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SALDATURA LASER DI LEGHE DI TITANIO

Le leghe di titanio, in genere, sono impiegate in diverse applicazioni, che vanno dal settore aerospaziale (dischi di turbine, pale dei compressori, elementi strutturali) alla medicina (dispositivi medici e chirurgici). In particolare, il Ti-6Al-4V è una delle leghe più utilizzate, grazie ad una eccellente combinazione di bassa densità, alta resistenza specifica e resistenza alla corrosione. Nell’ambito del progetto di ricerca si prevede di studiare le problematiche relative al processo di saldatura laser del titanio, come la criticità connessa alla protezione del giunto, la definizione dei parametri di processo e la loro influenza sulle caratteristiche morfologiche e qualitative del cordone di saldatura, con lo sviluppo di modelli di regressione per poi poter individuare le condizioni ottimali all’interno della finestra di lavoro. La parte sperimentale condotta sarà incentrata su saldature di testa senza metallo di apporto di piastrine di spessore 3 mm.Il laser utilizzato in questa attività sperimentale sarà un TRUMPF TruDisk 4002, il cui mezzo attivo è un disco di Yb: YAG con spessore di 200 m, che presenta un pompaggio a diodi. Rispetto ai tradizionali laser a CO2, il disk laser presenta una minore lunghezza d'onda, che si traduce in un keyhole più stabile ed una maggiore profondità di penetrazione. Inoltre, la combinazione del sistema di eccitazione e di raffreddamento longitudinale riduce drasticamente l'effetto “thermal lensing” e comporta una migliore qualità del fascio, a parità di potenza di altre sorgenti allo stato solido, poiché risulta minore la divergenza. Il sistema di saldatura è completato da una testa di saldatura, mossa da un robot.Nella saldatura delle leghe di titanio, la protezione del bagno fuso è molto problematica perché, rispetto ad altri materiali, il titanio ha una elevata affinità con i vapori ambientali e gas ad alte temperature, che porta a caratteristiche del cordone non accettabili con notevole infragilimento dello stesso. L’importanza di tale aspetto è sottolineato anche nella norma AWS D17.1/D17.1 M:2010, che contiene le specifiche per la saldatura per fusione per applicazioni aeronautiche. Nello svolgimento del programma di ricerca, per superare le criticità prima esposte, si utilizzerà il dispositivo per la protezione durante il processo di saldatura, caratterizzato da un diffusore laterale che eroga elio e da due dispositivi forati dai quali fuoriesce argon per la protezione della parte superiore e del rovescio del giunto nella fase di risolidificazione dello stesso.Tale apparato sviluppato all’interno del laboratorio dell’unità di Ricerca è stato brevettato (brevetto “Apparato automatizzato di saldatura laser” depositato dall’Università degli Studi di Salerno in data 10/12/2012 con numero SA2012A000016).Il sistema di protezione è completato da un ugello che fornisce aria compressa per impedire che particelle di metallo fuso raggiungano la lente di focalizzazione. In una fase iniziale di screening saranno definiti i valori ottimali per le portate dei gas, l’angolo e il posizionamento dell’ugello rispetto alle piastrine, in maniera da garantire la formazione di cordoni uniformi e lucenti.Il numero di variabili coinvolte nella saldatura laser risulta essere elevato, quindi saranno necessarie una serie di prove strutturate per la messa a punto del processo. La corretta scelta dei parametri di governo è basata sulla letteratura e sull'esperienza pregressa. Potenza del laser e velocità di saldatura sono i fattori principali che determinano l’input termico sul pezzo, per questo saranno presi in considerazione nella sperimentazione. Inoltre, una saldatura laser correttamente realizzata è legata anche alla dimensione dello spot ed alla posizione del fuoco. Pertanto, anche tale parametro sarà introdotto nel piano sperimentale.