FSW: una tecnologia di saldatura green
Oggi, il tema dell’ambiente è strettamente legato al mondo dell’industria. Perché? A causa dell’inquinamento ambientale dalle attività industriali. Nell’ambito della CSR, le grandi aziende hanno oggi l’obbligo di integrare nella loro strategia globale degli interventi a difesa di uno sviluppo economico rispettoso dell’ambiente. Per prendere attivamente parte a questo processo eco-responsabile, le industrie stanno ottimizzando i loro processi per ridurre il consumo di energia e di risorse.
Negli anni, la saldatura industriale si è evoluta, tanto che oggi le nuove tecnologie permettono di garantire maggiore sicurezza e un impatto più limitato sull’ambiente. La saldatura per attrito (Friction Stir Welding, FSW) è un processo sostenibile e innovativo che permette l’assemblaggio allo stato solido di leghe eterogenee. Ma perché la FSW viene definita un processo di saldatura sostenibile? E in che modo questa tecnologia soddisfa i requisiti ambientali?
La FSW è una tecnica di saldatura rispettosa dell’ambiente
Esistono ad oggi tecniche di saldatura sostenibili?
La saldatura industriale raggruppa diverse tecniche di saldatura che possiamo suddividere in 2 grandi categorie: processi di fusione e processi allo stato solido.
Spesso, le tecniche di saldatura sono oggetto di controversie a causa del loro impatto sull’ambiente. Ed effettivamente, i processi convenzionali di saldatura a fusione (MIG, TIG, laser) richiedono l’uso di gas. Le temperature estremamente elevate necessarie per la fusione provocano l’emissione di inquinanti atmosferici e consumano un ingente quantità di energia. Inoltre, in alcuni casi, viene utilizzato un metallo di apporto per assemblare i componenti, questo materiale di consumo ha un forte impatto sull’analisi del ciclo di vita del prodotto finale. A questo si aggiunge, sempre in alcuni casi, la necessità di utilizzare solventi per la pulizia dei componenti. Questi prodotti, bruciati durante l’operazione di saldatura, aumentano l’impatto sull’ambiente.
Quale tecnica di saldatura può quindi considerarsi sostenibile? La saldatura per attrito (FSW) viene realizzata a freddo, ovvero allo stato solido e non richiede l’uso di gas o di materiale di apporto. La tecnologia di saldatura FSW è più ecologica rispetto alla saldatura per fusione e garantisce una maggiore sicurezza per gli operatori. Questa tecnologia di saldatura “verde” va quindi a sostituire in maniera vantaggiosa i processi di assemblaggio tradizionali (rivettatura, incollaggio, saldatura ad arco, MIG, TIG, saldatura laser).
FSW, un processo sostenibile che combina tecnologie di saldatura ad alte prestazioni e tutela dell’ambiente
La FSW è una tecnologia innovativa, apprezzata per le sue numerose qualità tecniche:
- preserva le caratteristiche meccaniche dei metalli saldati;
- consente l’assemblaggio di qualsiasi lega di alluminio e anche di materiali eterogenei;
- garantisce una notevole tenuta e una significativa resistenza alla pressione;
- elimina i difetti legati alle tecniche di saldatura tradizionali (corrosione, inquinamento ferroso, deformazione dei componenti, spugnosità, ecc.).
La saldatura per attrito si rivela una scelta ancora più interessante in quanto è energeticamente efficiente e rispettosa dell’ambiente. Si tratta infatti di un processo che non comporta l’emissione di fumi o getti e non produce rumore. Inoltre, la superficie da saldare non necessita di nessuna preparazione e, quindi, di nessun decapaggio preliminare.
Senza dimenticare il vantaggio principale offerto dalla FSW: la saldatura per attrito si realizza “a freddo”, più precisamente, allo stato pastoso. La saldatura avviene esclusivamente per deformazione meccanica attraverso l’attrito.
Saldatura per attrito
Questa tecnica non prevede né fusione o apporto di materia, né l’utilizzo di gas tossici, raggi UV o campi elettromagnetici.
Inoltre, la saldatura FSW di componenti in alluminio richiede un basso consumo di energia. Secondo uno studio di Auguste Sallen e Olivier Kerbrat della Scuola normale superiore di Rennes, una macchina MCN dotata di una testa per saldatura assorbe tra i 7 e gli 11 kW a seconda dei materiali e dello spessore saldato.
