Presentazione della Rete TISMA - Laboratorio di TECNICHE

INNOVATIVE PER LA SALDATURA DI MATERIALI AVANZATICod. Id. Progetto 21

Coordinatore scientifico

Prof. Ing. Antonio D. Ludovico (Politecnico di Bari)

Le unità di ricerca

Unità di ricerca Responsabile

UR 1 Prof. Ing. Giuseppe Casalino (Politecnico di Bari)

UR 2 Prof. Ing. Caterina Casavola (Politecnico di Bari)

UR 3 Prof. Ing. Francesco W. Panella (Università del Salento)

Obiettivi della Rete• Studio della saldabilità dei materiali industriali avanzati mediante il

miglioramento di tecnologie di saldatura note, la concezione e sviluppodi nuove tecniche e le procedure e tecniche di controllo e collaudo perla caratterizzazione della qualità dei prodotti saldati.

• Consulenza alle piccole e medie imprese del territorio che hannobisogno di affrontare e risolvere problemi di giunzione nelle loroproduzioni. Il trasferimento tecnologico verso queste imprese puòessere sia di carattere tecnico, come nel caso della scelta dellatecnologia migliore, dei parametri di processo, dei materiali, checommerciale, legato alla conoscenza dei costi di acquisto, gestione emanutenzione delle macchine.

Settori di impatto

Nuovi materiali e nuove tecnologie per i sistemi produttivi

Meccanica avanzata

Aerospazio

Domanda di innovazione del sistema produttivo

• Individuazione di materiali avanzati, capaci di prestazioni migliori rispetto a quelli tradizionali, per l’innovazione di prodotti già in commercio

• Riduzione dei costi e dei tempi di produzione

• Studio di processi innovativi ed automatizzati per la giunzione di materiali dissimili e difficilmente saldabili

Offerta tecnologica della Rete

• Studio, caratterizzazione edottimizzazione dei processi disaldatura laser, arco, FrictionStir Welding, saldatura ibridalaser-arco, saldatura ibridalaser-Friction Stir Welding

• Modellazione numericatramite metodo agli elementifiniti (FEM) o tecniche diintelligenza artificiale delprocesso di saldatura

Le attività svolte al 31/12/2013Progetto 1. INNOVHEAD - Tecnologie innovative perriduzione emissioni, consumi e costi operativi dimotori Heavy Duty - Cod.PON02_00576_3333604 durata 36 mesi (2012-2015)

Risultati raggiunti: Stato dell’arte dei processi di sinterizzazione laser, deposizione laser,microlavorazioni laser dei materiali per applicazioni motoristiche

Ricadute industriali • Materiali e lavorazioni innovative per attuatori meccatronici eloro ottimizzazione

• Progettazione mediante tecniche sperimentali• Verifica dimensionale del componente tramite macchina CMM e

tecniche ottiche interferometriche ad alta risoluzione (UR1EMILIA)

• Valutazione delle prestazioni meccaniche dei materiali: Test didurata (a caldo ed in ambiente corrosivo) e Stress Residui (sucomponenti sinterizzati e rivestiti) (UR2 TISMA+UR1 EMILIA)

Altri risultati • Rafforzamento e valorizzazione dell'intera filiera della ricerca edelle reti di cooperazione tra il sistema della ricerca e leimprese, per contribuire alla competitività e alla crescitaeconomica;

• Innalzamento del livello delle competenze e delle conoscenzescientifiche e tecniche nel sistema produttivo e nelle Istituzioni;

• Ricadute in campo ambientale e dei trasporti.

Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto

Distretto MEDIS S.c.a.r.l. (Centro Ricerche Fiat, MERMEC)

Collaborazione diretta per redazione progetto

Alta

Saldatura laser-TIG laminato-SLM in AISI 316L

Macrografia di una sezione trasversale di un giunto saldato

Deposizione laser di materiale composito Ni-WC/Co/Cr

Setup saldatura LASER-TIG

Diffrattometro a raggi X

Sistema Prism per misure di tensioni residue

Le attività svolte al 31/12/2013Progetto 2. ELIOS - Strutture di nuova concezione saldate

con laser in fibra - Cod. PON01_01269 - durata36 mesi (2012-2015)

Risultati raggiunti: Stato dell’arte sulla simulazione agli elementi finiti (FEM) del processo di saldatura laser per keyhole

Ricadute industriali • Sviluppo di processi innovativi di fabbricazione di componenti complessi in titanio di nuova concezione per l’industria aeronautica, utilizzando la tecnologia Laser Beam Welding(LBW)

• Abbattimento significativo degli sfridi di lavorazione a finire (riduzione del rapporto buy-to-fly).

Altri risultati • Valutazione della saldabilità LBW delle leghe di titanio• Modellazione del processo LBW e del comportamento

meccanico del giunto• Definizione della metodologia di caratterizzazione dei giunti

ottenuti con LBW (UR1 EMILIA)

Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto

CONSORZIO CALEF (Alenia Aeronautica SpA, RTM SpA, LASIT SpA, Boeing Operations International Inc, APR Srl, )

Collaborazione diretta Alta

Centro Sviluppo Materiali Collaborazione indiretta Bassa

Setup saldatura laser titanio

Modellazione sorgente laser

Macrografia di un giunto in lega di titanio saldato laser

Simulazione saldatura laser

Diffrattometro a raggi X

Misura termografica

Le attività svolte al 31/12/2013Progetto 3. TEMA (TEcnologie Produttive e Manutentive

applicate ai Propulsori Aeronautici) PON 2007-2013, Bando n°713/Ric. TITOLO III

Risultati raggiunti: non ancora avviato.

Ricadute industriali • Sviluppo di tecnologie innovative per la realizzazione e per la riparazione di componenti aeronautici.

Altri risultati • Rendere disponibile un sistema innovativo di deposizione laser, ingrado di depositare polveri di materiali metallici, intermetallici eceramici con basso livello di difettosità;

• Possibilità di recuperare componenti danneggiati in esercizio tramitel’identificazione dell’area da riparare, la valutazione del materiale diapporto da depositare per ripristinare le caratteristiche geometricheoriginali, la definizione della strategia di deposizione e larealizzazione della deposizione;

• Miglioramento delle prestazioni di componenti usurati attraverso ladeposizione di materiali diversi e più performanti del materiale base;

• Definizione delle metodologie di analisi delle superfici ripristinateutilizzando nuove tecniche di misurazione delle tensioni superficiali edel controllo dimensionale per verificare la conformità dellasuperficie ripristinata con gli standard previsti nelle applicazioniaeronautiche e per l’ottimizzazione dei parametri di processo dideposizione del materiale.

Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto

AVIO SpA Collaborazione diretta per redazione progetto

Alta

CETMA Collaborazione indiretta Bassa

Articolazione progetto TEMA

Sorgente laser da impiegare

Le attività svolte al 31/12/2013Progetto 4. DITECO (DIfetti, danneggiamenti e TEcniche di

riparazione nei processi produttivi di grandi strutture in COmposito ) PON 2007-2013,Bando n°713/Ric. TITOLO III

Risultati raggiunti: non ancora avviato.

Ricadute industriali • Le tecnologie e sistemi da sviluppare per la riparazione distrutture in composito di vario tipo (solido laminato, sandwich ecomponenti integrati) permetteranno di ridurre notevolmente ilcosto delle riparazioni, il tempo di flusso richiesto e/o la messa aterra del velivolo, e consentiranno anche di riparare danni oggi“non riparabili”, riducendo così il numero di scarti di produzione.

Altri risultati • Le tecnologie e le soluzioni innovative sviluppate potrannoessere oggetto di proprietà brevettuale degli enti di ricerca edelle aziende coinvolte.

Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto

Alenia Aermacchi Collaborazione diretta per redazione progetto

Alta

CETMA Collaborazione indiretta Bassa

Enginsoft Collaborazione indiretta Bassa

Salver S.p.A. Collaborazione indiretta Bassa

Novotech Collaborazione indiretta Bassa

Altran Collaborazione indiretta Bassa

SCS - Frisoli Collaborazione indiretta Bassa

Pannello irrigidito cocurato

Sorgente laser da impiegare

Box multispar cocurato

Le attività svolte al 31/12/2013Progetto 5. COMET (Characterization Of MEtallurgical

joining Technologies for Al, Al-Li and Mg joints) CLEAN SKY RESEARCH and TECHNOLOGY DEVELOPMENT PROJECTS

Risultati raggiunti: non ancora avviato

Ricadute industriali • Riduzione del peso nella fabbricazione di pannelli aeronautici

• Riduzione dei tempi e dei costi di produzione di pannelli aeronautici

Altri risultati • Acquisizione notevole know how sulla saldatura laser di materiali dissimili (leghe di alluminio /leghe alluminio-litio/ leghe di Magnesio)

Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto

CIDAUT Foundation (Spagna) Collaborazione diretta per redazione progetto

Alta

ITRB (Cipro) Collaborazione indiretta Bassa

PBLH (Belgio) Collaborazione indiretta Bassa

Possibili combinazioni di saldatura laser di materiali dissimili

Schema della sostituzione del processo di rivettaturacon saldatura laser

Le attività svolte al 31/12/2013Consulenza 6. FLYCASH 2.0 - Studio e progettazione del ciclo

di lavoro e di assemblaggio per la realizzazione della struttura esterna ed interna di un sistema di pagamento automatico

Risultati raggiunti: stato dell’arte relativo ai processi di produzione della struttura internaed esterna dei sistemi di pagamento automatici

Ricadute industriali • Avvio di una nuova produzione

Altri risultati • Acquisizione know how sulla saldatura laser dellestrutture interna ed esterna (esteticamente gradevole)di sistemi di pagamento automatici

Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto

Euronet srl Collaborazione diretta Alta

WEC srl Collaborazione diretta Alta

Macchina laser da impiegare

Le attività svolte al 31/12/2013Progetto 8. PON EURO 6 - Elettronica di controllo, sistema

d’iniezione, strategie di combustione,sensoristica avanzata e tecnologie di processoinnovativi per motori diesel a basse emissioniinquinanti – Cod. PON01_02238

Risultati raggiunti: Creazione set up ottico per la valutazione dei fori

Ricadute industriali • Trasferimento di know-how su stato dell’arte, soluzioni innovative e problematiche relative alla tecnologia laser (UR2 TISMA – UR1 EMILIA)

• Messa a punto di una metodologia di valutazione dei fori mediante tecniche ottiche e/o optoelettroniche (UR2 TISMA – UR1 EMILIA)

Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto

Centro Ricerche Fiat Collaborazione diretta Alta

MASMEC s.r.l. Collaborazione diretta Media

Magneti Marelli S.P.A. Collaborazione diretta Alta

Isotta Fraschini S.P.A. Collaborazione diretta Media

TECNOGAMMA s.p.a. Collaborazione diretta Media

Le attività svolte al 31/12/2013Contratto di ricerca 9. Determinazione delle caratteristichemeccaniche a fatica di materiali metallici percomponenti automotive prodotti da MagnetiMarelli

Risultati raggiunti: Valutazione del miglio materiale per la realizzazione di componentispecifici

Ricadute industriali • Definire il tratto di vita a termine e il limite di fatica dei materiali in studio con una condizione di carico mono-assiale e, dunque, costruire la relativa curva media stress-numero di cicli a rottura.

• Definire curva strain locale-numero di cicli a rottura e una misura degli stress residui al piede del cordoneper componenti saldati.

Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto

Magneti Marelli Collaborazione diretta Alta

Contratto di ricerca 10. Misura di tensioni residue su componente intitanio

Risultati raggiunti: progetto in corso di definizione

Ricadute industriali • Misura di TR tramite X-ray su tubo calandrato inTitanio gr4 montato in interferenza sopra ad unrullo rotante che monta dei magneti

Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto

SGM Gantry S.p.A Collaborazione diretta Primo contatto

Contratto di ricerca 11. Misura di TR tramite x-ray su ingranaggio

Risultati raggiunti: progetto in corso di definizione

Ricadute industriali • Miglioramento di affidabilità di componentimeccanici critici

Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto

AVIO S.p.A. Collaborazione diretta Alta

Sistema di attacco elettrolitico

Progetto Clean Sky 12. Fatigue testing and modelling of INCONEL®welded joints

Risultati raggiunti: Valutato sufficiente ma non vincitore.

Ricadute industriali • Caratterizzazione a fatica della lega INCONEL® abasso e alto numero di cicli

• Propagazione di cricche in giunti saldati inINCONEL® sottoposti a creep ad altatemperatura

Altri risultati • Miglioramento dell’affidabilità di componenti inINCONEL®

Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto

Fiabilité Mécanique (Francia) Collaborazione diretta Alta

Le attività svolte al 31/12/2013Progetto 13. LABREP - LABORATORIO SUL REPAIR-

nell’ambito del Programma bando PONRicerca e Competitività 2007-2013 MiUR -durata 36 mesi (2012-2015)

Risultati raggiunti: Stato dell’arte sulle operazioni avanzate di testing ciclico ad elevatetemperature su provini in lega con riporto superficiale ri-condizionato, per il repair dielementi aeronautici nei propulsori. Luogo: Unisalento (UR3)

Ricadute industriali • Miglioramento delle procedure di repair di elementi ad altovalore aggiunto, tramite la validazione di nuovi processispeciali ed eliminazione di utilizzo brevetti esterni all’industriaitaliana

• Miglioramento delle caratteristiche meccaniche e di durataall’abrasione e fretting nel tempo.

Altri risultati • Avanzamento su nuove tecnologie di repair basate su Cold-spray e electro-spark deposition.

• Ottimizzazione di test a lunghissima durata conapparecchiatura e procedure avanzate

Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto

AVIO Brindisi, Cetma (ENEA), Centro Laser (BA), NanoFab(Campania),

Collaborazione diretta Alta

Unisalerno Collaborazione indiretta Bassa

Schema del le attività di Ricerca:- Acquisizione materiali- Realizzazione dei provini e eventuali attrezzature - Ottimizzazione dei parametri di processo- Eventuali trattamenti termici- Esami microstrutturali, durezza- Test di Trazione- LCF- Creep- Fattibilità del processo su componente reale- Analisi micro-strutturale- Controllo dimensionale

Riparazione con la tecnologia laser di un danneggiamento locale su un profilo aerodinamico di una pala

Le attività svolte al 31/12/2013Servizi diretti all’impresa 14. Esecuzione di prove di fatica e prove statiche

speciali su elementi in materiale composito ad utilizzo aeronautico.

Contratto in corso e stipulato con il Dipartimento di Ingegneria dell’Innovazione (UR3). Committente: Alenia Aermacchi (FG)Contratto in corso e stipulato con il Dipartimento di Ingegneria dell’Innovazione (UR3). Committente: Agusta Westland (BR)

Ricadute industriali • Certificazione delle prestazioni effettive a fatica di alcuniprovini tecnologici in materiale composito ad utilizzo aeronautico, secondo la normativa ASTM (prove su tensiontest specimens e bearing test specimens).

Altri risultati • Valutazione degli effetti termici e della variazione di rigidezza nel tempo, in funzione del raggiungimento del danno.

