Saldatura a freddo di plastiche e metalli: come funziona?

Nei processi industriali l’unione di vari componenti è un passaggio fondamentale sia per l’assemblaggio di prodotti sia per alcuni interventi manutentivi. Esistono svariati modi per creare una giunzione solida e duratura, alcuni basati su approcci meccanici e altri sulla saldatura. 

Particolare interesse in alcune situazioni è la possibilità di effettuare una saldatura a freddo, ossia un’unione irreversibile dei due componenti senza necessità di applicare calore. Ma di cosa si tratta e come funziona?

Cos'è la saldatura a freddo?

Per saldatura a freddo si intende un processo di giunzione che prevede la diffusione di materiale tra due componenti da unire senza necessità di applicare calore. In altre parole, senza una fase liquida ottenuta per superamento della temperatura di fusione dei due componenti o di un materiale di apporto. 

Questo metodo è conosciuto da tempo in ambiti altamente tecnologici, come l’industria aerospaziale, ma ha visto una progressiva diffusione anche in settori più tradizionali.

Su quali materiali è possibile usare questa tecnica?

Le saldature a freddo possono essere ottenute su due tipi di materiali:

• Metalli
• Plastiche

Il primo caso analizzato è la saldatura a freddo propriamente detta, ossia una diffusione locale di atomi tra un metallo e l’altro senza necessità di aggiungere calore. Perché questa tecnica funzioni sono necessarie alcune specifiche condizioni superficiali dei due metalli:

• Pulizia
• Assenza di strati di ossidazione
• Assenza di giochi

Una volta che queste premesse sono soddisfatte è sufficiente l’applicazione di una pressione in ambiente controllato, possibilmente in vuoto o atmosfera protettiva, per far sì che i due metalli si uniscano irreversibilmente. In generale questo processo è applicabile solo a metalli che siano duttili, che non abbiano subito trattamenti termici di tempra e che non siano stati fortemente incruditi da lavorazioni meccaniche.

Esistono poi utilizzi meno scientifici del termine saldatura a freddo. Un esempio, riferito alle lamiere metalliche, è quello della tecnica più propriamente detta clinching, o clinciatura per estensione italiana del termine inglese. In questo caso una matrice e un punzone sono usati per deformare meccanicamente due lamiere creando un punto di unione simile ad un rivetto ma ottenuto senza componenti esterni alla lamiera.

La saldatura a freddo della plastica, infine, si riferisce solitamente al caso di utilizzo di solventi per unire dei polimeri termoplastici. Si tratta di un processo che non coinvolge il superamento della temperatura di fusione dei polimeri ma che prevede comunque una fase liquida o semisolida.

Questo processo è applicabile solamente a plastiche che possano essere dissolte o ammorbidite da opportuni solventi. Il principio di funzionamento si basa sull’allentamento degli intrecci di catene polimeriche grazie all’interporsi di un solvente e quindi alla successiva interdiffusione dei materiali nella zona di giunzione.

Questo approccio permette di ottenere delle unioni robuste anche tra tipologie diverse di plastiche purché esse siano solubili nello stesso solvente. Un esempio di materiali facilmente lavorabili in questo modo sono ABS e polistirene, che sono entrambi solubili in comune acetone.

Applicazioni in ambito industriale della saldatura a freddo

Per quanto riguarda la saldatura a freddo dei metalli l’ambito che trova maggior applicazione industriale è la saldatura di fili elettrici. La giunzione che si ottiene in questi casi è meccanicamente robusta ed evita le possibili alterazioni delle prestazioni elettriche che potrebbero essere causate dal riscaldamento dei fili. Esempi di giunzioni ottenibili sono:

• Saldatura a freddo dello stagno con sé stesso o altri metalli
• Saldatura a freddo del rame con sue leghe o altri metalli
• Saldatura a freddo oro e argento tra loro o con altri metalli

Un campo di applicazione invece della clinciatura è la saldatura a freddo del ferro zincato. Questo approccio è utile in quanto permette l’unione di lamiere ricoperte da zinco senza utilizzo di alte temperature. Diventa così possibile evitare deformazioni o addirittura l’evaporazione dello zinco, il che comporterebbe rischi per la salute e successive zone soggette a corrosione. Allo stesso modo è possibile unire anche altri metalli duttili sotto forma di:

• Tubazioni a parete sottile
• Profili estrusi
• Pannelli decorativi

Infine, per quanto riguarda la saldatura a freddo dei polimeri con solventi, i campi di applicazione sono molteplici anche se limitati alle termoplastiche. Esempi di applicazione industriale sono:

• Giunzione di elementi trasparenti
• Unione di profili stampati di due materiali diversi
• Interventi manutentivi temporanei in attesa di parti di ricambio

La semplicità di realizzazione e il basso costo hanno generalmente reso molto diffusa la tecnica di saldatura con solvente in moltissime realtà industriali.

Altri metodi per unire i materiali senza calore: adesivi per applicazioni industriali

Gli adesivi per applicazioni industriali possono sostituirsi alle altre tecniche di saldatura a freddo in moltissimi casi. Essi infatti mantengono i benefici di un ambiente di lavoro più sicuro e di mantenimento delle proprietà dei componenti da unire, garantendo performance superiori a parità di semplicità di applicazione. 

Per spiegare al meglio perché scegliere un adesivo industriale rispetto ad altre tecniche, di seguito sono illustrati due esempi pratici.

Fissaggio di pannelli metallici o polimerici

L’unione di due pannelli potrebbe essere effettuata tramite clinciatura nel caso di metalli o con solventi specifici nel caso di plastiche.

L’utilizzo di un adesivo strutturale epossidico bicomponente come TEROSON® EP 5055 permette però di ottenere i seguenti vantaggi:

• Unione di plastiche e metalli tra loro
• Protezione da corrosione (anche galvanica)
• Miglior finitura estetica (giunzione nascosta)

Tutto questo senza necessità di acquistare gli specifici utensili richiesti dalla clinciatura.

Unione di componenti trasparenti

La saldatura a solvente è spesso utilizzata per ottenere giunzioni tra componenti polimerici trasparenti. L’utilizzo di un adesivo industriale comporta numerosi vantaggi rispetto a questa tecnica:

• Rapidità di fissaggio: non è necessario attendere i lunghi tempi di evaporazione dei solventi
• Maggior sicurezza: assenza di solventi volatili dannosi per la salute o infiammabili
• Tenuta assicurata: il miglior controllo ottenibile sulla giuntura riduce il rischio di fallimenti
• Incollaggio dell’elemento trasparente anche ad altri materiali come vetro e metalli

Inoltre la saldatura per solvente richiede l’utilizzo di grosse quantità di solventi liquidi che, seppur economici, presentano costi di stoccaggio e di trasporto elevati oltre che rischi legati alla sicurezza chimica e alla infiammabilità. Un esempio di prodotto sostitutivo è LOCTITE® AA 3491, un adesivo acrilico UV ad elevata trasparenza che garantisce inoltre maggior semplicità di applicazione e performance di adesione superiori.

I moderni adesivi industriali delle gamme LOCTITE® e TEROSON® sono quindi una valida alternativa non solo ai tradizionali metodi di saldatura a caldo, ma anche alle tecniche di saldatura a freddo. Rispetto a queste opzioni, garantiscono performance superiori e permettono una maggior flessibilità di applicazione.