Leggere giunzioni metalliche incredibilmente economiche ma robuste come l’acciaio
Una delle sfide per il settore manifatturiero nella progettazione di prodotti più sicuri, con prestazioni migliori, più economici e maggiormente rispettosi dell’ambiente è sempre stata quella di trovare un equilibrio tra peso e resistenza. I risultati della ricerca e casi di studio industriali di successo hanno dimostrato che un peso ridotto e prestazioni migliorate si possono raggiungere solo se le proprietà materiali e la geometria sono perfettamente adattate a requisiti, profilo di carico e funzione del prodotto. La produzione delle forme desiderate richiede delle strategie di fabbricazione innovative, in particolare per i materiali che sono difficili da trattare. La giunzione di leghe metalliche mediante saldatura a impulso elettromagnetico è una promettente tecnologia innovativa in grado di soddisfare questa domanda. «Il procedimento può essere usato per saldare combinazioni di materiali simili e diversi, compresi molti materiali che sono difficili da unire usando processi di saldatura convenzionali», sottolinea Verena Psyk, coordinatrice del progetto JOIN-EM, finanziato dall’UE. Proprio come suggerito dal nome, la saldatura a impulso elettromagnetico utilizza le forze elettromagnetiche per unire i pezzi da lavorare. La giunzione si forma senza calore, facendo invece maggiore affidamento sull’impatto delle parti da unire. Il processo non ha bisogno di flussi o gas protettivi e non produce fumi nocivi, esalazioni o scorie. Questo riduce l’impatto negativo complessivo sull’ambiente. «Anche se questa tecnica di saldatura assomiglia a quelle più popolari, come la saldatura per esplosione o le tecniche di placcatura, è notevolmente meno critica per la sicurezza. Pertanto, può essere applicata più facilmente nell’industria», aggiunge Psyk. Principio di funzionamento La saldatura a impulso elettromagnetico prevede l’utilizzo di un cosiddetto generatore di impulsi che è formato principalmente da una batteria di condensatori. Quando la quantità necessaria di energia è immagazzinata nei condensatori, questa viene immediatamente rilasciata in una bobina. La corrente di scarica induce un forte campo magnetico transiente. Il campo magnetico pulsato che viene generato induce una corrente contraria nel pezzo da lavorare. L’interazione tra le due correnti e il campo magnetico genera delle forze di Lorentz che fanno accelerare il pezzo da lavorare fino a velocità molto elevate in un periodo di tempo molto breve. Dopo aver superato lo spazio vuoto iniziale in mezzo, il pezzo da lavorare impatta contro il pezzo da lavorare bersaglio a una velocità molto alta. La qualità di questa collisione dipende dalla velocità di impatto e dall’angolo di collisione. Se questi parametri di collisione rientrano in un intervallo di processo, allora si genera una giunzione saldata, che frequentemente presenta un’interfaccia ondulata. Ottimizzare l’uso di una risorsa limitata Grazie alla sua eccellente conduttività termica ed elettrica, il rame può essere usato in un’ampia gamma di applicazioni, in particolare in apparecchiature per riscaldare e raffreddare e dispositivi elettrici. Tuttavia, si tratta di un metallo pesante e il suo largo impiego è in contraddizione con i moderni approcci di alleggerimento del peso. Vista la sua domanda in crescita e il livello attuale delle riserve note, il rame diventerà più costoso e difficile da ottenere, creando un’ulteriore problema di costi per i fabbricanti. JOIN-EM mirava a far diminuire il consumo di rame sostituendolo in parte con l’alluminio. «La nostra nuova soluzione per le giunzioni aiuta a impiegare progettazioni leggere migliorate di parti ibride rame-alluminio con un’ulteriore riduzione dei costi e migliori prestazioni. Le operazioni di unione verranno eseguite in modo più veloce ed efficiente, portando a giunzioni che durano di più e di migliore qualità. Nel complesso, tutto questo farà diminuire il consumo di energia e le emissioni di gas a effetto serra – un requisito sempre più significativo per molte industrie», spiega Psyk. I partner del progetto hanno dimostrato il successo del loro nuovo procedimento di saldatura in tre dimostratori completi: un circuito refrigerante, un condensatore piatto e una cella a sacchetto. Ora stanno esaminando anche la possibilità di applicare il loro procedimento ad altre giunzioni tra vari materiali tra cui delle leghe rame-acciaio e alluminio-acciaio.
Parole chiave
JOIN-EM, unire, giunzione, rame, alluminio, saldatura a impulso elettromagnetico, metalli diversi
