Un nuovo approccio alla saldatura dei modelli
Oltre il 50 % delle parti domestiche e modificate a livello globale contiene giunti saldati, pertanto la saldatura continua a essere un pilastro importante di molte economie. I materiali fusi formano un accumulo di metalli che si solidifica per formare un giunto. La comprensione della chimica nelle interfacce e della complessa morfologia dei cristalli è importante per evitare fessure e guasti. Gli scienziati e ingegneri hanno avviato il progetto MINTWELD ("Modelling of interface evolution in advanced welding"), finanziato dall'UE, al fine di sviluppare un quadro di modellazione multi-scala e multi-fisico per la simulazione della chimica interfacciale e della formazione dei cristalli. A differenza dei metodi sperimentali convenzionali, questo nuovo approccio di modellazione computerizzata dovrebbe aiutare a guidare la costruzione dei sistemi sottomarini di trasporto di petrolio e gas. Il software di modellazione MINTWELD è stato in grado di descrivere i fenomeni chiave del processo di saldatura su tutte le scale di lunghezza interessate. In particolare ci si è concentrati sull'evoluzione dell'interfaccia solido – liquido. Il quadro ha messo in connessione modelli di interfaccia e di fessura atomistici ab initio e di dinamica molecolare con bordi del grano phase field su nano scala, chimica interfacciale e modelli di struttura. Questi sono stati integrati con modelli front tracking su mesoscala, descrivendo la crescita dei cristalli e la distribuzione delle dimensioni dei grani e con modelli di dinamica computazionale dei fluidi su macro scala del flusso di calore e massa. Con il flusso del fluido, la solidificazione, i modelli PF e FT, MINTWELD ha fornito i dati termodinamici, cinetici e di segregazione degli elementi relativi all'evoluzione dell'interfaccia di solidificazione e ai bordi del grano. Gli studi ab initio e di dinamica molecolare hanno fornito le energie superficiali e interfacciali. Con l'imaging sincrotronico in tempo reale, i ricercatori hanno potuto osservare l'evoluzione morfologica dei fronti di saldatura e i flussi interni nel punto di saldatura. Inoltre, un microanalizzatore con sonda a elettroni e una sonda atomica sono stati utilizzati per caratterizzare la chimica delle leghe nei pressi del bordo del grano. MINTWELD ha studiato modi per semplificare la saldatura e per renderla più sicura ed economica utilizzando nuove tecnologie e tecniche di modellazione computerizzate all'avanguardia. Garantendo il controllo su struttura e proprietà, i risultati di MINTWELD offrono l'opportunità di migliorare significativamente le prestazioni di saldatura, aprendo così nuovi mercati per il settore europeo della saldatura.
Parole chiave
Saldatura, giunti di saldatura, evoluzione dell'interfaccia, saldatura avanzata, processo di saldatura, dinamica molecolare, modelli della fessura, bordo del grano, chimica interfacciale, modelli di struttura, crescita dei cristalli, energie di interfacci