Prof. Livan Fratini

Prof. Livan Fratini

SALDATURE
GIUNZIONI – FASTENING MECCANICO

Alcuni tipi di saldature

CLASSIFICAZIONE SALDATURE
AUTOGENE
Per fusione
(Gas, arco, laser)
Per pressione / resistenza elettrica
(Per punti punti, punti punti, , a a rulli rulli, rulli rulli, , per scintillio scintillio) scintillio scintillio)
ETEROGENE
Brasature

SALDATURE A GAS
MIX Acetilene e Ossigeno
• Economica
• Indipendente
Reazione primaria
Reazione secondaria
• Problemi di stoccaggio

SALDATURE A GAS
Taglio ossiacetilenico

SALDATURA CON ELETTRODI RIVESTITI

SALDATURA CON ELETTRODI RIVESTITI
La temperatura degli elettrodi: elettrodi si registrano mediamente temperature dell’ordine di 3500°K 3500
all’anodo all anodo e di 2700 2700°K al catodo: catodo l’energia energia generata dal passaggio della corrente si distribuisce
infatti in modo diseguale tra i due elettrodi ed in particolare un terzo di essa interessa il catodo e
due terzi l’anodo anodo. La temperatura anodica è pertanto superiore a quella catodica; catodica nella terminologia
tecnica si dice che il processo di saldatura avviene con polarità diretta quando il pezzo da
saldare costituisce l’anodo anodo del circuito, con polarità inversa quando invece il pezzo è il
catodo catodo.
Il Il punto di di funzionamento è all’intersezione
all intersezione tra tra la
la
caratteristica dell dell’arco arco e la caratteristica della saldatrice. saldatrice Il
tratto di caratteristica utilizzato è quello di arco
strozzato strozzato, in cui il funzionamento è stabile
Il processo può avvenire sia in corrente continua che alternata. alternata La penetrazione della saldatura
dipende dalla lunghezza dell dell’arco, arco, che, a parità di tensione di alimentazione, determina la corrente di
saldatura, e, nel caso in cui si operi in corrente continua, dalla polarità prescelta prescelta.

SALDATURE TIG (TUNGSTEN INERT GAS)

SALDATURE TIG (TUNGSTEN INERT GAS)
Generazione del calore, fenomeni ossidativi
Materiale Corrente e polarità
Accai dolci CC, polarità diretta
Acciai inox CC, polarità diretta o CA
Leghe di Alluminio CA
Leghe di Magnesio CA
Leghe di Nickel CC, polarità diretta
Ottone CA
Rame CC, polarità diretta

SALDATURE MIG/MAG – METAL INERT (ACTIVE) GAS

SALDATURE MIG/MAG – METAL INERT (ACTIVE) GAS
Sensitività dell’arco dell arco elettrico (Autoregolazione)

SALDATURE AD ARCO SOMMERSO
Tubi saldati

SALDATURE LASER
Precisione e velocità

SALDATURE LASER

SALDATURE LASER

CARATTERISTICHE DELLE SALDATURE PER FUSIONE

SALDATURE A RESISTENZA
Per punti

SALDATURE A RESISTENZA
SALDATURE PER PUNTI - FUNZIONAMENTO

SALDATURE A RESISTENZA
SALDATURE PER PUNTI - FUNZIONAMENTO
Regolazione del processo

SALDATURE A RESISTENZA
SALDATURE PER PUNTI - FUNZIONAMENTO
Esecuzione del processo

SALDATURE A RESISTENZA
SALDATURE A RULLI
Schema

CICLO TERMICO DI SALDATURA
Distorsioni
Modifica struttura
Cricche
La ZTA

Clinching
Clinching is a joining method in which sheet
metal parts are deformed locally and
connected without the use of additional
elements. The material is formed between a
punch and a die in such a way that
mechanical interlocking of the sheets
themselves occurs.
Rapidity
Cleanliness
Low noise
No heat

Clinching: process mechanics
Four different stages are developed:
positioning of the blanks between the punch and the die;
plastic deformation of the blanks;
fulfillment of the die cavity and inverse extrusion mechanics of the
material;
extraction of the the joint from the the dies.

Clinching: process mechanics
Typical applications fields are
the automotive (i.e. fuel tanks,
heat shields, airbag case, etc) ,
electromechanical (air shafts, air
cleaners etc..)
In this last years it has been
appreciate by some car
producers like Audi and Lotus.

