Saldatura Friction Stir Welding x Rheocasting
Alla scoperta della sinergia tra tecniche di produzione all’avanguardia.
Negli ultimi anni, il settore industriale ha subito una profonda trasformazione. Infatti, con l’arrivo massiccio di nuove tecnologie, gli standard del settore stanno subendo un profondo sconvolgimento. Le pressioni ambientali e il riscaldamento globale ne sono in gran parte le cause.
Di conseguenza, è necessario adeguare i processi produttivi e innovare, individuando nuovi processi che siano altrettanto efficienti ma che riducano l’impatto ambientale. Oggi esamineremo più da vicino due di queste nuove tecnologie: la saldatura Friction Stir Welding e il rheocasting.
Ciò che accomuna queste due tecnologie è il fatto che lavorano il metallo in uno stato specifico. Infatti, a differenza della fusione convenzionale, la rheocasting utilizza il metallo in uno stato pastoso. Analogamente, a differenza dei processi di saldatura convenzionali, la FSW non raggiunge il punto di fusione del materiale e quindi salda il metallo nel suo stato pastoso.
Rheocasting: cos’è questa tecnologia
La fusione reologica è un processo nato negli anni ’70. È stata concepita come risposta ai problemi legati alla pressofusione ad alta pressione, che non era più in grado di soddisfare le esigenze dei progettisti. Infatti, il mondo della fusione si sta evolvendo a un ritmo molto rapido, con richieste e requisiti dei clienti in costante aumento. Pertanto, l’industria della fusione deve fare affidamento sulle sue ultime innovazioni per riprendersi. Dato il crescente utilizzo dell’alluminio, la fusione reologica è una delle tecnologie da acquisire.
In quali settori viene utilizzato il reocasting?
La rheocasting è un nuovo processo per la produzione di componenti in alluminio. Oggi questo materiale è sempre più utilizzato grazie alla sua leggerezza, al suo prezzo accessibile e alla sua eccellente conducibilità termica. Ecco perché alcune industrie hanno deciso di adottarlo per migliorare le caratteristiche tecniche dei propri componenti.
Pertanto, la tecnologia del reocasting trova applicazione nel settore delle telecomunicazioni, dove la conduttività termica riveste grande importanza, nel settore degli autocarri, dove l’obiettivo è quello di alleggerire i veicoli, e nel settore automobilistico, dove l’impermeabilità e altre caratteristiche (leggerezza, riduzione delle emissioni di CO₂, sviluppo delle auto elettriche, ecc.) sono fondamentali.
Telecomunicazioni
Camion
Settore automobilistico
Quali sono i vantaggi del rheocasting?
Progettazione di componenti altamente complessi in tutte le forme possibili.
La fase di post-trattamento meccanico non è più necessaria, il che riduce i costi e rende quindi la produzione il più redditizia possibile.
L’alluminio è più leggero dell’acciaio e presenta caratteristiche di resistenza meccanica simili.
Parti facilmente saldabili.
Una gamma più ampia di leghe secondarie e primarie che possono essere fuse.
Livelli di porosità estremamente bassi: nessuna perdita e elevata resistenza.
In cosa consiste il reocasting?
La colata reologica è uno speciale processo di colata in cui l’alluminio, allo stato liquido, viene raffreddato e agitato fino a raggiungere uno stato semisolido. La colata reologica si basa su due fattori principali:
Il rheocasting è un nuovo processo che consente di lavorare il materiale allo stato pastoso. Come avete visto, lavorare in questo modo offre numerosi vantaggi per ogni settore industriale. Passiamo ora a un’altra tecnica che utilizza uno stato non convenzionale per la produzione: la tecnologia della saldatura Friction Stir Welding.
FSW: la nuova tecnologia di saldatura ecologica
La saldatura Friction Stir Welding, nota anche come FSW, rappresenta una delle tendenze più all’avanguardia nella tecnologia della saldatura. Si tratta di una saldatura eseguita allo stato pastoso, il cosiddetto stato solido del processo di giunzione. La saldatura viene realizzata esclusivamente tramite deformazione meccanica per attrito. È necessario tenere conto di diversi parametri tecnologici:
In quali settori viene utilizzato l’FSW?
I componenti saldati con il processo FSW presentano un’elevata resistenza meccanica, con una riduzione statica pari a circa il 10-20% e una resistenza alla fatica simile a quella del materiale di base. Poiché non presenta perdite (di acqua, acido o aria), questo processo trova impiego in numerosi settori industriali:
Mobilità elettrica
Costruzione navale
Aeronautica
Aerospaziale
Nucleare
Pannello solare
Militare
Quali sono i vantaggi della FSW?
La saldatura Friction Stir Welding è una tecnologia consolidata per l’assemblaggio dell’alluminio, ma anche del rame. Questo processo consente di mantenere proprietà meccaniche simili a quelle del materiale di base.
