24 e 25 Maggio
- Effetto dei parametri ambientali sull’invecchiamento di adesivi strutturali
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Nel mondo delle giunzioni incollate, uno degli aspetti più critici da gestire nella fase di progettazione e dimensionamento risulta quello relativo al decadimento delle proprietà meccaniche in seguito a fenomeni di invecchiamento. Sebbene la sensibilità degli adesivi agli agenti esterni sia un fatto noto ed ampiamente studiato, ad oggi non esistono criteri che consentano di prevedere il reale decadimento dell’adesivo soggetto a condizioni di esercizio specifiche. In genere, il dimensionamento viene realizzato sulla base di prove sperimentali effettuate dopo cicli di invecchiamento accelerato standardizzate, che non sempre riflettono le condizioni operative alla quale sarà soggetto il giunto.
Lo studio condotto ha consentito di approfondire gli effetti della temperatura e dell’umidità sulle prestazioni di adesivi epossidici ed acrilici bicomponenti, i quali rappresentano due soluzioni tipicamente adottate nell’ambito della fabbricazione di giunzioni strutturali.
L’obiettivo è quello di poter definire le basi per lo sviluppo di modelli di predizione del decadimento delle proprietà meccaniche del giunto in funzione delle sollecitazioni esterne. - Welding of 20 mm thick EH40 steel by means of a single-pass hybrid laser-arc welding technique
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In the naval applications, as well as for infrastructure and construction sectors, welding of thick plates (>15 mm) has become of crucial importance.
Nowadays, the common techniques involve several passes of traditional Gas-Metal Arc Welding (GMAW) to fill a gap with a precise geometry. These techniques are, inevitably, time consuming due to the necessity of multiple passes, material consuming because of the volume of the gap which needs to be filled and complicated due to the precise preparation of the joints. To overcome these drawbacks, we propose here a Hybrid Laser-Arc Welding (HLAW) technique in a configuration which allowed us to achieve a sound weld of two plates, 20 mm thick, of naval steel EH40 in a single pass. The goal has been obtained with a 16 kW fiber laser and a welding speed of 1500 mm/min. The most important result of this research is that the welds have been performed in a simple butt configuration, with straight edges of the plates and without any chamfer or additional preparation. Moreover, the length of the weld seam, 1 meter, guarantees the stability and the solidity of the process, its scalability over longer plates, and thus, an easy implementation on an industrial machine for massive production. - Il riprocessamento degli scarti di produzione dell’alluminio come semilavorato per la manifattura 3D micro-additiva
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I metalli sono generalmente considerati incombustibili, ma, quando sono sotto forma di polvere finissima, possono bruciare o addirittura esplodere, purché siano soddisfatte le giuste condizioni. La combustione di particelle metalliche riveste un ruolo, particolarmente, importante nel prossimo futuro poiché, già attualmente, lusinghieri risultati sperimentali e modelli combustivi ottimizzati forniscono una base per gli attuali criteri di valutazione costi/benefici: infatti, poiché il particolato metallico è innumerevoli volte riciclabile, durante la sua combustione, si creano specie ossidate stabili che possono essere raccolte, raffinate e riutilizzate.
Durante la combustione di particelle metalliche, i trasferimenti di calore, i cambiamenti di fase nonché la cinetica chimica, possono determinare effetti di ionizzazione con produzione di plasma e successiva ricombinazione delle particelle stesse. Alcune valutazioni in termini di metallurgia di massa suggeriscono che, quando si verificano condizioni di sotto-raffreddamento durante la combustione, le microparticelle amorfe si trasformano in microparticelle sferoidali e lisce.
