Progettazione e previsione del comportamento di strutture saldate mediante modellistica

La saldatura è uno fra i più difficili e complessi processi tecnologici da simulare mediante analisi numerica a causa di numerosi fenomeni fisici coinvolti. In particolare nelle saldature ad alta densità di potenza (laser, fascio elettronico, plasma), gli elevati gradienti termici presenti in zone assai ridotte rispetto alla dimensioni del componente saldato, richiedono una mesh molto fitta con conseguente drastico aumento delle dimensioni di calcolo del modello. Esistono due metodi di base nella simulazione del processo di saldatura. Il primo prevede l’applicazione della storia termica direttamente alla struttura in esame; il secondo, consiste nel risolvere il problema in un modello locale e di trasferire poi i risultati nella geometria globale. Gli obbiettivi principali dello sviluppo di questi modelli numerici è quello di rispondere alle severe esigenze dell’industria. Essi devono predire con buona affidabilità gli effetti del processo (distorsioni, tensioni residue ecc.), devono essere di facile utilizzo, e devono fornire risultati nel più breve tempo possibile. L’affidabilità può essere garantita solo se tutti i fenomeni fisici coinvolti vengono simulati correttamente; mentre la velocità di calcolo e la facilità di utilizzo dei codici dipende dallo sviluppo di nuove metodologie di simulazione. In particolare, per strutture di modeste dimensioni, si utilizzano strategie di calcolo (in regime stazionario o quasi stazionario) applicate direttamente alla geometria in esame (es: mesh-refaining, shell-volume elements, ecc); per parti di grosse dimensioni sono stati sviluppati degli opportuni metodi di risoluzione noti come ‘Macro Bead Deposit Method’ (MBDM) e ‘Local-Global Approach (LGA)’. Nel seguente lavoro vengono descritte le principali metodologie di simulazione con particolare attenzione al loro utilizzo nella progettazione. Si fa riferimento soprattutto ai processi ad alta densità di potenza e si tralasciano quindi alcuni particolari come l’effetto del materiale d’apporto.