TECNOLOGIE DI REALIZZAZIONE DI GIUNTI INCOLLATI IN CAMPO AEROSPAZIALE

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1 TECNOLOGIE DI REALIZZAZIONE DI GIUNTI INCOLLATI IN CAMPO AEROSPAZIALE G. Augello Responsabile del CAE Meccanico Dipartimento di Sistemi Meccanici Alenia Spazio S.p.A. - Torino M. Montabone Responsabile della Progettazione e Tecnologie Dipartimento di Sistemi Meccanici Alenia Spazio S.p.A. - Torino

2 CONTENUTO DELLA PRESENTAZIONE Considerazioni introduttive Tipologie di adesivi in uso presso Alenia Spazio Vantaggi dell incollaggio Materiali e Processi Controlli di qualita Conclusioni

3 CONSIDERAZIONI INTRODUTTIVE Quasi tutti i manufatti prodotti in Alenia Spazio sono costituiti da diversi pezzi componenti. Nasce quindi la necessita di unire questi componenti tra di loro. I sistemi di giunzione frequentemente usati sono : viti, rivetti, saldature. Comunque, sempre piu frequentemente si ricorre alle giunzioni mediante incollaggio dei componenti. Questa tecnica di giunzione e ben consolidata e capace di sostituire o integrare i metodi di fissaggio meccanici, comportando diversi vantaggi.

4 CONSIDERAZIONI INTRODUTTIVE Tra questi vantaggi si evidenziano : - riduzione dei costi di assemblaggio - miglioramento delle prestazioni del prodotto e della sua durata - maggiore liberta di progetto - minore necessita di finitura

5 TIPI DI ADESIVI IN USO PRESSO ALENIA SPAZIO Gli incollaggi in Alenia Spazio vengono realizzati mediante due tipi di adesivi : - adesivi in pellicola/foglio - adesivi in pasta Entrambi questi due adesivi vengono utilizzati per incollaggi sia a caldo che a freddo In genere la scelta del tipo di adesivo e subordinata alla ponderata valutazione, in sede di progetto del manufatto, di diversi fattori influenti.

6 TIPI DI ADESIVI IN USO PRESSO ALENIA SPAZIO(cont.) Tra questi fattori vanno evidenziati : - il metodo di applicazione dell adesivo - il metodo di assemblaggio dei componenti - le condizioni pratiche e necessarie di cura E assodato che un incollaggio di qualita si ottiene, allorche l obiettivo della qualita viene perseguito a tutti i livelli del processo di progetto e produzione.

7 TIPI DI ADESIVI IN USO PRESSO ALENIA SPAZIO (cont.) Inoltre e fondamentale, per ottenere un incollaggio di qualita e di elevate prestazioni, che il progetto del manufatto venga elaborato avendo presente fin dall inizio che il sistema di fissaggio dei componenti sara un incollaggio e non che si proceda ad incollare componenti pensati e progettati per un fissaggio meccanico.

8 Oltre a quelli di carattere generale gia evidenziati, il sistema di fissaggio per incollaggio presenta i seguenti vantaggi : - l incollaggio e continuo VANTAGGI DELL INCOLLAGGIO Questo comporta una piu uniforme distribuzione delle tensioni sull area incollata. Le concentrazioni di tensioni locali presenti nelle saldature a punti o nei giunti a fissaggio meccanico, sono evitate. Le strutture incollate possono esibire una vita operativa piu lunga. - le strutture incollate sono piu rigide La maggiore rigidezza dei giunti incollati, e dovuta alla caratteristica di continuita dell incollaggio stesso.

9 VANTAGGI DELL INCOLLAGGIO ( continua ) D altra parte, anche se la maggiore rigidezza non e un requisito di progetto, si ottiene, con l incollaggio, una struttura che mantiene la rigidezza ad essa richiesta ma con minor peso. - le strutture incollate presentano un aspetto migliore L incollaggio garantisce un aspetto piu regolare ai componenti. Non ci sono protuberanze come nelle bullonature o rivettature ne tracce come nelle saldature a punti. Nell ambito dei progetti spaziali, questo risponde al soddisfacimento dei requisiti di sicurezza dell equipaggio. Infatti per il requisito di Crew safety, non ci devono essere protuberanze superiori ai 3 mm, ne sporgenze di parti taglienti ( come le filettature ).

10 VANTAGGI DELL INCOLLAGGIO ( continua ) - l incollaggio puo essere usato in assemblaggi complessi Tra queste strutture si possono annoverare i pannelli a nido d ape e multistrato, dove i fissaggi mediante incollaggi, garantiscono l integrita strutturale del manufatto - l incollaggio puo unire materiali differenti Mediante incollaggio si possono facilmente unire materiali che possono avere differenti composizione, moduli elastici, coefficienti di espansione termica, spessori.

