Modellazione per creare giunti saldati all'avanguardia
La saldatura a frizione e rimescolamento (Friction-stir welding - FSW) è un processo a stato solido relativamente nuovo: "stato solido" perché unisce due componenti metallici senza fonderli. I componenti vengono riscaldati e ammorbiditi usando l'attrito creato da una parte cilindrica rotante che passa sul giunto tra due pezzi di metallo bloccato. Le parti vengono poi fuse insieme usando la pressione, è come stringere insieme due pezzi di argilla. La FSW viene considerata uno dei più importanti sviluppi recenti nell'unione del metallo e produce saldature ad alta resistenza e resistenti alla frattura, in particolare in metalli morbidi come alluminio e le relative leghe. È stata infatti adottata dalla NASA (National Air and Space Administration) per il progetto External Tank dello Space Shuttle. Oltre ai vantaggi meccanici e di prezzo, la FSW è un processo particolarmente ecocompatibile: consuma meno energia rispetto ai metodi convenzionali e usa materiali e tecniche rispettosi dell'ambiente. Il processo FSW produce caratteristiche microstrutturali molti insolite e diverse zone microstrutturali. Una comprensione dettagliata del processo FSW è ancora indietro rispetto alla sua reale implementazione e uno strumento di design virtuale sarebbe molto utile per i settori di progettazione e produzione. I ricercatori europei avevano l'obiettivo di sviluppare uno strumento software per la simulazione del processo FSW con i finanziamenti del progetto Deepweld ("Detailed multi-physics modelling of friction stir welding"). Puntavano in particolare a includere scale multiple, dalla modellazione in microscala a quella in macroscala, e a ottenere previsioni precise dei comportamenti dei componenti, delle proprietà di saldatura e dei carichi dello strumento. Gli scienziati di Deepweld hanno sviluppato con successo uno strumento di simulazione numerica multiscala di multifisica per il processo FSW. Lo strumento ha integrato un nuovo risolutore del flusso del materiale a scala inferiore con i moduli ad elementi finiti disponibili a livello industriale per modellare tutte le fasi del processo FSW. I ricercatori hanno integrato nuovi moduli metallurgici in questo strumento termomeccanico su scala ridotta per rappresentare le modifiche microstrutturali durante il mescolamento e il raffreddamento del metallo. Il risolutore Deepweld è stato applicato a componenti aeronautici reali. Ha calcolato con precisione le proprietà macroscopiche dei giunti, quali tensione residua e deformazione, come convalidato negli esperimenti con pannelli saldati. Il software di simulazione FSW Deepweld offre uno strumento importante a progettisti e produttori di componenti di metallo. Potrebbe ridurre notevolmente il tempo e i costi legati alla progettazione e alla produzione del prodotto, potenziando affidabilità e qualità dei prodotti finiti.
