Prestazioni termiche: perché l’FSW cambia le carte in tavola nel settore
In qualsiasi sistema elettronico o meccanico esposto a carichi termici significativi, la capacità di dissipare rapidamente il calore è un aspetto critico. E quando si tratta di progettare componenti efficienti, sigillati e durevoli, il modo in cui i materiali vengono uniti fa la differenza.
È qui che entra in gioco la saldatura per attrito (FSW). Molto più di un semplice processo di saldatura, la FSW è oggi una tecnologia di giunzione termica ad alte prestazioni.
FSW: un processo di incollaggio allo stato solido
La saldatura Friction Stir Welding (FSW) è un processo di saldatura allo stato solido, il che significa che i materiali non si fondono mai durante l’assemblaggio.
Un utensile rotante scorre contro le parti da unire, generando un calore localizzato sufficiente ad ammorbidire il metallo senza fonderlo. Il perno dell’utensile agita quindi il materiale ammorbidito per creare un legame metallurgico continuo tra le parti.
Il risultato:
Questa continuità è la chiave per una conduzione ottimale del calore.
Saldatura e trasferimento termico: cosa c’è da sapere
Il trasferimento efficiente del calore si basa su un principio semplice: il calore fluisce meglio attraverso un materiale omogeneo che attraverso materiali diversi. In altre parole, ogni interfaccia (discontinuità del materiale, intercapedine d’aria, pasta termica, saldatura o vite) provoca un calo delle prestazioni.
In un assemblaggio avvitato, ad esempio, l’interfaccia tra le due parti è riempita con pasta termica. Anche con le paste migliori, la conducibilità termica rimane molto inferiore a quella del metallo solido.
L’unico modo per ottimizzare il flusso di calore è eliminare completamente tale interfaccia.
Questo è esattamente ciò che consente il FSW.
In che modo la FSW migliora le prestazioni termiche?
Perfetta conduzione del calore
La FSW crea un giunto metallurgico continuo. Invece di due parti a contatto, si ottiene un unico pezzo omogeneo attraverso il quale il calore può fluire liberamente.
Questo è ciò che la rende fondamentalmente diversa dalla bullonatura o persino dalla brasatura (dove il metallo d’apporto agisce come terzo conduttore, spesso meno efficace).
Saldatura di leghe di alluminio altamente conduttive
La FSW apre le porte alle leghe di alluminio altamente conduttive (serie 1xxx). Con una conducibilità termica superiore a 220 W/m.K, sono ideali per la dissipazione del calore, ma quasi impossibili da saldare con tecniche di fusione.
Con la FSW è possibile saldare un guscio 1050 a una base 6061, combinando prestazioni termiche e resistenza meccanica. È l’unica tecnologia oggi in grado di rendere possibile tutto ciò, senza metallo d’apporto e senza compromessi.
Alluminio e rame: finalmente possibile un incollaggio termico ad alte prestazioni
Il rame ha una conducibilità termica ancora migliore dell’alluminio. L’FSW permette di brasare l‘alluminio al rame, cosa che in precedenza era molto difficile da realizzare senza introdurre difetti o corrosione.
In questo modo è possibile rinforzare le aree termicamente critiche con il rame e utilizzare l’alluminio per il resto del pezzo, con un notevole risparmio di peso e di costi.
Questi assemblaggi ibridi richiedono un’attenta gestione dei rischi di corrosione galvanica. Stirweld supporta i propri clienti con una guida alla progettazione fin dalle prime fasi.
Applicazioni in settori industriali esigenti
Piastre refrigerante FSW
Tra tutte le applicazioni FSW, le piastre refrigerante sono forse le più emblematiche. Il processo soddisfa le esigenze di questo tipo di componenti: termiche, meccaniche e industriali.
Con la saldatura per attrito si ottengono:
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Getti di alluminio
Con l’aumento dell’alluminio fuso in settori come quello automobilistico (ad esempio negli dissipatori di calore), sono necessarie nuove soluzioni di saldatura. L’FSW consente di saldare l’alluminio fuso senza compromettere l’integrità meccanica.
Progettazione FSW: regole chiave per le prestazioni termiche
Per beneficiare appieno dei vantaggi della FSW (tenuta, resistenza, efficienza termica), è necessario seguire regole di progettazione specifiche per la saldatura a freddo delle lamiere.
Spaziatura tra i canali di raffreddamento
I canali interni che trasportano il refrigerante devono essere sufficientemente separati per garantire una saldatura affidabile tra di essi.
Quanto più vicine sono le saldature, tanto più sottile è il materiale residuo tra i canali, il che aumenta il rischio di distorsione della parete durante la FSW.
La distanza minima dipende dalla profondità di saldatura e dal diametro dell’utensile e deve essere presa in considerazione all’inizio della fase di progettazione.
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Gradino di sostegno sotto il coperchio della piastra fredda
Per sopportare la forza verticale applicata dall’utensile FSW durante la saldatura, è necessario aggiungere un’area di supporto (o “gradino”) sotto il ponte.
La sua larghezza minima dipende dalla profondità di saldatura e dal diametro dell’utensile, ma è essenziale per garantire la stabilità del giunto ed evitare distorsioni locali.
In breve: cosa porta il FSW alle vostre prestazioni termiche
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