Saldatura per attrito: cos’è e come funziona

La saldatura per attrito è un processo di giunzione di pezzi metallici che sfrutta il calore generato dall’attrito tra due pezzi in movimento relativo che vengono compressi tra loro.

Come si esegue una saldatura per attrito

Nella fase iniziale di questo processo, avviene il riscaldamento dei due lembi grazie al calore sprigionato dall’attrito tra i due pezzi da saldare. Una volta che l’interfaccia da saldare raggiunge la temperatura di rammollimento del materiale, rendendolo plastico, inizia la seconda fase, quella di “forgiatura”, in cui i due pezzi vengono mantenuti in posizione fino al completo raffreddamento.

La temperatura raggiunta durante il ciclo di giunzione è sempre inferiore alla temperatura di fusione del metallo. Più sale la temperatura, più il metallo tende a ridurre il suo attrito (quindi il calore sviluppato). Di conseguenza, la temperatura finale tende a stabilizzarsi a livelli di circa il 75% della temperatura di fusione.

Usualmente, questo processo viene eseguito su pezzi cilindrici: un pezzo è mantenuto fisso in un mandrino, il secondo è portato in rotazione e compresso contro il primo da un contro-mandrino. La rotazione del mandrino rotante è fornita da un motore elettrico, mentre la forza compressiva viene esercitata da un attuatore idraulico. La macchina è totalmente automatizzata e spesso è asservita da sistemi automatici di carico e scarico pezzo per la produzione di grandi lotti.

Esiste anche una variante di questo processo chiamata “Friction Stir Welding”, tipicamente adottata per l’alluminio. Un utensile cilindrico ruota su sé stesso e viene fatto avanzare lentamente tra i due lembi da unire. Questi, scaldandosi per attrito dell’utensile rotante, entrano in campo plastico e si mescolano per poi raffreddarsi dopo il passaggio dell’utensile.

Peculiarità della saldatura ad attrito

Nei disegni tecnici, la saldatura ad attrito è classificata con il numero identificativo 42 (famiglia 4 delle saldature per pressione), cioè la stessa famiglia anche della saldatura a ultrasuoni, con cui ha qualche analogia.

Un vantaggio di questo tipo di saldatura è la preparazione dei lembi. Contrariamente a molte altre tecnologie di saldatura, in questo caso non è strettamente necessario cianfrinare i due lembi. Anzi, è possibile tenerli grezzi in quanto, durante la fase di riscaldamento, per plasticità del materiale, le superfici dei due pezzi si amalgameranno tra loro estrudendo verso l’esterno il materiale in eccesso grazie alla compressione applicata tra i due pezzi. L’estrusione di materiale verso l’esterno, durante la fase di riscaldamento, tende a espellere le eventuali scorie ed impurità presenti sulle due superfici all’inizio del processo.

Un altro vantaggio di questa tecnica di saldatura è che, visto che questo processo impiega solo pochi secondi, la Zona Termicamente Alterata (ZTA) rimane piuttosto piccola e confinata nelle vicinanze della saldatura, senza espandersi troppo. Siccome i due metalli non raggiungono la fusione, non c’è pericolo di porosità o inclusioni e non c’è neanche il problema dell’ossidazione, dunque il giunto non richiede di essere avvolto da un’atmosfera protettiva (come invece succede nelle saldature TIG, MIG e MAG). Per queste ragioni, la resistenza della connessione è molto elevata e i giunti saldati per attrito forniscono eccellenti performance meccaniche anche se sottoposti a carichi ciclici (fenomeno della fatica).

Questo processo è perfetto ogni volta che è necessario saldare materiali con diverse temperature di fusione. Materiali saldabili con questa tecnologia sono: leghe leggere, magnesio, titanio, rame e acciai alto-resistenziali. È importante sottolineare che è possibile saldare tra loro materiali differenti, anche con temperature di fusione molto diverse tra loro, proprio perché non si arriva a fusione. I campi in cui viene adottata questa tecnologia sono l’automotive, il settore aeronautico e nautico e, in alcuni casi, viene utilizzata anche nel settore aerospaziale.