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    La tecnologia di giunzione ottimizzata sta aprendo le porte all'uso sicuro dell'idrogeno nell'industria aeronautica

    Con saldatura a impulsi magnetici, la pressione magnetica di una bobina dell'utensile garantisce una collisione ad alta velocità e la formazione di un giunto allo stato solido di diversi millimetri di larghezza, così come elevata stabilità e tenuta stagna, anche in condizioni di applicazione estreme. Credito:ronaldbonss.com

    Il volo ecologico è all'orizzonte. Tutto il mondo, i ricercatori stanno sviluppando nuove tecnologie per raggiungere questo obiettivo. Un punto focale degli sviluppi è l'idea di utilizzare motori alimentati a idrogeno per gli aerei in futuro. Le compagnie aeree, anche se, affrontare la sfida di immagazzinare questa fonte di energia. L'idrogeno diventa liquido quando viene raffreddato a meno 253 gradi Celsius, e solo allora può essere utilizzato come cosiddetto combustibile criogenico. Sia i serbatoi che i sistemi di tubazioni nell'aeromobile devono essere assolutamente a tenuta a temperature così basse. Per aiutare è stato sviluppato un nuovo processo di saldatura innovativo:la saldatura a impulsi magnetici. I ricercatori dell'Istituto Fraunhofer per la tecnologia dei materiali e delle travi IWS di Dresda hanno ora dimostrato che questa tecnologia di giunzione può produrre materiali estremamente resistenti, giunti misti metallici per applicazioni criogeniche. Hanno raggiunto con successo queste eccezionali proprietà congiunte in collaborazione con l'Università tecnica di Monaco.

    Gli scienziati del Fraunhofer IWS hanno fornito alla sorgente di neutroni di ricerca Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) presso l'Università tecnica di Monaco di Baviera un componente speciale in rame, acciaio e alluminio di alta qualità per i suoi criostati, sistemi di raffreddamento in grado di mantenere temperature estremamente basse. Fino ad ora, questo assemblaggio doveva essere prodotto da un processo complesso che coinvolgeva più giunzioni saldate a raggio laser, elementi di giunzione aggiuntivi e un cordone di saldatura brasato o a fascio di elettroni. "Ma poi ci sono stati problemi di stabilità e tenuta, " spiega il dottor Markus Wagner, Group Manager Design and Special Processs presso il Fraunhofer Fraunhofer Institute for Material and Beam Technology IWS. Il metodo a impulsi magnetici crea giunti più stretti in pochi microsecondi. Questi giunti funzionano in modo affidabile sia a temperature molto basse, fino a meno 270 gradi Celsius, sia ovunque prevalgano differenze di temperatura estreme. sovrapposizioni, che forniscono ancora più stabilità, vengono creati anche in corrispondenza delle articolazioni.

    Le tecnologie precedentemente applicate dai ricercatori dell'Università tecnica di Monaco di Baviera fanno parte del gruppo dei processi di saldatura per fusione. I metalli vengono fusi per creare un giunto tra loro. Però, questi metodi si basano su metalli che hanno punti di fusione simili. Questa è la temperatura alla quale una sostanza inizia a fondersi. Come il dottor Jürgen Peters, Il capo del Sample Environment presso la fonte di neutroni di ricerca Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) dell'Università tecnica di Monaco di Baviera spiega:"Il problema si presenta quando proviamo a creare giunzioni tra metalli che hanno temperature di fusione molto diverse o diventano estremamente fragili se mescolati insieme —alluminio con rame o acciaio di alta qualità, Per esempio. I campioni saldati con il metodo a impulsi magnetici forniti dai nostri partner di Fraunhofer IWS hanno superato i test di tenuta."

    Veloce, unione conveniente

    Gli scienziati di Dresda stanno studiando da diversi anni un nuovo processo. I materiali non devono essere fusi. "La saldatura a impulsi magnetici non si basa su un elevato apporto di calore. Il processo si basa principalmente su un'elevata pressione tra i partner di giunzione, " spiega Jörg Bellmann, esperto di saldatura a impulsi magnetici nel gruppo di Markus Wagner. Quando il processo inizia, c'è una distanza da uno a un millimetro e mezzo tra i partner che si uniscono. Un campo magnetico fa accelerare uno dei due partner. Nel resto del processo, i metalli si scontrano con un lampo luminoso ad alta velocità, da 200 a 300 metri al secondo. Viene quindi generata un'alta pressione sulla superficie di giunzione che alla fine salda insieme i due metalli. Un sistema di misura, sviluppato allo stesso modo presso Fraunhofer IWS, garantisce in tutto questo il corretto posizionamento dei componenti, collidono ad angolo retto e che l'intero processo consuma la minor quantità possibile di energia.

    Il processo ottiene ottimi risultati con l'idrogeno liquido

    Il grande vantaggio della saldatura a impulsi magnetici:può unire combinazioni di metalli che, fino ad ora sono stati impossibili o difficili da saldare insieme, particolarmente importanti quando si tratta di applicazioni con idrogeno liquido. Materiali con scarsa conducibilità termica, acciaio di alta qualità per esempio, devono essere uniti a materiali da costruzione leggeri come l'alluminio. Il nuovo processo ora lo rende possibile. "La temperatura diventa veramente calda solo sulla superficie di confine stessa, " riferisce Wagner. Si dice che il processo sia veloce ed economico ed è in grado di produrre giunti di qualità costantemente elevata. "Possiamo utilizzare questo metodo anche per combinare componenti a pareti estremamente sottili, " aggiunge Bellmann. Ciò è reso possibile dall'introduzione di speciali elementi di supporto che possono essere nuovamente rimossi al termine del processo.

    E il nuovo processo ha del potenziale per qualcosa di più della semplice costruzione di aeromobili. La sua buona conduttività elettrica nelle zone di giunzione lo rende anche una proposta interessante per il settore dell'elettromobilità e per i processi nell'industria manifatturiera elettronica. "Questa tecnologia di saldatura creerà anche nuove possibilità per i viaggi nello spazio, "dice Bellmann.


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