Cos'è la saldatura laser? La saldatura laser spiegata in dettaglio! Tutto quello che devi sapere sulla saldatura laser, inclusi i principi chiave e i principali parametri di processo!
Molti clienti non comprendono i principi di funzionamento di base delle saldatrici laser, né tantomeno sanno come scegliere quella più adatta alle proprie esigenze. Mimowork Laser è qui per aiutarvi a prendere la decisione giusta e per fornirvi ulteriore supporto nella comprensione della saldatura laser.
Che cos'è la saldatura laser?
La saldatura laser è un tipo di saldatura a fusione che utilizza un raggio laser come fonte di calore. Il principio di funzionamento si basa sulla stimolazione del mezzo attivo tramite un metodo specifico, che genera un'oscillazione in cavità risonante, trasformandola poi in un fascio di radiazione stimolata. Quando il fascio entra in contatto con il pezzo in lavorazione, l'energia viene assorbita dal materiale e, una volta raggiunta la temperatura di fusione, si verifica la saldatura.
In base al meccanismo principale di formazione del bagno di fusione, la saldatura laser presenta due meccanismi di base: la saldatura per conduzione termica e la saldatura a penetrazione profonda (a buco di serratura). Nella saldatura per conduzione termica, il calore generato si diffonde al pezzo in lavorazione attraverso il trasferimento termico, fondendo la superficie di saldatura senza vaporizzazione. Questo metodo è spesso utilizzato per la saldatura di componenti sottili a bassa velocità. La saldatura a fusione profonda vaporizza il materiale e forma una grande quantità di plasma. A causa dell'elevato calore, si formano dei fori nella parte anteriore del bagno di fusione. La saldatura a penetrazione profonda è la modalità di saldatura laser più diffusa, in quanto permette di saldare completamente il pezzo e, grazie all'elevata energia in ingresso, consente velocità di saldatura elevate.
Parametri di processo nella saldatura laser
Sono molti i parametri di processo che influenzano la qualità della saldatura laser, come la densità di potenza, la forma d'onda dell'impulso laser, la defocalizzazione, la velocità di saldatura e la scelta del gas di protezione ausiliario.
Densità di potenza laser
La densità di potenza è uno dei parametri più importanti nella lavorazione laser. Con una densità di potenza più elevata, lo strato superficiale può essere riscaldato fino al punto di ebollizione in un microsecondo, con conseguente vaporizzazione di una grande quantità di materiale. Pertanto, un'alta densità di potenza è vantaggiosa per i processi di asportazione di materiale come foratura, taglio e incisione. Con una bassa densità di potenza, occorrono diversi millisecondi affinché la temperatura superficiale raggiunga il punto di ebollizione e, prima che la superficie vaporizzi, il fondo raggiunge il punto di fusione, il che facilita la formazione di una buona saldatura per fusione. Pertanto, nella saldatura laser a conduzione termica, l'intervallo di densità di potenza è compreso tra 10⁴ e 10⁶ W/cm².
Forma d'onda dell'impulso laser
La forma d'onda dell'impulso laser non è solo un parametro importante per distinguere la rimozione del materiale dalla sua fusione, ma anche un parametro chiave per determinare il volume e il costo delle apparecchiature di lavorazione. Quando un raggio laser ad alta intensità viene proiettato sulla superficie del materiale, il 60-90% dell'energia laser viene riflessa e considerata una perdita, soprattutto per oro, argento, rame, alluminio, titanio e altri materiali che presentano una forte riflettività e un rapido trasferimento di calore. La riflettanza di un metallo varia nel tempo durante un impulso laser. Quando la temperatura superficiale del materiale raggiunge il punto di fusione, la riflettanza diminuisce rapidamente, mentre quando la superficie è allo stato fuso, la riflettanza si stabilizza a un determinato valore.
Larghezza dell'impulso laser
La larghezza dell'impulso è un parametro importante nella saldatura laser pulsata. Essa è determinata dalla profondità di penetrazione e dalla zona termicamente alterata. Maggiore è la larghezza dell'impulso, maggiore è la zona termicamente alterata e la profondità di penetrazione aumenta con la metà della potenza dell'impulso. Tuttavia, l'aumento della larghezza dell'impulso riduce la potenza di picco, quindi un aumento della larghezza dell'impulso viene generalmente utilizzato nella saldatura a conduzione termica, con conseguente saldatura di dimensioni ampie e superficiali, particolarmente adatta alla saldatura a sovrapposizione di lamiere sottili e spesse. Tuttavia, una minore potenza di picco comporta un eccessivo apporto di calore e ogni materiale ha una larghezza dell'impulso ottimale che massimizza la profondità di penetrazione.
Quantità di sfocatura
La saldatura laser richiede solitamente una certa sfocatura, perché la densità di potenza al centro del punto focale del laser è troppo elevata, il che può facilmente causare la vaporizzazione del materiale di saldatura e la formazione di fori. La distribuzione della densità di potenza è relativamente uniforme in ogni piano lontano dal punto focale del laser.
Esistono due modalità di sfocatura:
Sfocatura positiva e negativa. Se il piano focale si trova sopra il pezzo in lavorazione, si parla di sfocatura positiva; altrimenti, di sfocatura negativa. Secondo la teoria dell'ottica geometrica, quando la distanza tra i piani di sfocatura positiva e negativa e il piano di saldatura è uguale, la densità di potenza sul piano corrispondente è approssimativamente la stessa, ma in realtà la forma del bagno di fusione ottenuto è diversa. Nel caso di sfocatura negativa, si può ottenere una maggiore penetrazione, il che è correlato al processo di formazione del bagno di fusione.
Velocità di saldatura
La velocità di saldatura determina la qualità della superficie di saldatura, la profondità di penetrazione, la zona termicamente alterata e così via. La velocità di saldatura influisce sull'apporto termico per unità di tempo. Se la velocità di saldatura è troppo bassa, l'apporto termico è troppo elevato, con conseguente bruciatura del pezzo. Se la velocità di saldatura è troppo alta, l'apporto termico è troppo basso, con conseguente saldatura parziale e incompleta del pezzo. La riduzione della velocità di saldatura viene solitamente utilizzata per migliorare la penetrazione.
Gas di protezione ausiliario contro le esplosioni
Il gas di protezione ausiliario è una procedura essenziale nella saldatura laser ad alta potenza. Da un lato, serve a impedire che i materiali metallici si spruzzino e contaminino lo specchio di focalizzazione; dall'altro, impedisce che il plasma generato durante il processo di saldatura si concentri eccessivamente, impedendo al laser di raggiungere la superficie del materiale. Nel processo di saldatura laser, elio, argon, azoto e altri gas vengono spesso utilizzati per proteggere il bagno di fusione e prevenire l'ossidazione del pezzo durante la saldatura. Fattori come il tipo di gas di protezione, la portata del flusso d'aria e l'angolo di soffiaggio hanno un grande impatto sui risultati della saldatura, e anche i diversi metodi di soffiaggio influiscono sulla qualità della saldatura.
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(Per informazioni dettagliate sull'uso e la guida al refrigeratore d'acqua, consultare:Misure di protezione dal gelo per il sistema laser a CO2)
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Data di pubblicazione: 22 dicembre 2022