Imprese coinvolte Tipo di contatto Frequenza di contatto

Alenia-Aermacchi (FG) Collaborazione diretta Media

Agusta Westland (BR) Collaborazione indiretta Media

Attrezzatura TISMA impiegata per test di lunga durata, con monitoraggio termografico.

Provino in prova con estensimetri per il monitoraggio delle deformazioni.

Attrezzatura di supporto anti-buckling Esempio di specimens rivettati e danneggiati a fatica a 106 cicli.

Attività promozionali svolte

• SMAU BARI - SMART PUGLIA EXPO 2013, nella sezione Acceleratori diInnovazione, 6-7 Febbraio 2013.

• PromozioneL@ser, all'interno dell'AITeM, l'Associazione ItalianaTecnologia Meccanica (www.aitem.org).

• Pubblicazione schede di sede con descrizione dei laboratori coinvolti -RIVISTA APPLICAZIONI LASER – PUBLITEC – N. 41 Maggio-Giugno 2013.

• Fiera Expolaser, PIACENZA 14-16 Novembre 2013 – stand diPromozioneL@ser con presentazione schede di sede.

• Pubblicazione sulla Newsletter di Stresstech Group Customerdell’articolo divulgativo” UNIVERSITY OF BARI IN ITALY HAS NOWEVERYTHING FOR STRESS MEASURING“, n.1, November 2012.

• Presentazione del Lab. presso aziende e centri di ricerca.• Pubblicazione dei principali risultati di attività svolte nell’ambito del Lab.

TISMA in articoli scientifici su riviste ad elevata collocazione editoriale.

Sito web della Rete: http://www.dimeg.poliba.it/tisma/

Internazionalizzazione del laboratorio

• Collaborazione con il laboratorio Procédés et Ingénierie enMécanique et Matériaux (PIMM) presso ENSAM di Parigi. Illaboratorio PIMM fa parte della rete di laboratori del CentreNationale de la Recherche Scientifique (CNRS), Francia.

• Collaborazione con il Laboratoire de Mécanique et Matériaux duGénie Civil dell’università di Cergy Pontoise, Neuville, Francia.

• Collaborazione con il centro tecnologico Fundación CIDAUT ParqueTecnlógico de Boecillo (Valladolid) Spagna.

• Collaborazione con il Prof. C.M. Sonsino del Fraunhofer Institute forStructural Durability LBF, Darmstadt (Germany).

• Collaborazione con il Prof. G. Pluvinage del Fiabilité Mécanique,Conseils Silly sur Nied (France).

Attività programmate:

• Partecipazione congresso SPIE a febbraio con articolo dal titolo «Laser-assisted Friction Stir Welding of aluminum alloy lap joints: microstructural and microhardness characterizations»

• Partecipazione call CLEANSKY 2014

• Partecipazioni a Expolaser FORUM, PIACENZA 2014 – convegno di PromozioneL@ser

• Invito docenti e ricercatori dai laboratori internazionali partner

Contatti• Coordinatore scientifico: Prof. Ing. Antonio D. Ludovico

Dipartimento di Meccanica, Matematica e Management – Politecnico di Bari Viale Japigia 182 - 70126 Baritel. 0805962755 mail ludovico@poliba.it

• Responsabile scientifico UR 1: Prof. Ing. Giuseppe CasalinoDipartimento di Meccanica, Matematica e Management – Politecnico di Bari Viale Japigia 182 - 70126 Baritel. 0805962753mail g.casalino@poliba.it

• Responsabile scientifico UR 2: Prof. Ing. Caterina CasavolaDipartimento di Meccanica, Matematica e Management – Politecnico di BariViale Japigia 182 - 70126 Baritel. 0805962787mail casavola@poliba.it

• Responsabile scientifico UR 3: Prof. Ing. Francesco W. PanellaDipartimento di Ingegneria dell'Innovazione – Università del SalentoS.P. 6 Lecce – Monteroni, 73100 Leccetel. 0832297769mail francesco.panella@unisalento.it