La domanda dell'industria automobilistica di leghe ad alte prestazioni note come acciai avanzati ad alta resistenza (AHS) è aumentata negli ultimi anni a causa della crescente sicurezza dei passeggeri, prestazioni del veicolo e requisiti di risparmio di carburante.
Caratterizzato da una migliore formabilità e resilienza alla collisione rispetto ai gradi di acciaio convenzionali, gli acciai altoresistenziali sono stati utilizzati in punti critici di sicurezza nelle strutture delle carrozzerie per assorbire l'energia dagli impatti. Però, alcune di queste leghe ad alta resistenza tendono a diventare fragili a causa della saldatura e possono rompersi se sottoposte allo stampaggio a caldo e alla formatura richiesti da molti processi di fabbricazione.
"Questo problema rende impossibile l'utilizzo dell'acciaio AHS non solo nell'industria automobilistica ma anche in altri settori come quello aerospaziale, " ha detto Milton Sergio Fernandes de Lima, un ricercatore presso l'Istituto per gli studi avanzati del comando dell'aeronautica brasiliana (IEAv). Per affrontare questo problema, Lima ha sviluppato un metodo innovativo di saldatura laser ad alta temperatura per l'acciaio AHS appropriato per le applicazioni aerospaziali.
I risultati, ottenuto mentre Lima era visiting fellow presso la Colorado School of Mines negli Stati Uniti con il sostegno della Sao Paulo Research Foundation, sono stati ora pubblicati su www.aws.org/supplement/WJ_2017_10_s376.pdf"> Diario di saldatura .
La tecnica sviluppata da Lima consiste nel riscaldare fogli di acciaio 22MnB5, il grado AHS più promettente per lo stampaggio e la formatura a caldo, a circa 450 °C 10 minuti prima della saldatura laser per equalizzare le temperature. I fogli vengono mantenuti ad alta temperatura per altri 10 minuti dopo la saldatura per produrre una struttura bainitica. I metallurgisti hanno scoperto che la bainite, un microcostituente che si forma nell'acciaio in determinate condizioni, è il miglior candidato per produrre giunti di saldatura resistenti e affidabili. In particolare, mostra valori elevati di snervamento e resistenza alla trazione.
L'analisi ha mostrato che i fogli saldati a questa temperatura elevata contenevano bainite ed erano molto più resistenti dei fogli saldati a temperatura ambiente, che conteneva martensite, un microcostituente con resa e resistenza alla trazione inferiori rispetto alla bainite. Le prove di stress hanno inoltre dimostrato la resilienza delle lamiere saldate ad alta temperatura. "Siamo riusciti a produrre saldature resistenti direttamente nella banda bainitica senza bisogno di ulteriori trattamenti termici, " ha detto Lima.
Possibili applicazioni
Secondo Lima, la tecnica può essere facilmente applicata nella produzione per migliorare la saldatura laser di acciai ad alta e altissima resistenza. L'industria automobilistica utilizza la saldatura laser per unire pezzi grezzi in acciaio e parti strutturali stampate del corpo come pilastri, travi, rotaie, cornici, tunnel e barre in modo più rapido e affidabile rispetto alla saldatura convenzionale.
Nel settore aerospaziale, la saldatura laser è utilizzata da produttori di aeromobili come Boeing e Airbus, così come alcune piccole imprese europee, per migliorare l'affidabilità della saldatura nelle strutture per aeromobili, razzi, missili, satelliti, veicoli di rientro, antenne, sistemi di bordo e droni.
"Le strutture saldate al laser in questo settore devono essere in grado di resistere a temperature elevate e pressioni esterne, " ha detto Lima. "Da qui la necessità di livelli molto elevati di affidabilità." Sebbene gli studi siano nelle prime fasi, l'acciaio bainitico dovrebbe essere un materiale eccellente per schermare e armare a causa della sua elevata capacità di assorbire energia meccanica, Ha aggiunto.
"Molti materiali sviluppati dall'industria aerospaziale non hanno mai volato perché non soddisfano i requisiti necessariamente di alta affidabilità del settore, " ha detto Lima. "Ma i sottoprodotti di questi materiali possono avere applicazioni ed essere facilmente introdotti in altre aree, come l'industria automobilistica." Lima è attualmente impegnata in un progetto, supportato anche da FAPESP, per dimostrare la fattibilità della sua tecnica in Brasile e utilizzarla per la saldatura laser dell'acciaio Maraging, un ingrediente essenziale nei motori a razzo e missili brasiliani.