Si intende, quindi, presentare un’innovativa tecnologia consistente in un combustore a diffusione laminare, basato sia su una particolare configurazione progettuale che su una miscela combustibile/comburente ibrido (gas carrier combustibile e particelle metalliche di alluminio di dimensioni grossolane e dalla struttura amorfa, provenienti da scarti di produzione). - Incremento nella produttività in saldatura su tubi LSAW – utilizzo del processo Esab ICE™ in Inox Tech su tubi in DSS e SDSS
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L’incremento della produttività nei processi di saldatura per le aziende che vivono di fabbricazione saldata è sempre un argomento di estrema importanza e oggetto di continue ricerche. Uno degli aspetti più difficili da risolvere quando si cerca di incrementare la produttività senza modificare pesantemente il ciclo produttivo è di farlo senza che questo aumento vada a diminuire la qualità e le caratteristiche minime dei giunti saldati oggetto della modifica del processo. Per materiali come gli acciai austeno-ferritici l’uso di processi di saldatura ad alto tasso di deposito e conseguentemente ad alto apporto termico è generalmente sconsigliato.
L’utilizzo di una procedura adeguatamente progettata ed eseguita per produrre tubi LSAW in acciaio duplex consente di rispettare sia le caratteristiche meccaniche che le metallurgiche richieste. La seguente memoria ha lo scopo di descrivere l’esperienza della Inox Tech nell’eseguire la saldatura longitudinale dei suoi tubi con il processo SAW ICE sviluppato da ESAB, con lo scopo di aumentare il tasso di deposito in saldatura. Questo sistema di saldatura con processo ad arco sommerso multi-filo è innovativo per questi materiali, su cui non esiste una esperienza documentata. Saranno confrontati parametri, tempi di esecuzione e risultati di qualifica tra giunti eseguiti con processo SAW tradizionale e con il sistema ICE, per evidenziare i vantaggi ottenuti in termini di produttività. - Uso degli elementi finiti in applicazioni di incollaggio
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Il metodo degli elementi finiti, o FEM, è una tecnica di analisi numerica finalizzata a ottenere soluzioni approssimate per una molteplicità di problemi, non solo in ingegneria strutturale, ma anche in fisica, bioingegneria e astronomia. Sebbene sia stata originariamente sviluppata per studiare il campo tensionale delle strutture aeronautiche, da allora è stata estesa e applicata all'ampio campo della Meccanica dei Continui.
Grazie alla sua varietà di usi e alla sua duttilità come strumento analitico, è stato sviluppato ed è attualmente utilizzato nelle università e nell'industria. In numerosi problemi fisici e ingegneristici è sufficiente ottenere soluzioni numeriche approssimate, piuttosto che soluzioni analitiche esatte di difficile utilizzo pratico. Il FEM è nato in sordina negli anni '60, ma successivamente allo sviluppo degli strumenti informatici, ha avuto un'evoluzione e uno sviluppo esponenziale, suscitando un notevole interesse a causa del vasto numero di campi a cui si applicano i suoi principi.
Negli ultimi tempi, il FEM sta trovando grande interesse anche nell'analisi dei giunti incollati. Questo tipo di analisi, per essere il più veritiera possibile, richiede dati specifici relativi ai parametri degli adesivi utilizzati, al tipo di analisi, alla discretizzazione degli elementi e alla capacità di interpretare correttamente i risultati. Alcuni produttori di adesivi hanno sviluppato schede dati specifiche in base al software utilizzato e all'analisi da eseguire, tuttavia la capacità di modellare correttamente e di leggere i risultati rimane importante.
Questo lavoro, utilizzando esempi applicativi, vuole mostrare l'interazione tra FEA e adesivi al fine di mostrarne i vantaggi in ambito progettuale. - Caratterizzazione di giunti saldati in acciaio CORTEN di ultima generazione ottenuti mediante filo pieno GMAW ER80S-G (Pittarc GH2 Innovarc)
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Le esigenze delle carpenterie metalliche certificate EN1090 incontrano la necessità di qualificare un procedimento di saldatura GMAW per il materiale base S355J5W, materiale con spiccata resistenza alla corrosione atmosferica.
- Tecnologie Linde per l'innovazione nel mondo della saldatura
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A causa della loro composizione chimica, gli acciai duplex sono suscettibili a formazione di precipitazioni se sono esposti a valori di temperature eccessivamente elevati per un tempo troppo lungo.
