TECNICHE DI GIUNZIONE

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1 TECNICHE DI GIUNZIONE

2 TECNICHE DI GIUNZIONE 1) Fissaggio meccanico 2) Creazione di un legame metallurgico mediante adesione e diffusione 3) Unione tramite fusione con l uso di varie fonti di calore 4) Brasature con metalli bassofondenti 5) Applicazioni relative a plastiche e ceramici 6) Produzione di laminati 7) Realizzazione di prodotti senza l uso di stampi

3 Classificazione

4 Classificazione CHARACTERISTICS Strength Design Variability Small Parts METHOD Arc welding Resistance welding Brazing Bolts and nuts Riveting Fasteners Seaming, crimping Adhesive bonding Note: 1, very good; 2, good; 3, poor. Large Parts Tolerances Reliability Ease of Maintenance Visual Inspection Cost

5 Giunzione meccanica Esempi di rivetti: (a) pieni, (b) tubolari, (c) biforcati, e (d) a compressione.

6 Giunzione meccanica

7 Giunzione meccanica Linee guida per rivettare

8 Giunzione meccanica Vari esempi di cuciture metalliche. Fasi di realizzazione di un aggraffatura a doppio ripiegamento

9 Giunzione meccanica

10 Giunzione meccanica

11

12 Esempi di giunzioni elastiche e a scatto usate per semplificare l assemblaggio

13 Saldatura allo stato solido Esempi di giunti ottenibili con varie tecniche di saldatura

14 Saldatura allo stato solido I legami interatomici si possono realizzare portando a contatto gli atomi dei 2 materiali È necessario che le superfici siano prive di contaminanti Il moto relativo aiuta a rompere i film superficiali ed è utile che le superfici siano ruvide

15 Saldatura allo stato solido La deformazione plastica dei corpi a contatto provoca un estensione dell interfaccia Teoricamente non sarebbe necessaria pressione se le superfici sono pulite e perfettamente accoppiate

16 Saldatura allo stato solido Bisogna evitare la diffusione quando i 2 metalli formano un composto intermetallico fragile In linea di principio qualsiasi coppia di materiali può essere giuntata; in effetti, la saldatura allo stato solido talvolta si usa quando non ci sono alternative I legami migliori si formano tra metalli che danno luogo a soluzioni solide di sostituzione

17 Saldatura a freddo (CW)

18 Saldatura a freddo (CW) (a) (b) (c) (d) Illustrazione schematica del processo di saldatura con esplosione: (a) luce costante all interfaccia e (b) luce angolare. (c) e (d) Sezioni trasversali di giunti saldati con esplosione. (c) titanio (sopra) su acciaio a basso tenore di carbonio (sotto). (d) Incoloy 800 (una lega a base di ferro e nickel) su acciaio a basso tenore di carbonio.

19 ( 20kHz) (a) Componenti di un sistema ad ultrasuoni per saldature per sovrapposizione. La vibrazione laterale dell estremità dell utensile provocano deformazione plastica e formazione di legami all interfaccia tra I componenti. (b) esecuzione di un cordone tramite un rullo

20 Saldatura per diffusione In generale il legame migliora quando la temperatura è tale da permettere la diffusione La tecnica si usa da secoli x produrre oggetti placcati in oro

21 Saldatura per diffusione La contemporanea deformazione plastica contribuisce a produrre un giunto di qualità Le zone di giunzione sono definite con distanziali di nitruro di boro L assemblaggio viene sistemato in una scatola sottovuoto in pressa

22 Saldatura per diffusione La sequenza di operazioni nella realizzazione di varie strutture tramite saldatura per diffusione e formatura superplastica di lamiere inizialmente piane

23 Saldatura a caldo

24 Saldatura a caldo

25 Saldatura a caldo Illustrazione schematica del processo di saldatura mediante pressione e gas.

26 Saldatura a caldo È la versione a caldo del processo già visto Di solito si usa x rivestire

27 Saldatura per attrito (FRW)

28 Saldatura per attrito (FRW) (a) (b) (a) Sequenza di operazioni nel processo di saldatura per attrito: (1) il componente a sinistra ruota ad alta velocità (130 m/s). (2) il componente a destra viene in contatto sotto una forza assiale (70 MPa). (3) Si aumenta la forza assiale (140 MPa); si comincia a formare bava. (4) il componente a sinistra smette di ruotare; la saldatura si completa. La bava si può togliere x asportazione o rettifica. (b) forma della zona fusa in funzione della forza applicata e della velocità di rotazione.

29 Saldatura per attrito (FRW) Principio della friction stir welding process. Con questa tecnica sono stati saldati piatti di alluminio spessi fino a 75 mm.

30 Caratteristiche del giunto Le velocità di raffreddamento sono alte, superiori a quelle della fonderia in stampo permanente Il grado di disomogeneità cresce passando dai metalli puri alle leghe multifase e dipende anche della concentrazione di energia

31 Caratteristiche del giunto (a) (b) Grain structure in (a) a deep weld (b) a shallow weld. Note that the grains in the solidified weld metal are perpendicular to the surface of the base metal. In a good weld, the solidification line at the center in the deep weld shown in (a) has grain migration, which develops uniform strength in the weld bead.

