Nuove tecnologie per la saldatura delle strutture degli aeromobili
Per decenni, l’industria aerospaziale ha sfruttato la rivettatura allo scopo di unire i metalli per la produzione delle strutture relative agli aeromobili, fusoliera e ali comprese. La rivettatura, simile ai bottoni di una camicia, richiede una sostanziale sovrapposizione dei materiali oltre ai rivetti stessi, entrambi causa di aumento del carico. Al fine di ridurre l’impatto globale dell’aviazione, l’UE ha finanziato il progetto LIGHTWELD (Development of welding technologies for light alloys aircraft structures). Gli sforzi si sono concentrati sullo sviluppo di tecnologie di saldatura innovative per le leghe Al-Li (alluminio-litio) e Mg (magnesio), tra cui la saldatura laser (LBW), la saldatura FSSW (Friction Stir Spot Welding) e la saldatura a punti a resistenza. Tali tecniche si basano rispettivamente sul riscaldamento a laser, mediante frizione e mediante resistenza elettrica, allo scopo di ammorbidire i materiali e facilitarne l’adesione. Utilizzando diverse combinazioni di materiali, i ricercatori hanno testato queste tre tecnologie di saldatura su un modello dimostrativo di un pannello strutturale di un velivolo reale con telaio e traversa. I parametri del processo sono stati ottimizzati per tutti i casi per assicurare giunzioni simili a quelle rivettate di riferimento. Per unire gli intercostali metallici al rivestimento esterno tramite saldatura FSSW, i ricercatori hanno utilizzato un braccio robotico dotato di un mandrino con un sistema di bloccaggio giga flessibile e supporti FSSW. Per la saldatura laser, il team ha utilizzato una testa di lavorazione laser guidata da una fibra ottica, un alimentatore di filo e un sistema di alimentazione a gas montato su un braccio robotico. Giunture di diversi componenti Al-Li e Mg prodotte dalle saldature a laser e FSSW hanno dimostrato un peso ridotto del 10 % grazie alla rimozione di rivetti, alla riduzione del materiale di sovrapposizione delle giunture e alla densità minore delle leghe. I ricercatori hanno usato una nuova tecnica di ispezione, chiamato termografia attiva, che analizza la risposta termica dei campioni saldati ad una sorgente calda o fredda. I risultati hanno dimostrato assenza di porosità o difetti del campione ottimizzato. Il team ha anche condotto diversi tipi di test per valutare la resistenza a fatica e corrosione. Migliori tecnologie di saldatura per leghe leggere avanzate promuoveranno la competitività dei produttori di aeromobili e apriranno nuovi mercati per questi convenienti metodi di giunzione dei metalli. La diminuzione del peso del velivolo garantirà una migliore posizione degli operatori aerei e comporterà una riduzione dell’impatto ambientale del volo. Nel complesso, l’impatto socioeconomico dei risultati relativi al progetto LIGHTWELD sarà significativo.
Parole chiave
Saldatura, strutture di aeromobili, leghe leggere, LIGHTWELD, saldatura laser, saldatura Friction Stir Spot Welding