Ora, grazie alla tecnologia FSW, possiamo saldare leghe di alluminio ad alta resistenza (serie 2000, 6000 e 7000), cosa che prima non era possibile. Anche la saldatura di materiali dissimili è diventata possibile grazie alla FSW. È quindi possibile saldare facilmente alluminio e rame, pezzi fusi in alluminio, nonché alluminio e acciaio.
La tabella che segue illustra le riduzioni meccaniche in base al tipo di saldatura e mostra i miglioramenti legati all’uso della saldatura Friction Stir Welding per quanto riguarda l’efficienza del giunto.
Stavamo parlando di tutela ambientale e di come tenere conto dell’impatto dell’industria sull’ambiente. Con la tecnologia FSW non è necessaria alcuna preparazione della superficie, né la molatura né la pulizia. Niente scintille, niente fumo, niente rumore. È un processo “ecologico”.
Infine, il vantaggio principale della saldatura Friction Stir Welding è che si tratta di una saldatura “a freddo”, più precisamente in stato pastoso, quindi senza fusione e senza alcuna aggiunta di materiale.
Come funziona la saldatura Friction Stir Welding?
Il Welding Institute (TWI) ha inventato la saldatura Friction Stir Welding (FSW) nel 1991. Quando, all’inizio del 2015, il brevetto del TWI è entrato nel pubblico dominio, si sono aperte grandi prospettive di sviluppo per la tecnologia FSW.
Nell’infografica qui sotto, segui le diverse fasi del processo di saldatura Friction Stir Welding:
Come avrete capito, l’FSW è un processo rivoluzionario nel mondo della saldatura. La lavorazione del materiale allo stato pastoso rappresenta una grande evoluzione nel settore.
Immagina ora come la combinazione di reocasting e FSW ti aiuterà a migliorare i tuoi componenti!
Rheocasting e FSW: il meglio di due mondi
Nel settore della fusione sono emerse numerose innovazioni, tra cui la fusione reologica e la saldatura Friction Stir Welding: la prima ha rivoluzionato il mondo della saldatura, mentre la seconda ha risolto i problemi di fusione legati alla tecnologia HPDC.
Di conseguenza, sono state condotte delle prove per verificare se i componenti realizzati con il processo di rheocasting potessero essere saldati mediante saldatura Friction Stir Welding. Una delle caratteristiche principali dei componenti realizzati con il processo di rheocasting è proprio la loro facile saldabilità.
Inoltre, i componenti realizzati con il processo di reocasting presentano un’elevata conducibilità termica e, una volta saldati con il metodo FSW, mantengono tale caratteristica.
Un altro vantaggio derivante dalla combinazione di queste due tecnologie è la possibilità di realizzare pezzi complessi. Infatti, con la tecnologia Rheocasting è possibile ottenere qualsiasi forma immaginabile. Grazie alla saldatura Friction Stir Welding (FSW) è poi possibile saldare questi pezzi complessi. La tecnologia FSW consente di saldare diversi componenti complessi, non realizzabili tramite fusione, in un unico pezzo.
Un ulteriore vantaggio derivante dalla combinazione della colata reologica e della saldatura Friction Stir Welding (FSW) è la possibilità di realizzare pezzi di grandi dimensioni. Infatti, nella colata reologica, le dimensioni dei pezzi sono limitate. Pertanto, grazie alla saldatura Friction Stir Welding, è possibile assemblare diverse parti del pezzo ottenuto mediante colata reologica per ottenere un unico pezzo di grandi dimensioni. Di seguito è riportato un esempio:
FSW di due pezzi realizzati con il processo Rheocast: primo piano sulla saldatura
FSW di due pezzi realizzati con il processo Rheocast
Perché combinare FSW e Rheocasting?
L’uso combinato della FSW e del rheocasting si sta gradualmente affermando e dovrebbe diventare una realtà nei prossimi anni. Infatti, alla luce dell’urgenza della situazione ambientale in cui ci troviamo, sarà necessario modificare i nostri metodi di produzione, che sono ad alto consumo energetico e non rinnovabili.
Di conseguenza, settori come quello automobilistico o delle telecomunicazioni devono riprogettare i propri prodotti. Sì, i veicoli elettrici sono più rispettosi dell’ambiente e sì, il 5G ci consentirà di andare più veloci e più lontano, ma a quali condizioni? Con questi nuovi prodotti, la domanda di sistemi di riscaldamento e raffreddamento efficienti sta esplodendo. Di conseguenza, abbiamo dovuto trovare nuove tecniche, più rispettose dell’ambiente. La combinazione reocasting x FSW risponderà a questa nicchia.
