Numerical and experimental analysis for cold spray welding

The cold spray process represents one of the most interesting metallic coating technologies recently born. The usage of high-speed gas jet to accelerate metallic material particles without reaching their melting temperature leads to unique mechanical characteristics of the deposit and of the covered substrate. The present work investigates the possibility to enlarge the fields of application of the technology to the welded joints. The presented scientific novelty could lead to new opportunities for manufacturing high-temperature sensitive components by introducing the possibility to weld the parts. The material studied is the AISI 316L steel which is one of the most popular materials in different sectors from the aeronautical to the medical sector. The analysis consists of a Matlab® numerical model developed and used to predict the 3D shape of the deposit giving the possibility to determine the spray strategy and the geometrical factors influencing the cold spray gun settings. All these cases are experimentally tested to obtain welded joints for different butt welds geometries and to validate the numerical model for this kind of simulations.

Il processo cold spray rappresenta una delle più interessanti tecnologie di recente sviluppo per ottenere rivestimenti metallici. L’utilizzo di un getto di gas ad alta velocità per accelerare polveri di materiale metallico senza raggiungere la temperatura di fusione di essi porta ad avere depositi e substrati con caratteristiche meccaniche uniche. Nel presente elaborato viene investigata la possibilità di allargare i campi di applicazione della tecnologia applicandola alla saldatura. La novità scientifica descritta potrebbe portare a nuove opportunità per lavorare componenti sensibili alle alte temperature introducendo la possibilità di saldare tra loro le parti. Il materiale considerato è acciaio inossidabile AISI 316L che risulta essere uno degli acciai più utilizzati in differenti campi di applicazione dall’ambito aeronautico all’ambito medico. L’analisi consiste nello sviluppo e nell’utilizzo di un modello numerico Matlab® usato per simulare il profilo 3D del deposito con la possibilità di determinare la strategia di spruzzata e i parametri geometrici influenzanti il settaggio della pistola del sistema cold spray. Le simulazioni numeriche vengono poi testate sperimentalmente per ottenere giunzioni di testa saldate con differenti geometrie e per validare il modello numerico per queto tipo di simulazioni.