Le tecniche di giunzione per i compositi a matrice in lega di alluminio possono essere suddivise in processi di fusione e processi allo stato solido. Fra i processi di saldatura per fusione, i più interessanti riguardanti gli MMC a matrice in lega di alluminio sono: saldature ad arco (Gas Tungsten Arc – GTA, Gas Metal Arc – GMA), saldature a fascio laser (LB), saldature a fascio elettronico (EB) e saldature per scarica di condensatore (CD). Esistono molte problematiche associate alla saldatura per fusione degli MMC, dovute all’alta viscosità del metallo fuso sopra il punto di fusione, alle segregazioni che si verificano quando il metallo risolidifica, alle interazioni tra matrice e rinforzo e allo sviluppo di gas. L’alta viscosità tende a rendere difficoltosa l’unione tra il materiale d’apporto e il metallo base; tale inconveniente può essere alleviato usando fili di apporto di lega di alluminio ricca in Si o, se possibile, utilizzando matrici con alto tenore di silicio. Da non sottovalutare, inoltre, è la tendenza alla formazione di fasi fragili all’interfaccia matrice-rinforzo. I fenomeni di tipo segregativo, invece, possono verificarsi dopo la saldatura per fusione di MMC in matrice di alluminio rinforzati con SiC; le particelle ceramiche tendono ad essere rifiutate dal fronte di solidificazione, formando delle regioni non rinforzate. Nel caso di rinforzi in Al2O3 l’uso di fili contenenti alte quantità di Mg come materiale d’apporto può ridurre l’inconveniente. L’evoluzione di gas durante i processi di saldatura per fusione può essere un problema se i lembi da giuntare in MMC sono stati prodotti tramite metallurgia delle polveri. Infatti, se il contenuto di gas intrappolato è troppo alto, ci sarà evoluzione (specialmente per l’idrogeno), portando a rottura estesa nella zona termicamente alterata. Il problema può essere limitato mediante applicazione di tecniche di degasaggio alle polveri di partenza. Un’altra tecnica di giunzione, ampiamente utilizzata per le leghe di alluminio, è la saldatura per resistenza; in questo caso si sfrutta il passaggio di una elevata corrente elettrica tra i pezzi da unire, i quali si surriscaldano nei punti di contatto, mentre contemporaneamente viene applicata una elevata pressione per forzare assieme i punti surriscaldati. In genere l’applicabilità di questa tecnica agli MMC a matrice in lega di alluminio è piuttosto delicata in quanto il processo determina una notevole degradazione delle proprietà del giunto. Le scarse proprietà sono determinate dalla distruzione o dal cambiamento della distribuzione del rinforzo e nella formazione di fasi fragili all’interfaccia rinforzo-matrice [6]. I più diffusi processi di saldatura allo stato solido per gli MMC a matrice in lega di alluminio sono il Diffusion Bonding (DB), l’Inertia Friction Welding (IF) e la Friction Stir Welding (FSW).
Evolution of welding techniques for metal matrix composite materials
MERLIN, Mattia;
2007
Abstract
Le tecniche di giunzione per i compositi a matrice in lega di alluminio possono essere suddivise in processi di fusione e processi allo stato solido. Fra i processi di saldatura per fusione, i più interessanti riguardanti gli MMC a matrice in lega di alluminio sono: saldature ad arco (Gas Tungsten Arc – GTA, Gas Metal Arc – GMA), saldature a fascio laser (LB), saldature a fascio elettronico (EB) e saldature per scarica di condensatore (CD). Esistono molte problematiche associate alla saldatura per fusione degli MMC, dovute all’alta viscosità del metallo fuso sopra il punto di fusione, alle segregazioni che si verificano quando il metallo risolidifica, alle interazioni tra matrice e rinforzo e allo sviluppo di gas. L’alta viscosità tende a rendere difficoltosa l’unione tra il materiale d’apporto e il metallo base; tale inconveniente può essere alleviato usando fili di apporto di lega di alluminio ricca in Si o, se possibile, utilizzando matrici con alto tenore di silicio. Da non sottovalutare, inoltre, è la tendenza alla formazione di fasi fragili all’interfaccia matrice-rinforzo. I fenomeni di tipo segregativo, invece, possono verificarsi dopo la saldatura per fusione di MMC in matrice di alluminio rinforzati con SiC; le particelle ceramiche tendono ad essere rifiutate dal fronte di solidificazione, formando delle regioni non rinforzate. Nel caso di rinforzi in Al2O3 l’uso di fili contenenti alte quantità di Mg come materiale d’apporto può ridurre l’inconveniente. L’evoluzione di gas durante i processi di saldatura per fusione può essere un problema se i lembi da giuntare in MMC sono stati prodotti tramite metallurgia delle polveri. Infatti, se il contenuto di gas intrappolato è troppo alto, ci sarà evoluzione (specialmente per l’idrogeno), portando a rottura estesa nella zona termicamente alterata. Il problema può essere limitato mediante applicazione di tecniche di degasaggio alle polveri di partenza. Un’altra tecnica di giunzione, ampiamente utilizzata per le leghe di alluminio, è la saldatura per resistenza; in questo caso si sfrutta il passaggio di una elevata corrente elettrica tra i pezzi da unire, i quali si surriscaldano nei punti di contatto, mentre contemporaneamente viene applicata una elevata pressione per forzare assieme i punti surriscaldati. In genere l’applicabilità di questa tecnica agli MMC a matrice in lega di alluminio è piuttosto delicata in quanto il processo determina una notevole degradazione delle proprietà del giunto. Le scarse proprietà sono determinate dalla distruzione o dal cambiamento della distribuzione del rinforzo e nella formazione di fasi fragili all’interfaccia rinforzo-matrice [6]. I più diffusi processi di saldatura allo stato solido per gli MMC a matrice in lega di alluminio sono il Diffusion Bonding (DB), l’Inertia Friction Welding (IF) e la Friction Stir Welding (FSW).I documenti in SFERA sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
