Galise, Francesco (2016) Strategie di ottimizzazione di giunti in materiale composito a matrice termoplastica ottenuti mediante Induction Welding. [Tesi di dottorato]

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Un modo per migliorare l’emissione e l’efficienza degli autoveicoli è ridurne il peso, e per questo scopo si è pensato di sostituire i materiali metallici con i compositi. La rapida crescita della domanda di tali materiali ha reso necessario lo studio di metodi di produzione più economici e veloci per la produzione di strutture composite. Rispetto ai compositi termoindurenti, i compositi termoplastici riscuoto maggiore interesse da parte dell’industria automobilistica, non solo per le eccellenti proprietà meccaniche, ma anche poiché permettono di ridurre i tempi ciclo e i costi di struttura utilizzando tecnologie a basso costo, come la saldatura. La saldatura mediante induzione elettromagnetica è stata considerata come una delle tecniche di saldatura più promettenti grazie al basso consumo energetico, semplicità di funzionamento e automazione. Tuttavia, è necessaria una più profonda conoscenza di tale tipo di saldatura al fine di poterla utilizzare nell'industria Automotive, e non solo. Precedenti ricerche sulla saldatura ad induzione di materiali compositi termoplastici si sono focalizzati principalmente sulla comprensione dei meccanismi di saldatura, e sono stati utilizzati diversi metodi di prova per caratterizzare le prestazioni meccaniche dei giunti saldati. Ci sono ancora alcune lacune nelle conoscenze attuali, in modo particolare rispetto ai principali parametri, quali la potenza in ingresso, la temperatura e il tempo di riscaldo, ed infine su come la forma dell’induttore possa influenzare la qualità della saldatura. Il lavoro di ricerca è stato finalizzato ad acquisire una conoscenza più profonda della saldatura ad induzione elettromagnetica di compositi termoplastici rinforzati con fibre di carbonio, attraverso un modello di calcolo che simulasse tale processo; a tal fine è stato utilizzato un software di simulazione multifisico (JMag). Dapprima sono stati studiati ed analizzati i principi fisici alla base di tale tecnologia, con particolare attenzione alle leggi fisiche che regolamentano il magnetismo d il trasferimento di calore; analizzando inoltre i meccanismi di riscaldamento alla base dei materiali compositi a matrice termoplastica rinforzati con fibre di carbonio. E’ stata effettuata una prima campagna di simulazioni, seguita da una campagna di prove sperimentali al fine di effettuare un prima correlazione numerico-sperimentale e validare il modello matematico. Dopo tale fase di studio e di messa a punto della metodologia e dei parametri si è pensato di approcciare la nuova fase di miglioramento, con una seconda campagna di simulazioni e prove sperimentali, utilizzando il DOE ovvero il Design Of Experiments. Al fine di cogliere tutte le sfumature di un’applicazione per certi versi ancora sconosciuta, si è pensato di basare il piano di prove su n.3 fattori: il voltaggio (V), la temperatura (T) e il tempo di permanenza (t). Una volta realizzati, i giunti sono stati testati secondo norma ASTM D5868 e i risultati delle prove di carico sono stati utilizzati come risposta all'interno dell’analisi statistica effettuata, con l’aiuto di un software (Minitab), al fine di valutare l’interazione dei diversi parametri tra loro per ottenere la configurazione che fornisse la migliore risposta meccanica.

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