Clinching: operating parameters
Geometrical parameters
Clinch shape
Thicker blank in the upper position
(2up config.)
Thinner blank at the top (1up
config.) would be cut and the joint
could not be obtained
Technological parameter
Oil pressure
[bar]
220 2200
240 2380
260 2520
280 2750
300 2880
Applied load
[N]
Blank-holder
Punch
Die

Clinching
Clinching
“Press Clinching”
(cylindrical punch)
“Shear Clinching”
(punch with rectangular section)
Rigid die
“Rubber like” die

Clinching
ADV
BENEFICI DELLA TECNICA
No degradation phenomena, neither post joining treatments nor pre-joining preparation
treatments are needed.
Good fatigue and corrosion resistance of the joints.
Flexibility of the process (coated blanks, large thickness range, dissimilar joints and so on).
Hybrid-joints (for instance with adhesives).
Simple fixture and large die life (about 250000 joints).
No gases.
Non-destructive techniques can be easily applied.
DIS-ADV
“Two-sides” process
Process engineering needed

Clinching

Clinching
AA6082, Steel P01, thicknesses 1-2mm

Clinching

Clinching: the electro-hydraulic fixture

Clinching: the electro-hydraulic fixture
A
B

Clinching: FE analyses results
Geometry prediction
350atm
600atm

The self-piercing riveting process (SPR)
A semi-tubular rivet is pressed by a punch into two
(or more) sheets of material that are supported by a
small die with a suitable geometry.
Load (kN)
30
20
10
0
clamping piercing
p= 7 MPa
p= 9 MPa
p=15MPa
flaring
compression
8 10 12 14 16
displacement (mm)
p= 29 MPa

The self-piercing riveting process (SPR)
The self-pierce rivet is designed to both
pierce and form a permanent fastening within
the materials being joined. Having pierced the
upper sheet of material, the rivet expands in
the lower sheet, usually without cutting it, to
form a mechanical interlock
Rapidity
Cleanliness
Low noise
No heat
Large setting forces required
Additional consumable items, and
therefore weight the joint

The self-piercing riveting process (SPR)
The engineering
The rivet geometry and material have to be optimised, in conjunction with the appropriate
die, for each application (materials to be joined, total thickness, functional requirements or
aesthetic appeal, etc.)
Traditionally, the process design procedure is based on the experience and involves trialand-error
loops. This approach is highly time and cost expensive
The activity
To study the mechanisms of joint formation
To study the mechanisms of joint failure under shear forces
To study the capability of FE modeling when used in the design phase

SPR: the fixture
Blankholder
Punch
Die
Single effect hydraulic press
(DT)
Position
transducer
(PC)
Pressure transducer
(LC)
Load cell

SPR: the tests
Load [N]
clamping
Al 6082, 3 + 3 mm, rivet RC, die DB
piercing
Punch stroke [mm]
expansion
compression
Pressure Pressure [bar]
[bar]

SPR: the tests

SALDATURE ALLO STATO SOLIDO
FSW process was developed by the Welding
Institute in 1991
FSW is a solid state welding process in which a specially
designed rotating pin is first inserted into the adjoining
edges of the sheets to be welded with a proper nuting
angle and then moved all along the joint
Some of FSW process advantage are: are
Absence of fusion with consequent absence of
Porosity
weld fumes, noise or sparks
grain growth
residual stress and distortion

SALDATURE ALLO STATO SOLIDO
Geometrical parameters
Height Height of pin
Diameter Diameter and shape of pin
Shoulder Shoulder surface
Technological parameters
Force Force superimposed on rotating tool
Rotating Rotating speed
Feed Feed rate
Nuting Nuting angle
Tool Tool sinking
AA R
V f

SALDATURE ALLO STATO SOLIDO
Some of FSW process advantage are ( (cont’d cont’d): ):
produces desirable microstructures in the weld and heat-
affected zones (dynamic dynamic recristallization
recristallization)
Low energy consumption (compared compared to the conventional fusion
welding welding)
Absence of filler needed to be added and oxidation
protection
FSW can successfully join materials that are "unweldable unweldable" by
fusion welding methods
Frictional action heating
Plastic deformation heating
No melting
Complex flow pattern
Eclipse
Eclipse
Eclipse

SALDATURE ALLO STATO SOLIDO
Courtesy of LFT Institute