L'apporto termico durante la saldatura può compromettere la resistenza alla corrosione e le proprietà meccaniche, in particolare quando le temperature di interpass sono troppo alte e, a causa della forma del pezzo saldato, il calore non può essere trasportato in modo efficiente.
È quindi importante applicare un apporto termico non troppo elevato durante la saldatura.
Oltre a considerare l'input lineare di energia, c'è anche il concetto di tempo t12/8 per la descrizione delle condizioni di raffreddamento. Il tempo t12/8 indica un tempo necessario per raffreddare la saldatura da 1200 °C a 800 °C. Questo metodo per determinare le condizioni di raffreddamento è generalmente piuttosto complicato.
Miscele di gas attivi costituite da argon con aggiunte di ossigeno o anidride carbonica sono generalmente più applicate. Rispetto ai gas utilizzati per la saldatura dell'acciaio non legato, il contenuto di gas è inferiore. Miscele di gas argon-ossigeno (la percentuale più comune di ossigeno è compresa tra
1 e 3%) producono un arco elettrico molto stabile e diminuiscono sensibilmente gli spruzzi.
Ulteriori miglioramenti possono essere ottenuti attraverso l'aggiunta di elio alla miscela di gas. Rispetto all'argon, l'elio ha una conduttività termica più elevata e un maggiore potenziale di ionizzazione. Questo porta a incrementare la velocità di saldatura, quindi maggior produttività.
Un altro effetto migliorativo che può essere osservato con i gas di protezione contenenti elio è che comportano una distribuzione più uniforme degli ossidi sulla superficie di saldatura Rispetto ai tipi di acciaio duplex standard, l'acciaio super-duplex è molto più incline alla formazione di pori quando viene saldato a filo MAG.
Per questo motivo, non è possibile generare saldature MAG di alta qualità utilizzando le consuete miscele di gas di protezione in acciaio inossidabile.
Poiché il livello di porosità è fortemente correlato alla quantità di CO₂ nel gas di protezione, è possibile ridurre il numero di pori nella saldatura utilizzando un gas di protezione con meno CO₂.
Per compensare la ridotta quantità di CO₂, è necessario aggiungere elio alla miscela di gas. In questo modo è possibile mantenere un livello più elevato di tensione di saldatura, e ottenere una buona penetrazione e la stabilità dell'arco.
La correlazione tra il numero di pori e la quantità di CO₂ nel gas di protezione viene meno, tuttavia, una volta che il gas di protezione diventa troppo inerte e provoca l’instabilità dell'arco.
Il comportamento dell'arco instabile provocherà quindi un numero crescente di pori anche con meno CO₂.
Come si può osservare dalle radiografie, un numero notevole di pori è presente anche con un livello di CO₂ molto basso (0,06%). Dunque, la causa della formazione dei pori non è più la CO₂ nel gas di protezione, ma piuttosto l’instabilità dell'arco provocata da questo gas di protezione quasi inerte.
Per soddisfare idealmente i due requisiti di avere da un lato un arco stabile durante la saldatura, dall’altro una riduzione del quantitativo di CO₂ nella protezione gassosa, abbiamo sviluppato una nuova miscela per saldatura MAG: CRONIGON® He30C. - Investigating the Porosity Formation in Laser Welded PBF – LB Manufactured Aluminum Parts: A Methodological Approach
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In recent years, Additive Manufacturing technologies are being vastly demanded and studied due to their enabling features that serve for the production of highly customized parts. As one of the leading additive manufacturing technologies in the market, Powder Bed Fusion – Laser Beam (PBF – LB) continues playing a crucial role in sectors like aerospace, mold and dies and biomedical where weight reduction, part precision, mechanical reliability and customization are the critical aims. Naturally, as the technologies mature and sectors advance, the need for parts with larger dimensions also increases. However, simply increasing the machine sizes along with using multiple laser sources to fulfil this need brings technological and process challenges, such as thermal deformations, powder handling, process chamber inertization and calibration errors, that might directly or indirectly increase the probability of a defective part. One alternative can be the use of assembly and joining methods after PBF – LB production of the parts. In this way, several parts can be produced in parallel to decrease the production times and joined in virtually any shape and size.