Testa per saldatura FSW per MCN
La soluzione FSW Stirweld per un impatto sempre più sostenibile
Dal 1995, la tecnica di saldatura per attrito è stata riservata ad applicazioni ad alto valore aggiunto. Questo perché, la realizzazione di macchine specializzate in FSW rappresenta un investimento oneroso. Nel 2015, il brevetto del TWI (The Welding Institute), l’organismo di ricerca e tecnologia specializzato nella saldatura, è diventato accessibile a chiunque. Ciò ha permesso di sfruttare maggiormente questa tecnologia innovativa.
La testa FSW Stirweld integra alle macchine utensili a controllo numerico (MCN) già esistenti la possibilità di eseguire saldature per attrito. La nostra testa per saldatura si adatta facilmente ai centri di lavorazione, di cui le PMI sono solitamente già dotate. Grazie alle testa Stirweld, questa tecnologia rivoluzionaria diventa accessibile. E i nostri clienti possono così beneficiare di una soluzione di saldatura economica e rispettosa dell’ambiente.
Rispetto alla progettazione di macchine FSW o di robot FSW, la produzione di una testa per saldatura offre un risparmio sostanziale in termini di costi. La testa per saldatura ha il vantaggio di essere universale e di potersi adattare a qualsiasi macchina MCN. Le aziende non dovranno così investire in nuove macchine complesse e ad alto consumo energetico, la cui produzione ha un impatto negativo sull’ambiente. La soluzione delle teste per saldatura si inserisce in un approccio volto allo sviluppo sostenibile. Ciò consente ai nostri clienti di riorientare i loro processi produttivi verso un maggiore rispetto dell’ambiente e permette loro di conformarsi alle nuove normative ambientali.
Testa FSW Stirweld installata su un centro di lavorazione HAAS VF-3
Grazie alla testa per saldatura FSW Stirweld per macchine MCN, i componenti possono essere lavorati e saldati utilizzando la stessa macchina. Il processo è adatto a componenti di tutte le dimensioni. Per saldature inferiori ai 10 mm di spessore è sufficiente una sola passata, come nel caso di numerose applicazioni industriali. Inoltre, questa soluzione FSW necessita di un unico elemento di consumo: l’utensile FSW, una punta in acciaio molto semplice ed economica che garantisce fino a 2.000 m di saldatura prima della sostituzione. Oltre al risparmio in termini di tempo e costi, la testa Stirweld ti permette di risparmiare energia e risorse.
Saldare per attrito usando la testa Stirweld riduce l’impatto sull’ambiente pur garantendo prestazioni identiche a quelle di una macchina specializzata in FSW. Stirweld accompagna i propri clienti lungo tutto il processo di industrializzazione della tecnologia FSW e consente di beneficiare dei vantaggi tecnici ed ecologici della saldatura per attrito.
La testa FSW Stirweld prodotta nel rispetto dell’ambiente
Le tecniche di saldatura sono strettamente regolamentate. La Friction Stir Welding è regolata dalla norma ISO 25239 lungo tutto il processo industriale, dalla progettazione al controllo qualità. Oltre a rispettare questa norma sulla saldatura, Stirweld ha avviato l’implementazione di un processo di gestione ambientale basato sulle norme 14001 e 26000.
Nell’ambito di questa regolamentazione, la nostra azienda si impegna a sostenere lo sviluppo del territorio favorendo i fornitori della nostra regione, limitando così l’impatto ambientale della produzione di teste per saldatura FSW.
Stirweld seleziona i prodotti e le materie prime necessarie alla produzione delle nostre soluzioni FSW tenendo in considerazione l’impatto ambientale dei singoli componenti. I nostri team di creazione hanno seguito una formazione in progettazione ecocompatibile per migliorare la loro consapevolezza dell’analisi del ciclo di vita di un prodotto. Il nostro reparto di progettazione è costantemente alla ricerca di soluzioni in grado di ridurre l’impatto dei nostri prodotti durante le fasi di produzione, utilizzo e recupero.
Inoltre, Stirweld garantisce il riciclo dell’alluminio ottenuto dai test di saldatura sulle applicazioni dei nostri clienti collaborando con partner locali.
