Il processo di saldatura di FSW permette di realizzare una saldatura tra due parti senza arrivare a fusione. L’ottimizzazione dei parametri di processo permette di controllare le proprietà meccaniche finali della saldatura. Inoltre il processo di FSW è a basso impatto energetico rispetto alle tecnologie tradizionali. I materiali impiegati sono acciai inossidabili, leghe di Alluminio, leghe di Magnesio, leghe di Titanio. La FSP permette invece di modificare le proprietà superficiali del componente o di eliminare porosità superficiali. Fondamentali sono le modificazioni microstrutturali indotte dal processo, quali ricristallizzazione, precipitazione o dissoluzione di fasi. Sito web del progetto: npfp.it Presentazioni e video: cerr.eu/what-s-going-on/357-materiali-dei-seminari-disponibili-online

1. Friction Stir Welding (FSW) and Friction Stir Processing (FSP)
Prof. Emanuela Cerri
Centro SITEIA.PARMA - Università di Parma
Forli, 4 ottobre 2017

2. Rappresentazione schematica della FSW - FSP

3. Rappresentazione schematica della FSW - FSP

4. Rappresentazione schematica della FSW - FSP

5. Rappresentazione schematica della FSW - FSP

6. Vantaggi della FSW - FSP

8. NPFP 8

9. NPFP 9
applicazioni

11. θ
vav
ωADVANCING
SIDE
RETREATING
SIDE
spalla pin
ω, [rpm] velocità di rotazione
vav , [mm/min] velocità di avanzamento
Θ, angolo di inclinazione

12. Configurazioni di giunti per la FSW

13. NPFP 13

14. NPFP 14
Materiale base Cordone
HAZ = ZONA TERMICAMENTE
ALTERATA
TMZA = ZONA
TERMOMECCANICAMENTE
ALTERATA

15. Rappresentazione schematica della FSW - FSP
A) Base material (BM)
B) Heat-affected zone (HAZ)
C) Thermo-mechanically affected zone (TMAZ)
D) Nugget zone (SZ)
• Microstruttura molto fine
• Aumento delle proprietà meccaniche
• Superplasticità

16. NPFP 16
Materiali saldabili FSW
Leghe di alluminio
Leghe di magnesio
Acciaio inox (aisi 304, 304L, 316) e acciai al carbonio
Titanio ( CP Ti, Ti-6Al-4V, and Ti-15V-3Al-3Cr-3Sn)
Cu e leghe di rame
Inconel e superleghe
Mix di queste leghe

17. Effetti della Friction Stir Processing FSP sulla microstruttura [R.S. Mishra, Scripta Mater. 58(2008) 325-326]

18. 6082 T6 rolled plates, 8 mm thick*
-60 -40 -20 0 20 40 60
60
70
80
90
100
110
120
Retreating side
Advancing side
HV
distance from the nugget center, mm
1500 rpm, 600 mm/min 1500 rpm, 500 mm/min
1500 rpm, 400 mm/min 1500 rpm, 300 mm/min
*E. Cerri, P. Leo, J. Mat. Proc. Techn. 213 (2013) 75– 83.
Esempio lega 6082T6

19. 2024-2024T3 0,8 mm
(T3: tempra+incrudimento+invecchiamento naturale)
E. Cerri, P. Leo, Materials and Design 31 (2010) 1392-1402.
E. Cerri, P. Leo, X. Wang and D. Embury, Met. Mat. Trans. A, Vol42 (2011) 1283-1295.
and 6082-6082T6 0,8 mm
(T6: tempra+invecchiamento artificiale)

20. E. Cerri, P. Leo, Materials and Design 31 (2010) 1392-1402.
E. Cerri, P. Leo, X. Wang and D. Embury, Met. Mat. Trans. A, Vol42 (2011) 1283-1295.
6082-6082T6 0,8 mm
(T6: tempra+invecchiamento artificiale)

21. Al-12%Si, 1250 rpm- 65 mm/min, two passes

22. 7075 - condizione di soluzione solida sovrassatura, 1200 rpm-50mm/min
Aumento di HV del 30% Ulteriore incremento con
invecchiamento

23. FSW su acciaio inox AISI 304
Nuovi paradigmi per la
progettazione, costruzione e
funzionamento di macchine
e impianti per l’industria
alimentare
Centro SITEIA.PARMA
Università di Parma
Beneficiari (ATS)
Aziende (Accordo di partenariato)

24. NPFP 24
Tunnel FLR: friction stir welding (FSW)
FSW eseguita su acciaio AISI 304
SPECIFICHE UTILIZZATE:
Geometria: testa-testa
Spessore lastra: 2mm
Velocità di rotazione mandrino: 2000 rpm
Velocità di passata: 50 mm/min

25. • Il processo è efficace su tutto lo spessore
Materiale base Zona del nugget

26. 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
100
150
200
250
300
350
400
Retreating side
Top
Middle
Bottom
Microhardess(HV)
Position (mm)
Advancing side

27. Test di trazione:
zona FSW al centro del tratto utile
RT, 1mm/min
Provini dimensionati secondo normativa
ASTM E8-08
Carico a rottura >600 MPa (500-700 MPa[1])
Allungamento del 30-40% (45%[1])
[1] http://www.gruppoinox.it/it/utilita/acciai/304

28. 0 10 20 30 40 50 60 70
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
Stress(MPa)
Strain (%)
nugget
FSP/BM
BM
nugget
FSP/BM
Test di trazione su provini estratti localmente
Lamiera base
Zona coincidente al cordone

29. Frattura tipicamente duttile avvenuta sul confine tra HAZ e TMAZ

30. Resistenza ad attacchi chimici (acidi o basi) in ambito alimentare
simulata per un tempo equivalente di 20 anni*
Simulazione in bagno termostatato a 40°C con:
 2% acido H3PO4 ( disincrostante acido) per 750 h
 4% NaOH (pulitore alcalino) per 1050 h
 1800 ppm di acido iperacetico (sanificante) per 650 h
*eseguite in Sidel –Parma

31. NPFP 31
Tunnel FLR: friction stir welding (FSW)
Test corrosione

32. Status of samples after 750 h
Alkaline solution:
• 100% of total contact time
• No chemical attack on welded zone, no modification in the material
• No remarks also on back side of welded zone
FRONT BACK
750 h = 100%

33. Acid solution (H3PO4):
• 100% of total contact time
• No chemical attack on welded zone, no modification in the material
• No remarks also on back side of welded zone
Status of samples after 1050 h
FRONT BACK
1050 h = 100%

34. Status of samples after 650 h
FRONT BACK
TENSILE
TESTED ε = 25%
650 h = 100%
Sanitization solution:
• 100% of total contact time
• No chemical attack on the welded zone, no modification in the material

35. NPFP 35
Azioni in atto
Ulteriori giunti FSW con differenti geometrie che simulano giunti
presenti in macchine riempitrici
Studio di fattibilità sulla introduzione della FSW in stabilimento
emanuela.cerri@unipr.it

36. NPFP 36
Grazie per l’attenzione !
www.npfp.it
emanuela.cerri@unipr.it