Among joining methods, one of the most robust solutions is considered laser welding as it enables high degree of automation and speed with minimal distortion in the part. To this day, several researchers made efforts on the laser weldability of various additively manufactured alloys such stainless steel, nickel-based and titanium-based alloys and obtained almost seamless results with good mechanical properties. Nonetheless, when it comes to the laser weldability of PBF – LB manufactured aluminum parts, the processability gets limited by the high porosity formation. The present work aims to investigate this issue and proposes a methodological approach to reveal the root cause of the problem. In this context, several aspects of laser welding were listed and investigated, namely, the effect of nature of the welding process (fusion based and friction stir welding), the modality of the weld, alloying elements, already existing pores in PBF – LB manufactured parts, surface condition of the parts and weld atmosphere.
Moreover, the considerations were expanded over the conjugate cast pair to support and infer the results.
All in all, it was seen that the porosity formation is not related to a single cause but it is a combination of minor and major causes. While the effect of alloying elements and surface conditions were found to be negligible, the modality of the weld, already existing pores and weld atmosphere were attributed as minor causes. Under the available data, the powder feedstock was deduced as the major cause and the nature of the fusion based welding processes was found to be acting as catalyst for porosity formation. - Modelli termici per la definizione dei parametri di processo e la determinazione delle caratteristiche meccaniche di componenti realizzati mediante processo Laser Metal Deposition (LMD-DED) a polvere inconel 718.
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Abstract non disponibile
- Ottimizzazione della produttività del processo di Laser Metal Deposition per la realizzazione di componenti di grandi dimensioni per il settore energetico
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Tra le tecnologie di produzione additiva, il processo di Laser Metal Deposition (LMD) è ampiamente utilizzato per applicazioni di prototipazione rapida, di riparazione di componenti e, in alcuni casi, di produzione. LMD permette la realizzazione di grossi componenti di forme complesse riducendo la quantità di materiale perso rispetto alle tecnologie di produzione tradizionali. Ciò nonostante, questa caratteristica potrebbe non essere sufficiente perché la tecnologia LMD risulti vantaggiosa rispetto alle tecnologie tradizionali in termini di produttività e sostenibilità. Uno dei temi di ricerca attualmente più sviluppati riguardanti LMD è proprio l’aumento della produttività, che al momento si attesta attorno a 0.5 kg/h per Inconel 718. Per ottenere un incremento di produttività è necessario utilizzare un livello di potenza laser maggiore su un’area di lavoro più ampia, il che può richiedere l’implementazione di sistemi modificati e non convenzionali. Ciò potrebbe inoltre aumentare il carico termico sul componente realizzato, che può portare alla generazione di difetti microstrutturali. In questo lavoro si mostra come con una procedura di ottimizzazione del processo si possa raggiungere produttività di 1.5 kg/h con un sistema di LMD standard, ottenendo una microstruttura fine e priva di difetti.
- Tecnologia del plasma atmosferico per attività di incollaggio strutturale in ambito industriale
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L'utilizzo di tecniche di incollaggio strutturale, in sostituzione o affiancamento alle tradizionali metodologie di giunzione, è sempre più richiesto nella progettazione industriale moderna.
Le motivazioni sono molteplici: le complesse geometrie dei componenti, la necessità di ridurre pesi e consumi, l'unione di materiali di natura dissimile, così come la ricerca di una produzione sempre più sostenibile, economica e che sappia sfruttare materiali di riciclo.
La tecnologia Openair-Plasma ben si presta all'attivazione delle superfici da incollare, in sostituzione di metodi di preparazione superficiali più classici, quali ad esempio la sabbiatura, la fiammatura o l'utilizzo di primer.
Grazie alla versatilità dei sistemi di plasmatura e all'elevata selettività del processo, il pretrattamento con plasma è in grado di funzionalizzare chimicamente a livello nanometrico le superfici dei più diversi materiali, integrandosi perfettamente nelle linee produttive industriali.
