Studio di realizzazione di schiume metalliche a base rame e loro saldabilità mediante tecnologia laser

In the present work an experimental study firstly on the production of metal foams with open cells and secondly on their weldability using laser technology was proposed. During the first part of this thesis, the production technique adopted is the infiltration of space holder in the liquid metal. As a result of the foaming process, performed by means of the use of induction electro-magnetic furnaces, some metal foams of different dimensions in two copper-based metallic alloys (commercial brass alloy, easy to find in the market, and CuZnAl shape memory alloy, for scientific research) were produced. The characterizations, carried out on various foams, allowed to highlight that the high control of the chemical composition by means of EDS measurements as well as the calorimetric properties by using DSC analysis. In the second part of the thesis, the weldability of the metallic foams, previously produced, using laser technology has been studied. In particular, laser welding has been proposed using a fiber laser on copper-based alloys, which can be classified as high-reflective materials for commercial lasers. Different welding configurations were tested, because of the difficulties for the presence of the foam pores. After preliminary tests on bead on plate configuration, the experiments were carried out on lap-joint configuration. The main geometrical characteristics of the welded bead as well as the identification of the extent of the heat affected zone have been investigated in function of the process speed by means of micro-hardness measurements, optical and scanning electron microscopy on both the copper-based alloys.

Nel presente lavoro è stato proposto uno studio sperimentale riguardante inizialmente la produzione di schiume metalliche a celle aperte e successivamente la loro saldabilità mediante tecnologia laser. Nel corso della prima parte del lavoro di tesi, la tecnica di produzione delle schiume adottata consiste nell’infiltrazione di sfere (space holder) nel metallo liquido. Come risultato della messa a punto del processo di schiumatura mediante l’utilizzo di forni ad induzione elettro-magnetica, sono state prodotte delle schiume metalliche di diverse dimensioni in due leghe metalliche a base rame (ottone commerciale, facile da reperire, ed ottone a memoria di forma, di interesse scientifico). Le caratterizzazioni effettuate sulle varie schiume hanno consentito di mettere in evidenza sia il controllo della composizione chimica tramite misure EDS che le proprietà calorimetriche mediante misure DSC. Nella seconda parte della tesi, è stato effettuato uno studio di saldabilità delle schiume, realizzate in precedenza, mediante laser in fibra sulle leghe a base rame, che risultano essere altoriflettenti per i laser commerciali. Sono state valutate differenti configurazioni di saldatura per ottenere delle indicazioni legate alla generazione di un cordone di saldatura, nonostante la presenza dei pori. E’ stato osservato, da prove preliminari di rifusione, come la presenza e la dimensione dei pori possa creare dei problemi di saldatura a causa della mancanza di materiale; di conseguenza, lo studio è stato successivamente focalizzato su saldature per sovrapposizione (lap-joint). Le principali caratteristiche geometriche del cordone di saldatura, oltre che alla determinazione dell’estensione della zona termicamente alterata, sono state investigate, mediante misure di microdurezza e microscopia ottica ed elettronica a scansione, al variare dei parametri di processo su entrambi i materiali a base rame.