Scienza e tecnica

Aerospazio, con la saldatura laser più qualità in minor tempo

Un aereo in volo: la saldatura laser per il settore dell'aerospazio è una tecnologia utilizzabile.
Foto di Lars_Nissen_Photoart da Pixabay
Una ricerca di Dottorato svolta da un ingegnere di Ecor International evidenzia i vantaggi che può portare questa tecnologia, rispetto alla tradizionale saldatura TIG, per le giunzioni di alcuni componenti aeronautici.

I nuovi risultati di una ricerca svolta da Ecor International sono chiari: impiegare la saldatura laser per la giunzione di superleghe di nichel, nei componenti del settore dell’Aerospazio, velocizza il processo e, al contempo, consente di ottenere giunti con una qualità superiore rispetto alla tecnica tradizionale di saldatura TIG.

È questa la conclusione della tesi “Saldatura laser con sistema wobbling di superleghe di nickel dissimili per applicazioni in campo aeronautico” svolta dall’ing. Rinaldo Rigon, Key Account Manager di Ecor International con la collaborazione, in qualità di tutor, del Prof. di Ingegneria dei Materiali Luca Lusvarghi. Si è trattato del lavoro conclusivo per il conseguimento del Dottorato di Ricerca in Ingegneria industriale e del territorio presso l’Università di Modena e Reggio Emilia.

In considerazione della componente altamente innovativa, la tesi di laurea è stata anche selezionata per il PhDay, manifestazione dedicata alla presentazione dei risultati dell’attività di ricerca svolta dai dottorandi e dalle dottorande della Scuola di Dottorato “Engineering for Economics – Economics for Engineering”.

Un momento della presentazione della tesi dell'ing. Rigon relativa alla saldatura laser per l'aerospazio.
Un momento della presentazione della tesi dell’ing. Rigon di Ecor International.

Il problema

L’obiettivo della ricerca è stato anzitutto di valutare se sarebbe stato possibile sostituire il processo di TIG, più lento e laborioso, con quello laser (Laser Beam Welding) per la produzione di componenti aerospaziali, garantendo il rispetto dei requisiti stringenti tipici di questo settore. È stato considerato il laser perché è caratterizzato da una maggiore velocità di saldatura, potendo essere automatizzata, e una migliore qualità dei giunti.

Il problema che si presentava, tuttavia, era l’elevata predisposizione alla formazione di cricche nella saldatura (difetti superficiali e volumetrici) dovuta alla maggiore densità di energia che impiega questa tecnologia. Proprio per questo motivo il laser attualmente viene impiegato in modo limitato nel settore dell’Aerospazio.

saldatura laser
Una saldatura laser.

La ricerca

Per capire la fattibilità di utilizzo della saldatura laser, l’ing. Rigon ha iniziato eseguendo una campagna preliminare di test per valutare tre impianti differenti. Questo ha portato alla selezione dell’impianto potenzialmente più performante, grazie ad alcuni test tramite controlli distruttivi, non distruttivi e analisi metallografiche su alcuni campioni saldati mediante tale tecnologia.

Nella seconda fase è stato ottimizzato il processo. In particolare, sono stati eseguiti ulteriori test sui campioni tenendo in considerazione diverse variabili dell’impianto, come la protezione del gas, il percorso di saldatura e la potenza. Questi test hanno permesso di identificare quei parametri di processo che maggiormente influenzano la comparsa di difetti e quindi il risultato finale della saldatura. Sulla scorta di queste informazioni, si è potuto elaborare la Specifica di Procedimento di Saldatura preliminare pWPS che, a seguito di ulteriori analisi, è stata approvata dal cliente e ha permesso all’azienda di affrontare con successo l’accreditamento Nadcap. Gli ultimi campioni analizzati hanno evidenziato un buon aspetto del cordone, l’assenza di difetti e una buona penetrazione della saldatura: in altri termini una qualità comparabile o superiore alla tecnologia TIG.

robot saldatura laser
La stazione robotizzata di saldatura laser che è stata scelta e ottimizzata dall’ing. Rigon.

Nell’ultima fase della ricerca è stata sviluppata l’automazione per il ciclo di produzione completo dei componenti aeronautici utilizzati come case study: qui l’obiettivo era ridurre i tempi rispetto al processo TIG. Per raggiungere lo scopo, l’impianto è stato integrato con due robot che cooperano nelle operazioni di saldatura, sistemi di visione, tasteggio, prelievo e posizionamento automatico dei componenti. Queste funzionalità integrate nella cella di saldatura sono state testate sui componenti evidenziando una riduzione del 54% del tempo ciclo di saldatura.

 

Gli sviluppi

Un lavoro elaborato e altamente innovativo, dunque, per il quale l’ing. Rigon ha espresso soddisfazione.

«Questo processo, potenzialmente, potrebbe essere esteso anche ad altre applicazioni di saldatura  -spiega l’ingegnere-. Grazie alla capacità di compensare le tolleranze dimensionali, riconoscere e prelevare determinati oggetti, potrebbe renderlo attrattivo per la produzione di altri componenti seriali nel settore aerospaziale. Ringrazio l’azienda per la possibilità che mi ha concesso di esaminare un tema complesso e ambizioso e il prof. Lusvarghi per il supporto scientifico. Ho potuto ampliare il bagaglio culturale e le conoscenze comprendendo come affrontare un programma di ricerca da un punto di vista sia accademico, che industriale. Infine, il mio ringraziamento più importante va a mia moglie Valeria e mia figlia Chiara per l’incredibile supporto.  Specialmente nell’ultimo periodo durante il quale ho redatto la tesi, hanno aspettato pazientemente e mi hanno ringraziato con il loro sorriso, giorno dopo giorno  fino al raggiungimento di questo importante traguardo».

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