11 VANTAGGI DELL INCOLLAGGIO ( continua ) - l incollaggio puo ridurre i fenomeni corrosivi Lo stato continuo di adesivo forma una specie di guarnizione. I giunti quindi sono conseguentemente a tenuta e meno soggetti a corrosione. - l incollaggio puo funzionare da isolante elettrico Lo stato di adesivo puo costituire un isolamento elettrico tra le superficie unite.

12 VANTAGGI DELL INCOLLAGGIO ( continua ) - l incollaggio riduce le concentrazioni di tensione La struttura incollata e piu sicura, perche in virtu delle minori concentrazioni di tensioni, i fenomeni di rottura per fatica sono meno frequenti. Infatti una cricca di fatica si propaga meno rapidamente in una struttura incollata rispetto ad una struttura rivettata e perfino rispetto ad una struttura macchinata, perche i bordi dell incollaggio funzionano da argine alla propagazione della cricca. - l incollaggio puo unire materiali sensibili al calore Il fissaggio mediante incollaggio e particolarmente indicato per

13 VANTAGGI DELL INCOLLAGGIO ( continua ) unire materiali sensibili al calore e soggetti quindi a distorsioni o a modifiche delle proprieta, cosa che succede per le brasature e le saldature. - l incollaggio puo funzionare da smorzatore L incollaggio ha buone proprieta di smorzamento. Questa capacita puo risultare molto utile nella riduzione del rumore o delle vibrazioni. - l incollaggio presenta caratteristiche di semplicita L incollaggio puo semplificare le procedure di assemblaggio

14 VANTAGGI DELL INCOLLAGGIO ( continua ) sostituendo diversi giunzioni meccaniche con un semplice adesivo, o puo consentire la giunzione di parecchi componenti con una sola operazione di fissaggio. L incollaggio inoltre puo essere usato in combinazione con altri sistemi di fissaggio, quali le rivettature o le saldature a punti, per migliorare le prestazioni della struttura completa.

15 MATERIALI E PROCESSI I materiali che vengono giuntati mediante incollaggio in Alenia Spazio sono del tipo : - Alluminio - Alluminio In questo caso si procede ad una preparazione delle superficie mediante : - ossidazione cromica - ossidazione fosforica ( processo con brevetto BOEING )

16 MATERIALI E PROCESSI ( continua ) - Alluminio - Titanio La superficie in titanio viene preparata mediante utilizzo di : - prebonding Alenia Spazio - FRP - Titanio - FRP - Alluminio Le superficie in FRP vengono preparate all incollaggio mediante : - carteggiatura ( sandpapering ) - pulitura con solvente

17 I processi che vengono utilizzati in Alenia Spazio sono : - Cura a freddo L adesivo, in pellicola o in pasta (normalmente bicomponente), viene applicato e quindi si procede alla polimerizzazione a Temperatura Ambiente, mediante applicazione di pesi. La durata della cura e di circa 1 settimana. - Cura a caldo MATERIALI E PROCESSI ( continua ) Il manufatto incollato, viene messo in un sacco a vuoto, quindi viene posto in autoclave. La cura avviene in circa un ora, mediante applicazione di Pressione e Temperatura

18 CONTROLLI DI QUALITA Per la verifica della qualita di un incollaggio in Alenia Spazio, si effettuano molteplici controlli sia distruttivi che non distruttivi. Controlli Non-Distruttivi su ogni manufatto vengono eseguiti dei controlli per la verifica della continuita fisica della colla (vuoti, scollamenti, bolle d aria) tramite metodi empirici come il tap test o scientifici come gli ultrasuoni in trasmissione o eco e raggi Roentgen.

19 Controlli Distruttivi CONTROLLI DI QUALITA ( continua ) per la valutazione delle prestazioni meccaniche dell incollaggio, normalmente vengono preparati dei provini denominati controllo processo. Questi provini preparati, sia ricavandoli dallo stesso elemento da valutare sia ricavandoli congiuntamente (per esempio stesso sacco a vuoto o stessa miscela della pasta) vengono sottoposti a prove meccaniche distruttive per il controllo fisico della bonta del manufatto.

20 CONTROLLI DI QUALITA ( continua ) I provini di controllo processo sono di diversi tipi. Tra questi : - Tensile Lap Shear in accordo ad ASTM D Drum Peel in accordo ad ASTM D T peel in accordo ad ASTM D Flatwise in accordo ad ASTM C297

21 CONCLUSIONI Dalle caratteristiche elencate in questa presentazione per il sistema di fissaggio dell incollaggio, risulta che questo metodo di giunzione e molto adatto per applicazioni in campo spaziale, per i seguenti motivi : - riduzione del peso delle strutture rispetto ai sistemi di giunzione meccanica tradizionali - maggiore rispetto dei requisiti di sicurezza previsti dai progetti spaziali abitati

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