LA RIPARAZIONE DEGLI ACCIAI ALTORESISTENZIALI

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1 LA RIPARAZIONE DEGLI ACCIAI ALTORESISTENZIALI

2 Aspetti tecnici Negli ultimi 10 anni la resistenza a trazione degli acciai strutturali è triplicata. Si parla di acciai altoresistenziali se il carico di snervamento è inferiore a 310 MPa, di ultraaltoresistenziali se arriva ad almeno 450 MPa. Gli acciai altoresistenziali hanno peso specifico paragonabile a quello degli acciai tradizionali. Le proprietà meccaniche degli acciai altoresistenziali dipendono dai silicati di fosforo e di manganese, presenti in piccole quantità, e dal bassissimo tenore di carbonio. Gli acciai HSLA (Alta resistenza microlegati) hanno grani di dimensioni ridotte, quindi alta resistenza e ottima formabilità a freddo. Gli acciai multifase hanno un rapporto formabilità/snervamento ancora migliore, poiché nella struttura di base, molto tenace, sono incorporate altre fasi d alta durezza (ad esempio gli acciai DP (Dual Phase) contengono un 5 20% di martensite dispersa in ferrite. La resistenza aumenta durante la lavorazione. Il Trip (Trasformation induced plasticity) è un acciaio con limite di snervamento superiore a 700 MPa, il quale contiene molta austenite residua che, quando intervengono deformazioni, si trasforma in martensite: otteniamo elevatissima resistenza a fatica e buona deformabilità. Gli acciai altoresistenziali col tempo subiscono un degrado delle loro caratteristiche: non è possibile stoccarli per periodi di tempo troppo lunghi. Per quanto riguarda la rigidità e la fatica, il comportamento è del tutto analogo a quello degli acciai a basso tenore di carbonio. Il mondo dell auto L utilizzo di acciai altoresistenziali da parte dei costruttori è notevolmente aumentato negli ultimi anni; oggi il problema della riparazione di lamierati realizzati in acciaio altoresistenziale è pertanto di stretta attualità. Il Cestar ha analizzato la questione concentrandosi su: Risagomatura pannelli Saldatura a punti Saldatura

3 Risagomatura pannelli Abbiamo effettuato una sperimentazione col fine di valutare la danneggiabilità e la riparabilità dei pannelli in acciaio altoresistenziale rispetto ai pannelli in acciaio tradizionale. Le prove eseguite sono state: una prova statica, per ottenere lo stesso schiacciamento: abbiamo così ricavato il tempo necessario per la riparazione a parità di deformazione permanente una prova dinamica, per determinare il comportamento dei due materiali a parità di energia assorbita. Come oggetti di prova abbiamo scelto porte simili per dimensioni, forma, profilo della superficie e posizione delle barre antiintrusione. Attrezzatura per la prova statica Attrezzatura per la prova dinamica

4 Risagomatura pannelli Prova statica Volkswagen Golf III 21 mm 6 bar 0 bar 25 mm 9 bar 0 mm

5 Risagomatura pannelli Prova statica Volkswagen Golf III Tempo di riparazione 0.30

6 Risagomatura pannelli prova statica Abbiamo applicato il carico in punti che presentassero le stesse coordinate rispetto al profilo esterno della superficie, e abbiamo scelto 5 porte tradizionali e 5 in acciaio altoresistenziale. Test Oggetto Materiale Carico (N) Deformazione sotto carico (mm) Deformazione plastica (mm) Energia assorbita (J) Danno (cm 2 ) Manodopera (h) Spessore (mm) 1 Punto 1 a Punto 2 a Tradiz ,6 2 Punto 1 a Punto 2 a Tradiz ,2 2, ,3 0,3 3 Punto 1 a Punto 2 a Tradiz , ,4 0,6 4 Golf 3 a Peugeot 307 Tradiz ,5 7,5 14,1 20, ,3 0,6 0, 5 Golf 3 a Peugeot 307 Tradiz ,3 0, Valori medi Tradiz ,5 34,5,3 7, ,46 0

7 Risagomatura pannelli prova statica Max deformazione sotto carico Acciaio tradizionale = 100 Acciaio altoresistenziale Deformazione plastica Energia assorbita Superficie danneggiata Manodopera La stessa deformazione plastica è ottenuta con carichi più elevati e maggiore deformazione elastica nel caso degli acciai altoresistenziali. Gli assorbono circa l 5% di energia in più rispetto agli acciai tradizionali. La superficie danneggiata è più ampia negli acciai altoresistenziali e il tempo di risagomatura è più elevato (circa il 55% in più). L incremento di tempo è legato in parte alla tecnica necessaria per la riparazione (punti di calore).

