Caratterizzazione di giunti in titanio commercialmente puro saldati mediante fascio laser

La realizzazione di scheletrati in titanio per protesi dentarie comporta la necessità di effettuare le giunzioni tra i vari elementi mediante saldatura, adottando opportune precauzioni per evitare contaminazioni nei giunti, data l’alta reattività del metallo fuso. La realizzazione di una struttura in titanio per protesi dentarie comprende quindi le fasi di produzione dei singoli elementi attraverso tecniche fusorie e di giunzione mediante saldatura. Naturalmente, i processi di fusione e di saldatura vanno ottimizzati al fine di evitare la formazione di difetti quali cavità e microporosità. Nel presente lavoro viene effettuata la messa a punto di un processo di saldatura di provini in titanio di purezza commerciale (Ti – CP) di grado 2, prodotti come getti. I provini, in forma di lamine con superfici comprese tra 20x20 e 30x30 mm2 e spessori tra 1 e 3mm, sono stati realizzati mediante modelli con il metodo a cera persa; su un lato di ciascun provino è stata predisposta una doppia smussatura, onde facilitarne la realizzazione dei giunti. Per la fusione è stata utilizzato un sistema ad arco elettrico in atmosfera controllata di Ar. Le saldature sono state effettuate mediante fascio laser sulle lamine accostate di testa, ottenendo giunti di lunghezza superiore a quelle tipiche della tecnologia odontoiatrica, in modo da avere un’ampia verifica sull’affidabilità del metodo. Le modalità di saldatura, l’energia associata al fascio laser, la durata dell’impulso ed il diametro dello spot consentono di ottimizzare la profondità di penetrazione e le caratteristiche dei giunti. I lembi delle lamiere sono stati prima accostati di testa e bloccati con punti di saldatura alle estremità, poi saldati utilizzando come materiale di apporto un filo del diametro di 0,5 mm, in Ti CP grado 1, e quindi, per rendere più omogeneo il cordone, è stata effettuata una passata di fusione. L’avanzamento delle lamine è stato ottenuto manualmente. Per la stabilizzazione del fascio laser e la protezione del bagno di fusione si è utilizzato un flusso gassoso di argon. Infine sui cordoni di saldatura è stato effettuato un trattamento superficiale di sabbiatura. Sui giunti saldati sono stati effettuati controlli macrografici, osservazioni di microscopia ottica, misure di microdurezza Vickers e controlli non distruttivi, a mezzo di liquidi penetranti e attraverso esame radiografico con raggi γ. Le indagine macrografiche hanno evidenziato la formazione di cordoni esenti da difetti macroscopici. Le osservazioni micrografiche hanno rilevato, nel metallo base, la tipica microstruttura del Ti puro, caratterizzata da colonie di lamelle α con dimensioni comprese tra 100 e 300 μm ed interspaziatura tra le lamelle che si aggira intorno ai 10 μm. Tale morfologia non mostra sensibili cambiamenti nei pressi della linea fusa. La zona fusa presenta una microstruttura sensibilmente più fine rispetto a quella del metallo base. Le microdurezza nel metallo base sono disperse intorno al valore medio di circa 160 HV, mentre nella zona fusa assumono valori intorno a 100 HV, in quanto è stato utilizzato come materiale d’apporto titanio di maggiore purezza. I controlli non distruttivi hanno permesso di verificare la buona qualità dei cordoni di saldature, che sono risultati privi di cavità interne, con la presenza solo di qualche piccola porosità superficiale.