Le richieste del settore automobilistico spingono la ricerca sulla saldatura

Qui vediamo un 12 pollici. lungo e 6 pollici. muro di prova alto e spesso 4 mm creato utilizzando questo processo a basso apporto di calore. Gerlich la vede come una tecnologia ideale per sostituire l'uso di grandi fusioni. Università di Waterloo

L'industria automobilistica è stata un catalizzatore per la ricerca sulla saldatura in una varietà di settori, tra cui la giunzione di acciai ad alta resistenza e la giunzione di metalli misti. Alcune nuove ricerche condotte dall’Università di Waterloo in collaborazione con Liburdi dovrebbero aiutare alcune applicazioni automobilistiche, ma anche la saldatura di tubi in acciaio inossidabile e i processi di produzione additiva con arco a filo.

"Il lavoro che abbiamo svolto con Liburdi è orientato allo sviluppo di una forma più coerente e più efficace di controllo della saldatura ad arco", ha affermato Adrian Gerlich, professore presso il dipartimento di ingegneria meccanica e meccatronica di Waterloo e parte del Waterloo Center for Automotive Research. . Gerlich e il suo team di ricercatori associati, che comprende Emanuel dos Santos e Paulo Costa Assuncao, hanno ottimizzato una serie di parametri di controllo dell'arco. "Fondamentalmente, si tratta di una modalità di trasferimento del materiale a impulsi migliorata per la saldatura ad arco di materiali sensibili."

Liburdi chiama il suo processo di trasferimento metallico in cortocircuito controllato il processo “dip transfer”. Ciò che rende unico il processo è il basso apporto di calore che produce.

"L'apporto di calore è di 0,1 kJ per millimetro", ha affermato Gerlich. “Nelle applicazioni in acciaio ad alta resistenza, che sono fondamentali per l’industria automobilistica, possiamo ottenere una deposizione dei filetti estremamente uniforme con un apporto di calore così basso che la distorsione sarà ridotta al minimo, il che significa meno danni e degrado per l’acciaio circostante. Osservando le microstrutture, vedi esattamente cosa ti aspetteresti da una tipica saldatura ad arco. Ma l’apporto di calore è circa la metà di quello della maggior parte degli altri processi avanzati di trasferimento di metalli in cortocircuito”.

Il vantaggio collaterale di questo processo a basso trasferimento di calore è la riduzione degli spruzzi.

"Le goccioline vengono depositate alcune centinaia di volte al secondo e in questo processo non si osserva quasi nessuno spruzzo, né alcun metallo espulso", ha detto Gerlich. "Significa una finitura molto più pulita."

Secondo Gerlich, il basso apporto di calore è vicino al range della saldatura laser.

"I laser tendono a raggiungere un apporto di calore compreso tra 0,05 kJ e 0,15 kJ per millimetro su questi acciai, quindi è proprio in quella timoneria", ha detto. "Il vantaggio della saldatura ad arco, ovviamente, è che non si hanno gli stessi requisiti per le coperture di sicurezza, l'adattamento delle parti e le tolleranze sono più elevate nella saldatura laser, insieme a costi molto inferiori."

Sebbene prezioso nelle applicazioni automobilistiche, Gerlich ritiene che questo processo a bassissimo trasferimento di calore abbia l'impatto più immediato nella saldatura di tubi in acciaio inossidabile.

"La sfida industriale è che quando si saldano ad arco materiali più spessi, come nelle tubazioni (da ¼ di pollice a 1 pollice), una saldatura di acciaio inossidabile richiede generalmente un gas di spurgo interno", ha affermato Gerlich. “È necessario tappare internamente le estremità del tubo e spurgare il volume interno con gas di protezione argon per evitare che si ossidi e si tinga termicamente sulla radice interna della saldatura.

Qui vediamo un esempio di saldatura di prova su un tubo in acciaio inossidabile dalla radice interna del tubo. Immagine: Rob Pistor/Liburdi

“La cosa interessante di questa modalità di saldatura ad arco che abbiamo sviluppato è che fornisce un apporto di calore così basso da non riscaldare la parte interna del tubo, anche senza gas di supporto. Per chiunque debba effettuare questo tipo di saldatura, ciò rappresenta un risparmio astronomico sui costi. Una volta che devi spurgare con il gas di protezione, hai bisogno di certificazioni aggiuntive per maneggiare le bombole, hai il costo aggiuntivo dell'argon, norme di sicurezza aggiuntive come i permessi per lavorare in spazi ristretti quando i tubi vengono installati su un modulo complesso. Tutte queste cose contribuiscono al costo del tuo progetto.

L’altra applicazione che i ricercatori di Waterloo hanno esaminato per questo processo di deposizione a basso calore è la produzione additiva ad arco di filo in acciaio. I ricercatori hanno condotto uno studio e sono stati in grado di ottenere una struttura muraria lunga 12 pollici, alta 6 pollici e spessa 4 mm. Utilizzando una torcia raffreddata ad acqua, i ricercatori sono stati anche in grado di ottenere una durezza di base più elevata e una maggiore resistenza alla trazione rispetto al metallo raffreddato naturalmente.