8 9 Risagomatura pannelli prova statica Deformazione permanente (mm) Peugeot () Golf (Tradizionale) Carico (N) Il carico necessario per ottenere una stessa deformazione permanente è molto più alto nel caso dell acciaio altoresistenziale

9 Risagomatura pannelli prova dinamica Abbiamo provato i pannelli imponendo l energia cinetica dell impattore a 50 e 125 J, e abbiamo scelto 2 porte tradizionali e 2 in acciaio altoresistenziale. Test Oggetto Materiale Deformazione plastica (mm) Energia assorbita (J) Danno (cm 2 ) Manodopera (h) Spessore (mm) 1 Fiat Punto 1 a Trad. (FePO 4 ) ,2 0,65 2 Fiat Punto 2 a (BH220) ,3 0,6 3 Fiat Marea Trad. (FePO 4 ) ,9 0, 4 Fiat Marea (DP500) ,1 Acciaio tradizionale = 100 Acciaio altoresistenziale È evidente che i pannelli in altoresistenziale hanno bisogno di molto meno spazio per assorbire l energia cinetica dell impattore; la deformazione plastica è piccola in confronto a quella del pannello in acciaio tradizionale. Ne consegue che il tempo di risagomatura di un pannello in acciaio altoresistenziale è inferiore a quello necessario per risagomare un pannello in acciaio tradizionale. Manodopera Energia: 50 Joule Energia: 125 Joule

10 Saldatura a punti Abbiamo effettuato un indagine presso alcuni Costruttori; abbiamo rilevato che nella maggior parte dei manuali le operazioni di saldatura a punti su acciai altoresistenziali sono indicate utilizzando dei simboli, senza che siano fornite altre specifiche o spiegazioni. Abbiamo inoltre rilevato che esistono tabelle e diagrammi specifici per la calibrazione delle puntatrici. Weldability lobe for (HF300) Weld time (cycles) Weld interface failure Weldability lobe Metal expulsion Welding current (KA)

11 Saldatura Una seconda indagine tra i costruttori ha evidenziato due differenti posizioni in merito alla saldatura degli acciai altoresistenziali. Saldatura MIG tradizionale Volkswagen Fiat Renault BMW MIG brazing Peugeot Opel Opel fornisce informazioni dettagliate sul MIG brazing, che è l unica tecnica di saldatura prescritta per interventi sulla Vectra. Una politica diversa è quella adottata, ad esempio, da BMW, che esclude la possibilità di MIG brazing per alcuni acciai altoresistenziali.

12 Saldatura la resistenza a fatica Abbiamo raccolto informazioni in merito alla resistenza a fatica delle saldature di acciai altoresistenziali. Possiamo affermare che: In generale non si verificano rotture a fatica in corrispondenza del cordone di saldatura; le rotture si riscontrano in prossimità del cordone, nel metallo di base. La resistenza a fatica è inferiore del 1015% circa nelle lamiere saldate rispetto alle lamiere non saldate, sia per gli acciai tradizionali sia per gli altoresistenziali. Lamiera non saldata 15% Lamiera saldata Resistenza degli acciai in generale Gli altoresistenziali microlegati costituiscono un eccezione: a causa della loro struttura la soglia di rottura a fatica di una lamiera saldata è più bassa del 40% circa rispetto alla soglia di una lamiera non saldata. Lamiera non saldata 40% Lamiera saldata Resistenza degli acciai microlegati

13 Conclusioni Risagomatura pannelli Gli hanno maggior resistenza agli impatti rispetto agli acciai tradizionali: essi infatti richiedono un energia di impatto maggiore per subire la medesima deformazione plastica. A parità di deformazione plastica il tempo richiesto per la risagomatura di un pannello è più alto (circa del 50%) Saldatura a punti Le Case automobilistiche non forniscono specifiche in merito alle saldatrici da utilizzare In letteratura sono disponibili diagrammi di saldabilità e tavole specifiche per la taratura delle saldatrici Saldatura Alcune Case automobilistiche preferiscono il MIG brazing, altre la saldatura MIG tradizionale Per quanto riguarda la rottura a fatica, non c è sensibile differenza tra la resistenza a fatica di lamiere saldate e non saldate; gli acciai microlegati costituiscono un eccezione, dal momento che la loro prestazione cala di circa il 40%.