-fosforo e argento-rame-fosforo che sono auto-flussanti ovvero sono utilizzate senza l’uso del disossidante su giunti rame-rame (scambiatori di calore, raccordi, tubi), vista la notevole affinità tra fosforo e ossigeno. Il fosforo interagisce 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 ha un’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. È 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 senza l’impiego di disossidanti. Brasare giunti Cu-Cu da impiegare in ambiente di lavoro solfureo con leghe CuP o AgCuP è sconsigliato perché i composti dello zolfo provocano la rapida corrosione del fosforo fino alla rottura del giunto.

Anche le leghe argento-rame-zinco-stagno sono utilizzate nel settore HVAC, in base alle diverse composizioni si nota che la loro temperatura di lavoro diminuisce all’aumentare del contenuto d’argento mentre la fluidità aumenta con l’incremento dell’Ag. 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 durante il processo di brasatura in aria. Aggiungendo una piccola quantità di silicio si ottiene una lega più performante. 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. Le leghe argento-rame-zinco-stagno possono anche essere prodotte in formato di barrette ricoperte con uno strato di disossidante. Le barrette rivestite sono particolarmente adatte per la giunzione di tubazioni di diversi materiali dove è necessario l’uso del disossidante perché è possibile, in un’unica fase, disossidare la superficie da brasare e successivamente applicare la lega d’apporto. Riscaldando il giunto e portando a contatto la parte esterna della barretta si fa fondere il disossidante lasciando scoperta la lega d’apporto. Continuando a riscaldare si raggiungerà la temperatura di lavoro, momento in cui potrà essere applicata la lega. Le migliori leghe rivestite in commercio risultano essere: inodore, flessibili e non rilasciano fumo.

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 inizia a fondersi rapidamente sul giunto per capillarità. Lo scorrimento della lega può essere guidato con la fiamma posizionandola e quindi fornendo maggior calore a quella parte del giunto verso cui si vuole far arrivare la lega. 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 manuale è il metodo di riscaldamento più utilizzato nel settore HVAC ma può essere anche automatizzato predisponendo nastri trasportatori e piattaforme girevoli con cannelli multipli fissi o mobili. Il carico dei giunti, il materiale d’apporto e il disossidante possono essere automatizzati tramite robot, macchine svolgi-filo e dosatori.

In caso di giunti in TPC (Tough-Pitch Copper) o altri tipi di rame ad alta conduttività contenenti ossigeno si deve fare attenzione a riscaldare il giunto con fiamma ossiacetilenica o ossi-gas perché l’ossigeno 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 è 2Cu + H₂O (che si trasforma in vapore a T >100 °C)

Questo difetto è facilmente individuabile perché i giunti di rame soggetti all’infragilimento da idrogeno risultano così deboli che si spezzano o si piegano facilmente ed esaminando la parte fratturata si nota che è di colore “rosa salmone” anziché color rame lucente.