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PROCEDIMENTO DI SALDATURA LASER
DISCO/CERCHIO SVILUPPATO DA MUSSINO

Esperienza maturata nel settore automotive

La ventennale esperienza maturata da Mussino nella realizzazione di macchinari e attrezzature speciali nel settore automotive ha permesso l’acquisizione di un know-how specifico nel processo di fabbricazione dei cerchi delle ruote per autoveicoli.

L’analisi dell’attuale processo di saldatura ad arco ha evidenziato la presenza di significativi inconvenienti nella fase della saldatura tra disco e cerchio (ad es. utilizzo e controllo in tempo reale di piú torce in contemporanea, spruzzi di saldatura, significative fermate tecniche di processo per manutenzione, etc.).

L’esperienza precedentemente maturata nell’ambito della tecnologia laser, con la progettazione e realizzazione di due impianti automatici atti al taglio e alla saldatura di componenti per sistemi di scarico gas auto, ha portato l’azienda a sviluppare l’utilizzo di tale tecnologia anche nel processo di saldatura delle ruote.


La tecnologia laser nella saldatura disco/cerchio

Da alcuni anni sono stati effettuati degli studi e dei test per l’applicazione della tecnologia laser nella saldatura tra disco e cerchio, anche in funzione dei noti vantaggi che tale tecnologia presenta:

  • saldatura piú omogenea data dall’uniformitá del materiale (non vi é materiale di apporto);
  • controllo dei parametri di saldatura continuo e in tempo reale;
  • assenza di deformazioni termiche;
  • assenza significativa di spruzzi di saldatura;
  • significativa riduzione delle fermate tecniche di processo per pulizia e manutenzione;
  • emissione fumi notevolmente ridotta e zona di lavoro pulita.

Tali studi prevedono il posizionamento del fascio laser sul giunto a saldare in modo radiale dall’esterno (fig. 1). Questo metodo presenta peró alcuni inconvenienti, tra i quali la necessitá di impiegare una o piú sorgenti laser di elevata potenza per poter fondere un notevole spessore di lamiera, e la possibile presenza di porositá dovute ad un elevato sviluppo di vapori di olio tra le pareti dei due elementi.


Saldatura con focalizzazione del fascio laser in senso radiale al giunto

Fig. 1) Saldatura con focalizzazione del fascio
laser in senso radiale al giunto (saldatura sovrapposta)

Saldatura con focalizzazione del fascio laser nella zona di contatto tra disco e cerchio

Fig. 2) Saldatura con focalizzazione del fascio
Ulaser nella zona di contatto tra disco e cerchio (saldatura di riempimento)

Il procedimento di Mussino

Il procedimento sviluppato da Mussino prevede invece la focalizzazione del fascio laser nella zona di contatto tra il disco e il cerchio (vedi fig. 2), ottenendo in tal modo una saldatura di riempimento tramite la fusione dei due elementi, con porositá pressoché nulle. L’utilizzo di appositi dispositivi brevettati garantisce il perfetto accoppiamento delle parti durante la saldatura. E’ previsto inoltre l’impiego di una sola sorgente laser.

Al fine di validare il processo la ditta Mussino ha realizzato una macchina (vedi fig. 3), attualmente in fase prototipale e pertanto priva di tutti gli automatismi inerenti il posizionamento della ruota, il bloccaggio della stessa e il centraggio del tratto a saldare. Si evidenzia tuttavia che tutte le movimentazioni inerenti alla testa a saldare, l'esecuzione della saldatura e relativa impostazione e controllo della velocitá sono state realizzate con un sistema automatizzato, al fine di rendere il processo affidabile e veritiero.


Prototipo di macchina per saldatura laser disco/cerchio

Fig. 3) Prototipo di macchina per saldatura laser disco/cerchio

Sono state effettuate delle saldature su ruote di diverso diametro (dai 14" ai 16").
Il controllo micrografico ha evidenziato una perfetta fusione dei lembi a saldare e l’assenza di porositá significative (fig. 4).


Micrografia del giunto saldato

Fig. 4) Micrografia del giunto saldato

La prova a trazione ha evidenziato una resistenza del giunto pari o superiore a quella del materiale base, mentre le prove a fatica hanno soddisfatto gli standard qualitativi previsti dai capitolati.

VANTAGGI DELLA SALDATURA LASER DISCO/CERCHIO

I vantaggi della tecnologia laser sono noti. Relativamente al processo di saldatura laser disco/cerchio da noi sviluppato i vantaggi si possono suddividere in due categorie:

VANTAGGI DI PRODOTTO

  1. Saldatura piú omogenea perché autogena (non vi é materiale d'apporto)
  2. Migliore utilizzo del materiale nel giunto: nella ns. tipologia di saldatura laser il materiale é sottoposto a taglio puro, mentre nella saldatura ad arco il materiale della giunzione é sottoposto a sollecitazioni complesse di taglio e flessione
  3. Assenza di deformazioni termiche essendo l'apporto termico inferiore a 1/10 rispetto al caso di saldatura ad arco
  4. Nessun filo residuo incollato
  5. Nessun ingombro nella zona del freno.

VANTAGGI DI PROCESSO

  1. Procedimento di saldatura maggiormente controllabile perché i parametri impostati sono facilmente verificabili, in particolare il controllo dell'emissione del fascio laser é continuo ed in tempo reale
  2. Possibilitá di controllo in tempo reale della posizione di saldatura
  3. Assenza significativa di proiezione di spruzzi fusi, come invece avviene nella saldatura ad arco, rendendo l'operazione di spazzolatura non piú necessaria
  4. Nessuna fermata tecnica di processo. Nella saldatura ad arco la fermata per la pulizia degli ugelli e la sostituzione degli stessi, nonché la pulizia della macchina, abbassano significativamente l'efficienza della stessa. Nel caso di saldatura laser la manutenzione é settimanale e non incide sull'efficienza della macchina
  5. La zona di lavoro é pulita
  6. L'emissione di fumi é trascurabile rispetto all'attuale sistema, e consente di ridurre la potenza di aspirazione a 1/10
  7. Possibilitá di utilizzo di tailored blanks.

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