Figura 7. Rappresentazione 3D dei pori ottenuta dalle scansioni delle saldature in Cu / Al: traiettoria di tipo wobbling( a) e con traiettoria lineare( c). La scala cromatica sulla destra indica il volume dei difetti, espresso in mm ³
Figura 8. Rappresentazione 3D dei difetti volumetrici di forma irregolare ottenuta dalle scansioni delle saldature in Cu / Al: traiettoria di tipo wobbling( a) e con traiettoria lineare( c). La scala cromatica sulla destra indica il volume dei difetti, espresso in mm ³ fino a raggiungere il valore massimo, seguito da una graduale diminuzione della forza associata a uno spostamento elevato. Infine, la rottura dei campioni è avvenuta in corrispondenza del calo della forza durante la fase conclusiva della prova di taglio. I valori della forza massima e del relativo spostamento dipendono dalle dimensioni del cordone di saldatura nella sezione parallela alla direzione del carico applicato, nonché dall’ integrità del cordone stesso e dalla microstruttura ottenuta. È opportuno sottolineare che la rottura è avvenuta al di fuori del cordone di saldatura in tutti i campioni; ciò conferma ulteriormente la discreta qualità meccanica dei cordoni. Si osserva che la traiettoria lineare garantisce prestazioni meccaniche superiori rispetto a quella con oscillazione( wobbling), sia in termini di resistenza massima al taglio che di allungamento a rottura. Le curve forza-taglio / spostamento ottenute con la traiettoria lineare indicano un comportamento diverso rispetto a quello dei campioni saldati con oscillazione. Nello specifico, il campione saldato con traiettoria lineare mostra un rapido incremento della forza fino a un valore massimo( pari a 665 N), mentre quello saldato con wobbling mostra un iniziale rapido aumento della forza, attestandosi su valori significativamente inferiori( al di sotto dei 400 N) rispetto a quelli della traiettoria lineare, seguito da una diminuzione della forza associata a uno spostamento elevato. Le curve forza-spostamento, correlate alle caratteristiche geometriche e compositive dei cordoni, suggeriscono che la tecnica wobbling abbia favorito un allargamento del cordone – dovuto all’ oscillazione del fascio – e una minore densità di difetti; tuttavia, la rifusione del materiale durante l’ oscillazione ha generato potenziali disomogeneità microstrutturali e di composizione chimica, le quali possono tradursi in una ridotta resistenza meccanica a taglio rispetto alla saldatura lineare convenzionale. La riduzione della resistenza meccanica appare essere causata dalla formazione di intermetallici fragili, probabilmente la fase Al2Cu.
Conclusioni In questo lavoro è stato studiato il comportamento della tecnica di saldatura con oscillazione del fascio, wobbling, applicata alla giunzione dissimile Cu / Al in configurazione a sovrapposizione, utilizzando una sorgente laser blu ad alta potenza. Come termine di confronto è stata inclusa una saldatura a traiettoria lineare. I cordoni di saldatura sono stati caratterizzati in termini di forma e dimensioni mediante analisi della sezione trasversale, analisi microstrutturale / composizionale, valutazione dei difetti tramite micro-tomografia computerizzata e determinazione della resistenza meccanica dei giunti attraverso prove di taglio. Si possono concludere le seguenti considerazioni:- È stata ottenuta una giunzione dissimile di successo in un giunto a sovrapposizione Cu / Al, creando un cordone profondo e stabile, utilizzando sia percorsi lineari che oscillanti. Non si sono osservate evidenti cricche.
- L’ uso della luce laser in campo del blu ha dimostrato di garantire un’ ottimo accoppiamento con il rame in termini di assorbimento; il processo di saldatura è risultato essere stabile e senza spatter.
- I cordoni sono stati generati in una transizione tra la modalità di conduzione e quella di penetrazione profonda, a causa della distribuzione di potenza piatta e dell’ insufficiente densità di potenza per favorire la formazione di un foro di penetrazione. I valori di profondità e larghezza dei cordoni sono stati limitati e variati modificando le condizioni di processo.
- L’ analisi composizionale ha evidenziato la migrazione del rame( Cu) nella zona di alluminio( Al) rifuso in tutte le condizioni esaminate; la tecnica di wobbling ha favorito un marcato rimescolamento
tra Cu e Al. Nello specifico, la microscopia ad alta risoluzione( SEM) e le analisi EDS hanno individuato due fasi distinte all’ interfaccia del cordone tra Cu e Al, Al2Cu ed eutettico Al-Cu, entrambe caratterizzate da una morfologia dipendente dalla traiettoria di saldatura. In particolare, la presenza della fase fragile Al2Cu può compromettere l’ integrità delle interfacce.
- La micro-tomografia computerizzata ha rivelato difetti con diversi gradi di sfericità, classificati come pori sferici e difetti volumetrici. L’ impiego del wobbling ha ridotto sia il numero di difetti rilevati che la loro densità.
- Le prove di trazione a taglio su giunti a sovrapposizione hanno mostrato che la rottura di tutti i campioni saldati è avvenuta al di fuori del cordone di saldatura, ma all’ interfaccia dove si sono osservate la formazione di fasi secondarie. La traiettoria lineare ha garantito una notevole resistenza al taglio nei giunti Cu / Al; al contrario, la tecnica di wobbling ha determinato una resistenza al taglio quasi dimezzata, probabilmente a causa delle cricche e delle variazioni composizionali osservate. Si può concludere che l’ impiego di laser blu ad alta potenza conferma nuove opportunità nel settore della mobilità elettrica, e non solo, dove è richiesta la giunzione di leghe a base di rame e alluminio garantendo livelli di qualità controllabili ed elevati ritmi produttivi. In particolare, la strategia wobbling ha mostrato interessanti prospettive di sviluppo per la saldatura di rame( Cu) e alluminio( Al) mediante laser blu ad alta potenza in termini di difettosità, mentre l’ evoluzione della microstruttura del cordone richiede un più preciso controllo del ciclo termico apportato per migliorarne la risposta meccanica.
25 TECNOLOGIE LASER- novembre