Che cosa è la saldatura laser

La tecnologia di saldatura laser è una fusione tecnologia di saldatura che utilizza un raggio laser come fonte di energia per farlo incidere sul giunto di saldatura e raggiungere lo scopo della saldatura. È composto da un oscillatore ottico e da un mezzo interposto tra gli specchi alle due estremità della cavità dell'oscillatore.

1. Informazioni di base

Eccitano elettroni o molecole per produrre fasci di luce concentrati e identici in fase durante il processo di conversione in energia. Il termine laser deriva dalle iniziali di Light Amplification by Stimulated Emission Radiation (Amplificazione della Luce tramite Radiazione a Emissione Stimolata).

È composto da un oscillatore ottico e da un mezzo interposto tra gli specchi alle estremità della cavità dell'oscillatore. Quando il mezzo viene eccitato a uno stato di alta energia, inizia a generare onde luminose della stessa fase e a riflettersi avanti e indietro tra gli specchi alle estremità, formando un effetto di giunzione fotoelettrica a stringa, amplificando le onde luminose e ottenendo energia sufficiente per iniziare a emettere luce laser.

Il primo raggio laser al mondo fu prodotto utilizzando un flash per eccitare grani di rubino nel 1960. A causa della limitata capacità termica del cristallo, esso può produrre solo un fascio di impulsi molto breve e a bassissima frequenza. Sebbene l'energia di picco istantanea dell'impulso possa raggiungere i 10~6 watt, si tratta comunque di un'energia in uscita bassa.

2. Caratteristiche della saldatura laser

La saldatura laser riduce significativamente l'apporto di calore, creando una zona termicamente alterata molto piccola con minime alterazioni metallografiche e una deformazione estremamente ridotta causata dalla conduzione termica. Elimina la necessità di elettrodi, evitando problemi di contaminazione o danneggiamento degli stessi. Essendo un processo senza contatto, anche l'usura e la deformazione delle apparecchiature sono notevolmente ridotte. Inoltre, il raggio laser può essere facilmente focalizzato, allineato e guidato da strumenti ottici. Questa flessibilità consente di posizionare il raggio a una distanza appropriata dal pezzo o di dirigerlo tra utensili e ostacoli, laddove altri metodi di saldatura non possono essere utilizzati per motivi di spazio.

Un altro vantaggio della saldatura laser è che il pezzo può essere posizionato in uno spazio chiuso o ristretto durante l'esecuzione delle operazioni. Il fascio laser altamente concentrato può essere focalizzato su un'area molto piccola, rendendolo ideale per la saldatura di componenti piccoli o ravvicinati. Permette inoltre di unire un'ampia gamma di materiali, inclusi diversi tipi di metalli o materiali eterogenei difficili da saldare con i metodi convenzionali. Questa capacità amplia significativamente la gamma di applicazioni industriali in cui sono richieste elevata precisione e flessibilità.

La saldatura laser è inoltre altamente compatibile con l'automazione e il controllo digitale. I processi di saldatura ad alta velocità possono essere facilmente integrati con sistemi computerizzati o CNC, garantendo qualità e produttività costanti. Nella saldatura di materiali sottili o fili di piccolo diametro, la saldatura laser evita molte delle difficoltà associate alla saldatura ad arco, come l'eccessivo apporto di calore o la distorsione. Questi vantaggi rendono la saldatura laser una scelta efficiente e versatile per i produttori che necessitano di giunzioni di alta qualità, precise e affidabili su diversi prodotti e ambienti di produzione.

3. Vantaggi della saldatura laser

● L'apporto di calore può essere ridotto alla quantità minima richiesta, l'intervallo di variazione metallografica della zona termicamente alterata è piccolo e anche la deformazione causata dalla conduzione del calore è la più bassa.

● I parametri del processo di saldatura della saldatura a passaggio singolo di piastre da 32 mm di spessore sono stati verificati e qualificati, il che può ridurre il tempo necessario per la saldatura di piastre spesse e persino risparmiare l'uso di metallo d'apporto.

● Non è necessario utilizzare elettrodi e non vi è alcun rischio di contaminazione o danneggiamento degli stessi. Inoltre, poiché non si tratta di un processo di saldatura a contatto, l'usura e la deformazione dell'attrezzatura possono essere ridotte al minimo.