32 Caratteristiche del giunto Materiali monofasici Si supponga di giuntare 2 lembi dello stesso metallo puro con stesso materiale di apporto In parte fondono anche i lembi Il materiale base adiacente alla zona fusa cambia proprietà Caratteristiche di una tipica zona di saldatura x fusione con cannello ossiacetilenico o ad arco.

33 Caratteristiche del giunto Se il materiale era incrudito c è ricristallizzazione e la dimensione dei grani cresce con la permanenza ad alta temperatura Se il materiale era ricotto i grani crescono di dimensioni In ogni caso ci sono grani grandi al bordo della zona fusa

34 Caratteristiche del giunto Metallo puro bassa velocità => i grani curvano x seguire la fonte di calore alta velocità => la pozza è allungata e i grani sono circa rettilinei Possibili segregazioni con costituenti bassofondenti

35 Caratteristiche del giunto Leghe Si formano dendriti Raffreddamento veloce => dendriti poco sviluppate Tra T L e T S si forma una zona pastosa Elementi bassofondenti segregano ai bordi della zona fusa Schematic illustration of various regions in a fusion weld zone (and the corresponding phase diagram) for 0.30% carbon steel.

36 Caratteristiche del giunto Corrosione intergranulare in un tubo in acciaio inox 310 saldato dopo esposizione in una soluzione. Il cordone di saldatura è al centro della foto. Microfotografia al SEM ingrandita 20 volte.

37 Caratteristiche del giunto Materiali bifasici Gli eutettici non danno problemi Le leghe che induriscono x precipitazione sono saldate allo stato ricotto; gli effetti della saldatura possono sparire con il trattamento termico e l invecchiamento

38 Caratteristiche del giunto Materiali bifasici Se la saldatura è troppo larga, si possono saldare materiali trattati o invecchiati, ma i vantaggi del trattamento sono persi. Nel cordone possono essere presenti composti intermetallici fragili La ZTA è stata scaldata e raffreddata velocemente, ma il calore trasmesso dalla zona fusa può causare superinvecchiamento

39 Caratteristiche del giunto Trasformazioni in fase solida (acciaio a medio tenore di C => perlite + ferrite) nella ZTA con alte velocità di raffreddamento si può avere bainite o martensite

40 Caratteristiche del giunto Materiali diversi Di solito il materiale d apporto è diverso da quello base perché l uso di materiali diversi riduce il rischio di cricche Lo studio della struttura risultante è + complicato se sono presenti + materiali, soprattutto in mancanza di equilibrio

41 Caratteristiche del giunto Materiali diversi Le soluzioni solide non pongono grandi problemi Gli eutettici tendono ad essere fragili, ma hanno buone qualità quando le 2 fasi sono duttili I composti intermetallici sono fragili Se la differenza tra le temperature di fusione è alta si parla di brasatura

42 Caratteristiche del giunto (a) Cordone di saldatura (su una striscia di nickel laminata a freddo) prodotto da un fascio laser. (b) profilo di microdurezza attraverso il cordone. Si noti la minore durezza del cordone rispetto al metallo base.

43 Saldabilità e qualità del giunto

44 Saldabilità e qualità del giunto Low-quality weld beads, the result of incomplete fusion.

45 Saldabilità e qualità del giunto Schematic welds. illustration of various discontinuities in fusion

46 Saldabilità e qualità del giunto

47 Saldabilità e qualità del giunto Metodi x ridurre la probabilità di difetti nei giunti saldati - Preriscaldamento

48 Saldabilità e qualità del giunto Metodi x ridurre la probabilità di difetti nei giunti saldati - Preriscaldamento - Martellamento - Trattamento termico successivo ricottura di distensione

49 Saldabilità e qualità del giunto Metodi x ridurre la probabilità di difetti nei giunti saldati - Preriscaldamento - Martellamento - Trattamento termico successivo ricottura di distensione normalizzazione ricottura completa invecchiamento - Controllo di qualità

50 Saldabilità e qualità del giunto L ampiezza della zona termicamente alterata dipende dalla concentrazione di energia Saldatura al cannello ossiacetilenico: intensità del riscaldamento = 1-10 W/mm 2 Saldatura ad arco: intensità del riscaldamento = W/mm 2 Saldatura a fascio laser e a fascio elettronico: intensità del riscaldamento = W/mm 2

51 Saldatura per resistenza

52 Saldatura per resistenza (a) Sequence in resistance spot welding. (b) Cross-section of a spot weld, showing the weld nugget and the indentation of the electrode on the sheet surfaces. This is one of the most commonly used process in sheet-metal fabrication and in automotive-body assembly.

53 Saldatura per resistenza (a) Schematic illustration of an airoperated rocker-arm spot-welding machine. (b) and (c) Electrode designs for easy access into components to be welded.

54 Saldatura per resistenza (a) Schematic illustration of resistance projection welding. (b) A welded bracket. (c) and (d) Projection welding of nuts or threaded bosses and studs. (e) Resistanceprojection-welded grills.

55 Saldatura per resistenza (a) Seam-welding process in which rotating rolls act as electrodes. (b) Overlapping spots in a seam weld. (c) Roll spot welds. (d) Resistance-welded gasoline tank.

56 Saldatura per resistenza Two methods of high-frequency butt welding of tubes.

57 Saldatura per resistenza Flash butt welding

58 Saldatura per resistenza (a) Flash-welding process for end-to-end welding of solid rods or tubular parts. (b) and (c) Typical parts made by flash welding. (d) Design Guidelines for flash welding.