Focus sul settore delle telecomunicazioni: il boom del 5G
Se prendiamo l’esempio del 5G, in tutto il mondo verranno installate migliaia o addirittura milioni di antenne. Queste antenne devono essere raffreddate per garantire la durata delle batterie (manutenzione delle batterie, degli interni e del calore residuo dei motori elettrici) e ottimizzare l’area operativa. Inoltre, il 5G è un settore in cui un’elevata conduttività termica è essenziale, poiché le perdite sono elevate a causa delle alte frequenze radio. Pertanto, le antenne 5G richiedono un grande numero di dissipatori di calore per raffreddare le batterie.
Il design di questi dissipatori di calore è eccessivamente complesso e, di conseguenza, difficile da realizzare con le tecniche convenzionali. Il rheocasting sembra essere l’opzione tecnologica più adatta per la produzione di questi componenti.
Tuttavia, anche le dimensioni dei dissipatori di calore per il 5G rappresentano un problema. Infatti, la tecnica del “rheocasting” è la soluzione ideale per garantire una conduttività termica perfetta. Tuttavia, questa tecnica limita la progettazione dei componenti in termini di dimensioni. È qui che entra in gioco la FSW.
La saldatura Friction Stir Welding (FSW) contribuisce a risolvere questo problema dimensionale poiché consente di saldare le diverse parti del dissipatore di calore in un unico pezzo. Inoltre, la FSW è la tecnica ottimale per l’assemblaggio dei dissipatori di calore delle antenne 5G, poiché le parti saldate mantengono eccellenti proprietà meccaniche simili a quelle del materiale di base. Pertanto, i dissipatori di calore realizzati con la tecnica del rheocasting e saldati mediante FSW presentano un’elevata conduttività termica, un’elevata tenuta e la loro produzione sarà altamente ripetibile grazie all’automazione del processo.
Anche altri settori, e non da ultimo, utilizzano il Rheocasting
Oggi tutti i settori dell’industria prestano attenzione al proprio impatto ambientale. Modificare i metodi di produzione, migliorare la linea di produzione, privilegiare l’uso di materiali ecocompatibili rispetto ad altri e innovare i propri prodotti sono azioni fondamentali che tutti gli operatori del settore dovranno adottare.
Pertanto, la tecnica del rheocasting, combinata con la saldatura FSW, apre la strada a un futuro ecologicamente efficiente in diversi settori, quali quello militare, navale, spaziale, aeronautico e, in particolare, quello automobilistico, come già illustrato in precedenza.
Infatti, l’Unione Europea ha reso noti i dati: le emissioni di gas serra delle autovetture nuove dovranno essere ridotte del 37,5% entro il 2030 e del 31% per i veicoli commerciali. Una sfida enorme per l’industria automobilistica.
L’industria automobilistica dovrà concentrare i propri sforzi sulla tutela dell’ambiente, riducendo drasticamente il consumo medio di carburante di tutti i veicoli. Ciò sarà possibile grazie a una drastica riduzione del peso dei veicoli. Infatti, un peso inferiore comporta una riduzione delle emissioni di gas serra. I materiali utilizzati sono costantemente sottoposti a revisione. L’acciaio lascerà gradualmente il posto all’alluminio.
È qui che entreranno in gioco il rheocasting e l’FSW, poiché queste due tecnologie consentono la produzione di componenti perfettamente termoconduttivi e impermeabili al 100%.
Come abbiamo visto, la rheocasting e la saldatura Friction Stir Welding sono due tecniche che lavorano il materiale allo stato semisolido, rappresentando un grande progresso per ogni settore industriale. Inoltre, queste due tecniche presentano il vantaggio di conservare praticamente tutte le proprietà tecniche dei materiali di base. I pezzi risultano quindi altamente conduttivi dal punto di vista termico.
Pertanto, la combinazione di queste due tecnologie consente di produrre componenti dalle prestazioni molto elevate, con forme e dimensioni complesse, che presentano al contempo proprietà meccaniche ottimali.
Comptech x Stirweld
Comptech è un’azienda svedese innovativa nel settore del rheocasting. Il suo obiettivo è diventare leader nel settore del rheocasting. Con solidi valori ambientali, Comptech mira a migliorare sempre più efficacemente la funzionalità dei prodotti dei propri clienti.
È stata quindi avviata una collaborazione tra Stirweld e Comptech per spingersi ancora oltre nell’innovazione. Le due aziende si sono quindi poste la seguente domanda: quale sarebbe il risultato se combinassimo la tecnologia FSW con il rheocasting?
Da questa collaborazione sono emerse diverse conclusioni, illustrate nel corso dell’articolo attraverso prototipi e test. L’interesse a spingere al limite la tecnologia, a portare le proprie idee fino in fondo e quindi a combinare queste due tecnologie era evidente: il rheocasting e l’FSW sono due tecniche molto innovative, pertanto la loro unione rappresenta una vera e propria svolta per il settore.
Visita il sito web del nostro partner Comptech: http://comptech.se/
Vuoi saperne di più?
Scarica il white paper sulla saldatura Friction Stir Welding e sul rheocasting.