● Il raggio laser è facile da focalizzare, allineare e guidare tramite strumenti ottici. Può essere posizionato a una distanza adeguata dal pezzo e guidato tra utensili o ostacoli attorno al pezzo. Altri metodi di saldatura non possono essere utilizzati a causa delle limitazioni di spazio sopra menzionate.

● Il pezzo in lavorazione può essere posizionato in uno spazio chiuso.

● Il raggio laser può essere focalizzato su una piccola area e può saldare parti piccole e ravvicinate.

● Esiste un'ampia gamma di materiali saldabili e anche vari materiali eterogenei possono essere uniti tra loro.

● È facile automatizzare la saldatura ad alta velocità e può anche essere controllata digitalmente o tramite computer.

● Quando si saldano materiali sottili o fili di diametro sottile, non sarà facile creare problemi come nella saldatura ad arco.

● Non è influenzato dal campo magnetico (la saldatura ad arco e la saldatura a fascio di elettroni sono semplici) e può allineare con precisione la saldatura.

● Può saldare due tipi di metalli con proprietà fisiche diverse (come diverse resistenze)

● Non è richiesta alcuna protezione dal vuoto o dai raggi X.

● Se si utilizza la saldatura perforata, il rapporto profondità-larghezza del cordone di saldatura può raggiungere 10:1

● Il dispositivo può essere commutato per trasmettere il raggio laser a più postazioni di lavoro.

4. Vantaggio e svantaggio

● La posizione della saldatura deve essere molto precisa e deve rientrare nel campo di messa a fuoco del raggio laser.

● Quando la saldatura deve utilizzare una maschera, è necessario assicurarsi che la posizione finale della saldatura sia allineata con i punti di saldatura interessati dal raggio laser.

● Lo spessore massimo saldabile è limitato e lo spessore di penetrazione del pezzo è di gran lunga superiore a 19 mm. La saldatura laser non è adatta alla linea di produzione.

● Materiali altamente riflettenti e ad alta conduttività termica come alluminio, rame e le loro leghe, ecc., la cui saldabilità verrà modificata dal laser.

● Quando si esegue una saldatura con raggio laser a media-alta energia, è necessario utilizzare un controllore al plasma per espellere il gas ionizzato attorno alla pozza fusa e garantire la ricomparsa del cordone di saldatura.

● L'efficienza di conversione energetica è troppo bassa, solitamente inferiore a 10%.

● Il cordone di saldatura si solidifica rapidamente e potrebbero sorgere problemi di porosità e fragilità.

● L'attrezzatura è costosa.

5. Applicazione

La tecnologia delle macchine per la saldatura laser è ampiamente utilizzata nei settori della produzione ad alta precisione, come automobili, navi, aerei e ferrovie ad alta velocità, il che ha portato a un notevole miglioramento della qualità della vita delle persone e ha condotto l'industria degli elettrodomestici nell'era della produzione di precisione.

6. Vantaggi della saldatura ibrida

La tecnologia di saldatura ibrida laser offre notevoli vantaggi. Consente una penetrazione più profonda, una maggiore tolleranza degli spazi vuoti e una migliore tenacità della saldatura, mentre l'aggiunta di materiali d'apporto può migliorare la struttura reticolare della saldatura. Il processo riduce al minimo le bruciature e le colature sul lato posteriore e offre un'ampia gamma di applicazioni con investimenti inferiori quando si utilizza la tecnologia di sostituzione laser. Nella saldatura laser-MIG a gas inerte, offre velocità più elevate, fusione profonda, minore apporto termico e saldature resistenti e strette con sporgenze minime. Ciò si traduce in una produzione stabile, un'elevata disponibilità delle attrezzature, una riduzione della preparazione e della post-lavorazione del giunto, tempi di saldatura più brevi, costi inferiori, maggiore efficienza ed eccellente compatibilità con le apparecchiature ottiche.

Tuttavia, il costo di investimento per la saldatura laser ibrida nelle apparecchiature elettriche è relativamente elevato. Con l'ulteriore espansione del mercato, anche il prezzo delle apparecchiature elettriche diminuirà e la tecnologia di saldatura laser ibrida troverà applicazione in più settori. La tecnologia di saldatura laser ibrida è un processo di saldatura molto adatto alla saldatura di materiali in lega di alluminio e diventerà il principale strumento di produzione per la saldatura nel lungo periodo.