La saldatura ad arco e la produzione additiva sono estremamente importanti per la creazione di componenti metallici di grandi dimensioni in modo relativamente economico e rapido.

Una nuova ricerca condotta dal professor Hongbiao Dong del Dipartimento di Ingegneria dell'Università di Leicester ha mostrato come ottimizzare questo processo per migliorare l'efficienza ei costi.

La ricerca, che era una collaborazione tra l'Università di Leicester, Università di tecnologia di Delft, Sorgente luminosa del diamante, University College Dublin e TATA Steel Research UK è stato recentemente pubblicato in Comunicazioni sulla natura .

Esplora il comportamento del flusso interno nella produzione additiva di metalli e nella saldatura ad arco, il processo di saldatura più utilizzato nella produzione moderna.

Il lavoro si è concentrato sull'esame dei pool di fusione che si creano durante il processo di saldatura.

Per fare questo, il team ha inserito piccole particelle di tungsteno e tantalio nel pool di fusione. A causa dei loro alti punti di fusione, le particelle sono rimaste solide nella pozza di fusione abbastanza a lungo da poter essere tracciate utilizzando intensi fasci di raggi X.

I raggi X sono stati generati utilizzando l'acceleratore di particelle di sincrotrone di Diamond Light Source, che è la struttura nazionale del Regno Unito per la luce di sincrotrone. Beamline I12 è stato selezionato per questa ricerca grazie alla sua alta energia specializzata, capacità di imaging ad alta velocità a migliaia di fotogrammi al secondo.

Utilizzando la linea di fascio I12, i ricercatori sono stati in grado di creare filmati ad alta velocità che mostrano come la tensione superficiale influenzi la forma del bagno fuso di saldatura e la velocità associata e i modelli di flusso. I risultati hanno mostrato, per la prima volta, che il comportamento del flusso del fuso è simile a quello precedentemente visto solo tramite simulazioni al computer.

I risultati hanno rivelato che la saldatura ad arco può essere ottimizzata controllando il flusso del bagno di fusione e modificando gli elementi attivi associati sulla superficie.

Il professor Dong ha dichiarato:"Capire cosa succede al liquido nei pool di fusione durante la saldatura e la produzione additiva a base di metalli rimane una sfida. I risultati ci aiuteranno a progettare e ottimizzare i processi di saldatura e produzione additiva per realizzare componenti con proprietà migliorate a un costo ridotto. .

"La saldatura è il modo più economico ed efficace per unire i metalli in modo permanente, ed è una componente vitale della nostra economia manifatturiera".

Dottor Thomas Connolley, Principal Beamline Scientist per I12 presso Diamond Light Source ha commentato:"Il team I12 è stato strettamente coinvolto nell'esperimento. La linea di luce è stata progettata pensando a questi impegnativi esperimenti in situ e sono molto felice che abbiamo aiutato a far progredire la comprensione della produzione additiva e saldatura, data la loro importanza tecnologica."

Si stima che oltre il 50% dei prodotti nazionali e di ingegneria globale contenga giunti saldati. In Europa, l'industria della saldatura ha tradizionalmente sostenuto un insieme diversificato di aziende nella costruzione navale, tubatura, settore automobilistico, aerospaziale, settore della difesa e dell'edilizia. I ricavi dei mercati delle apparecchiature di saldatura e dei materiali di consumo hanno raggiunto i 3,5 miliardi di euro in Europa nel 2017.

I risultati aiuteranno nella futura progettazione e ottimizzazione del processo di saldatura e produzione additiva, e avrà un impatto importante e di vasta portata.