Al fine di testimoniare la bontà dell'applicazione, verranno presentati tre esempi relativi al settore dei trasporti, riguardanti nello specifico l'incollaggio strutturale per l’unione di componenti a matrice polimerica con leghe metalliche.
La tecnologia del plasma atmosferico si dimostra quindi una soluzione affidabile, economica e completamente automatizzabile per la produzione di legami adesivi innovativi, stabili nel tempo, e sempre meno impattanti a livello ambientale. - L'analisi agli Elementi Finiti (FEA) nella progettazione di giunti adesivi per il mercato dei trasporti: vantaggi e benefici
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L'analisi agli Elementi Finiti (FEA) è una tecnica di simulazione che consente di prevedere il comportamento di strutture sottoposte a sollecitazioni. L'uso della FEA nella progettazione consente di ridurre i costi di prototipazione e i tempi di sviluppo.
Oggi sono lieto di condividere con voi come 3M la applica a componenti per il mercato dei trasporti progettati e realizzati tramite processi di giunzione adesiva. - Development of an innovative carbon steel metal cored wire with reduced content of manganese in the fumes: effects of different chemical compositions on the microstructure and on mechanical properties of the weld metal.
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Metal cored welding wires are commonly used in electric arc welding of low carbon steels, in particular for structural applications.
Significant concerns has been raised in the last years on the potential neurological effects associated to the presence of manganese in the welding fumes; therefore, in order to guarantee a safer condition for the welders, there is a strong exigence to limit the manganese content in the chemical composition of the filler materials to reduce its concentration in the fumes.
On the other side, it is well-known that the manganese is an essential element in the chemical composition of carbon steel electrodes, supporting both the tensile and the impact properties of the weld metal.
This paper describes the challenges behind the development of an innovative seamless low manganese emission metal cored wire and the main steps to obtain a weld metal with sound mechanical properties, despite a reduced manganese content. In particular, the role of two important grains refinement micro alloying elements (Boron and Titanium) is discussed. -
Caratterizzazione di giunti saldati in alloy 602 CA® impiegando diversi processi di saldatura
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La lega a base Nichel NiCr25FeAlY con nome commerciale Alloy 602 CA® è una lega con elevata resistenza all’ossidazione fino a temperature di 1200°C, resistenza al fenomeno di scorrimento viscoso a caldo ed ottime caratteristiche meccaniche di resistenza a trazione, duttilità e di resistenza a fatica. Grazie alle significative prestazioni in condizioni di pressioni intense e di temperature estreme, questa lega a base nichel - cromo
- ferro è principalmente impiegata per la realizzazione di attrezzature per il trattamento termico dei materiali metallici come tubi radianti, muffole e forni a storte. La maggior parte di questi componenti vengono prodotti mediante il processo speciale di saldatura. Particolare attenzione deve essere posta nella scelta dei processi di saldatura da impiegare ed all’ottimizzazione della procedura di saldatura per non incorrere in problematiche di criccabilità a caldo per le quali la lega in questione risulta molto suscettibile. Per questi motivi, lo scopo della presente memoria è quello di investigare le caratteristiche dei giunti saldati in Alloy 602 CA® mediante l’impiego di diversi processi di saldatura adottando un materiale d’apporto omologo valutando l’effetto di diversi gas o miscele di gas di protezione per la saldatura. Le prove di saldatura sono state condotte impiegando i processi di saldatura a filo continuo sotto protezione gassosa, ad elettrodo infusibile sotto protezione gassosa e con il processo di saldatura al plasma. Per la caratterizzazione dei giunti saldati sono state svolte tutte le prove previste dalla normativa di riferimento per la qualificazione della procedura di saldatura, ovvero la norma UNI EN ISO 15614-1:2019, con l’aggiunta di analisi micrografiche per escludere la possibile presenza di micro-cricche da liquazione o comunque formatesi a caldo in zona fusa o in zona termicamente alterata. - Macchina automatica per la smagnetizzazione tubi fino a diametro 56"
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Presentazione della nuova apparecchiatura DEMAG per la smagnetizzazione dei tubi in acciaio al carbonio.