Saldatura per attrito: una tecnologia di assemblaggio di materiali rinnovabili
L’avvento della FSW ha reso possibile la saldatura di materiali considerati fino a quel momento difficili, se non impossibili, da saldare, come nel caso di alcune leghe di alluminio ad alte prestazioni. Il processo per attrito consente di saldare i componenti allo stato solido limitando in maniera considerevole l’impatto termico e il deterioramento delle proprietà meccaniche di base dei metalli saldati.
La saldatura FSW può essere utilizzata per assemblare diversi tipi di materiali, i più comuni sono l’alluminio e il rame.
Inoltre, la FSW permette di saldare materiali dissimili a velocità significative e di lavorare con componenti spessi.
L’alluminio, un materiale riciclabile e leggero
L’alluminio è un’ottima carta da giocare per ridurre le nostre emissioni di gas serra. Si tratta infatti di un metallo riciclabile al 100% senza rischi di perdita delle sue proprietà. Per questo, la possibilità di riciclare questo materiale è un grande vantaggio che permette di preservare l’ambiente e limitare il consumo di risorse naturali. Il riciclo dell’alluminio riduce di circa il 95% l’energia necessaria per produrre alluminio puro dalla bauxite e contribuisce inoltre alla riduzione dei rifiuti. Noto per la sua sostenibilità, l’alluminio gioca un ruolo fondamentale nella transizione energetica.
L’alluminio è tra i metalli più leggeri. Questo permette di progettare veicoli meno pesanti riducendone il consumo di energia. È inoltre un materiale essenziale per la produzione di pannelli solari e turbine eoliche.
L’alluminio è noto anche per essere un metallo difficile da saldare. La saldatura per attrito elimina questo ostacolo in quanto è un processo sostenibile adatto all’assemblaggio rapido e resistente di tutte le leghe di alluminio. A questo si aggiunge la capacità della tecnologia Stirweld di mantenere inalterate le proprietà meccaniche dell’alluminio con un eccellente coefficiente di efficienza del giunto (oltre il 70%). Riduce il rischio di difetti post saldatura e garantisce una riproducibilità ottimale. Infine, offre la possibilità di saldare leghe di alluminio ad alte prestazioni come l’AA2024-T3 e l’AA2219-T8.
Oggi, l’alluminio è sempre più utilizzato, è infatti il secondo metallo più impiegato dopo l’acciaio. Oltre alla possibilità di essere riciclato, questo metallo è particolarmente apprezzato per la sua leggerezza, la sua malleabilità e per la sua conducibilità termica. E la FSW rappresenta la soluzione più sostenibile per la saldatura dell’alluminio.
Piastra di raffreddamento in alluminio da fonderia per veicolo elettrico saldata per attrito
Il rame, un materiale sostenibile
Come nel caso dell’alluminio, anche il rame è un metallo saldabile per FSW e presenta numerosi vantaggi ecologici. In termini di sviluppo sostenibile, le qualità del rame sono identiche a quelle dell’alluminio.
È completamente riciclabile e può essere utilizzato in altri prodotti in rame o in leghe di alluminio.
Questo materiale è particolarmente apprezzato per la sua capacità di irradiare calore. Grazie alla sua proprietà in grado di assorbire l’energia prodotta dal sole, viene impiegato nella progettazione di pannelli fotovoltaici.
È noto che, per trasportare energia, i metalli emettono calore e il rame è il metallo che presenta la migliore conduttività elettrica dopo l’argento. Questo materiale è inoltre apprezzato per la sua flessibilità.
Componenti in rame saldati per attrito
La tecnologia FSW per un settore industriale più sostenibile
Oggi, la saldatura per attrito è una tecnologia ormai consolidata e completamente industrializzata. Poiché il rischio di difetti è molto limitato, garantisce un alto grado di riproducibilità. Questa tecnologia sostenibile di assemblaggio dell’alluminio viene impiegata dalle industrie che intendono combinare alta tecnicità e sviluppo sostenibile. La saldatura FSW è una tecnologia ad oggi accessibile e democratizzata in numerosi settori industriali, quali i trasporti (e-mobility, aeronautica, spazio, settore ferroviario e navale) e le energie rinnovabili (nucleare, pannelli solari e turbine eoliche).