Si evidenzia su alcuni tubi, la presenza di magnetismo che disturba il successivo processo di saldatura.
La ns. attrezzatura rileva questo magnetismo e in maniera completamente automatica ne annulla l'effetto riducendolo a zero.
Durante la ns presentazione verrà spiegato il funzionamento della macchina e il processo che permette la smagnetizzazione stessa. - Incollaggio di LSEP (Low Surface Energy Plastics) senza trattamenti superficiali
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Negli ultimi decenni in ambito industriale le materie plastiche stanno prendendo sempre più piede grazie a diversi vantaggi rispetto ai tradizionali materiali metallici, in termini di riduzioni di energia, di peso dei componenti e riciclabilità. Mentre l’utilizzo di adesivi per applicazioni strutturali, in sostituzione o in aggiunta a giunzioni di tipo meccanico, è sempre più diffuso per i materiali metallici, l’incollaggio di alcune plastiche risulta ancora un procedimento complesso in quanto gli adesivi comunemente utilizzati non riescono a “bagnare” la superficie del polimero. Infatti, nel caso di plastiche LSEP (Low Surface Energy Plastics) quali polipropilene, polietilene, teflon ecc., è solitamente necessario ricorrere a trattamenti superficiali per poter garantire un incollaggio resistente e duraturo nel tempo con le tecnologie adesive comunemente impiegate (acriliche, epossidiche, MS Polymer, ecc.). Per evitare queste operazioni aggiuntive, negli ultimi 2 decenni è stata sviluppata ed è tuttora in corso di miglioramento, una tecnologia applicabile ad adesivi acrilici bicomponenti che permette l’incollaggio strutturale diretto di LSEP e di moltissimi altri substrati. Questa tecnica si basa sull’utilizzo di un particolare composto che, oltre ad iniziare la polimerizzazione, contemporaneamente tratta la superficie da incollare e così permette di aggirare lo scoglio della bagnabilità. Visto il largo impiego di plastiche si può facilmente comprendere che le applicazioni di questa tipologia di adesivo sia molto largo. Si presenteranno alcuni esempi applicativi per illustrare la tecnica, quali l’incollaggio di componenti in HDPE e UHMW PE nell’ambito navale/automotive e l’incollaggio all’interno di un supporto per grandi serbatoi tra piastra in PTFE e una piastra in acciaio inox, e alcuni test eseguiti sugli adesivi per indagarne l’idoneità.
- Sviluppo e realizzazione di un archetipo innovativo di ala anteriore incollata per vetture racing
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Le ali anteriori in materiale composito delle vetture formula sono tradizionalmente realizzate con la tecnologia dell’autoclave e del cosiddetto “hand-layup”, ossia della laminazione manuale. Questa tecnologia, stabile e fortemente diffusa, permette di raggiungere elevate livelli di complessità del componente, ma tuttavia pone alcuni limiti in termini di materiali, potenziali errori di laminazione e possibili contaminazioni.
Nella presente memoria verrà presentato un archetipo di ala anteriore sviluppato In Dallara Automobili S.p.A in cui questo componente è stato completamente riprogettato per essere prodotto con la tecnologia del compression moulding applicato ai materiali compositi rinforzati in fibra lunga, in particolare scomponendo la geometria in alcune parti che sono poi tra loro incollate grazie a adesivi epossidici ad alte prestazioni.
Questa scelta tecnologica e progettuale ha permesso di raggiungere rate produttivi più elevati, con una conseguente riduzione di tempi e costi di produzione. La tecnologia del compression moulding ha mostrato inoltre il raggiungimento di standard qualitativi molto elevate, con un ottimo rispetto delle tolleranze geometriche e dimensionali.
Il ruolo del processo di incollaggio è stato fondamentale per garantire performance elevate sia in condizioni statiche sia affaticanti.