Trasporti più sostenibili
Il trasporto su strada è tra le principali fonti di emissioni di gas serra in Italia, causa principale del riscaldamento globale.
L’industria dei trasporti deve rispondere alle sfide ambientali offrendo veicoli più efficienti dal punto di vista del consumo energetico, il cui parametro principale è il peso del veicolo. Per farlo, deve progettare mezzi di trasporto più leggeri in modo da limitare il consumo di energia e l’inquinamento dei gas di scarico. Alleggerire, in questo caso, significa ridurre il peso dei veicoli garantendo al contempo resistenza e sicurezza. Finora riservato alle automobili, l’alleggerimento delle strutture e delle carrozzerie si sta ora diffondendo grazie alla saldatura FSW dei componenti in alluminio: piastra di raffreddamento in alluminio da fonderia, scocca laterale, cerchioni, ecc. Le auto elettriche sono state le prime a beneficiare di questa tecnologia innovativa.
Alette di raffreddamento su una scatola elettronica
2 saldature FSW per incrementare la conducibilità termica
La sostituzione delle lastre in acciaio con lastre in alluminio consente di ridurre notevolmente la massa dei veicoli. E la lastra della carrozzeria è solamente uno dei campi di applicazione dell’alluminio nell’automobile. Questo metallo leggero e resistente viene impiegato anche nei radiatori, nelle testate, ecc. Le case automobilistiche stanno promuovendo sempre di più la saldatura FSW di componenti per veicoli elettrici o ibridi.
La saldatura per attrito viene inoltre utilizzata nella produzione di serbatoi (criogenici o non) e di camion e autobus, oggi a gas naturale, domani a biogas e a idrogeno.
Energie rinnovabili
Anche l’industria eolica ha adottato la saldatura FSW per i suoi componenti in alluminio. La saldatura per attrito è la soluzione più impiegata per l’assemblaggio di componenti leggeri e di grandi dimensioni come le navicelle e le pale eoliche. Tuttavia, anche le turbine hanno bisogno di componenti efficienti e durevoli.
Nel processo di produzione dei pannelli solari, invece, la tecnologia FSW viene impiegata per l’assemblaggio di piastre di raffreddamento ad acqua in alluminio. Viene inoltre utilizzata per le scatole e gli inverter.
Infine, nel settore nucleare, la saldatura per attrito dei componenti in rame ha permesso di definire i parametri per la produzione in serie.
Piastra di raffreddamento in alluminio saldata mediante FSW.
Saldatura per attrito: una tecnologia di assemblaggio che rispetta l’ambiente
La saldatura FSW è una soluzione ormai consolidata per l’assemblaggio di componenti a basso punto di fusione come l’alluminio. Grazie a una punta rotante, questa tecnologia rivoluzionaria consente di penetrare nella materia e di mescolare i materiali da saldare portandoli allo stato “pastoso”.
La FSW si rivela una soluzione chiave per ridurre l’impatto ambientale della tua attività e migliorare la qualità e l’affidabilità delle tue saldature. Questa tecnologia di saldatura sostenibile è adatta a numerose applicazioni nel settore spaziale, energetico e dei trasporti. Valéo, riconosciuto a livello mondiale come uno dei maggiori OEM del settore automobilistico, è stato tra i primi a studiare la praticabilità della FSW. Il motivo è evidente: la saldatura per attrito permette di assemblare gli allumini da fonderia e le leghe di alluminio, ampiamente utilizzate nella produzione di componenti automobilistici. Anche Airbus, il gigante del settore aerospaziale, è stato conquistato dalla tecnologia FSW. Grazie a questo nuovo processo di saldatura, Airbus sta lavorando per ridurre lo spessore delle strutture dei suoi velivoli. Per Ariane Group invece, la saldatura FSW si è rivelata la tecnologia perfetta per ottenere saldature di alta qualità per i suoi lanciatori. Perché? Perché con la saldatura per attrito le proprietà meccaniche dei materiali saldati vengono preservate anche quando sono sottoposti a grandi differenze di temperatura.
Stirweld accompagna i suoi clienti nell’implementazione e nell’ottimizzazione del loro processo FSW nell’ottica dell’industrializzazione e di uno sviluppo sostenibile.
Contatta i nostri esperti per integrare la nostra soluzione FSW ai tuoi processi produttivi.
