Innanzitutto, cos’è un laser? Il primo raggio laser al mondo fu prodotto nel 1960 utilizzando una lampadina flash per eccitare i grani di cristallo di rubino. A causa della limitazione della capacità termica del cristallo, potrebbe produrre solo un raggio di impulsi molto breve con una frequenza molto bassa. Anche se l'energia di picco dell'impulso istantaneo può arrivare fino a 106 watt, si tratta comunque di un'energia bassa.
La tecnologia laser utilizza un polarizzatore per riflettere il raggio generato dal laser in modo che venga concentrato in un dispositivo di focalizzazione per produrre un raggio di enorme energia. Se il fuoco è vicino al pezzo, il pezzo si scioglierà ed evaporerà in pochi millisecondi. Questo effetto può essere utilizzato nel processo di saldatura. L'emergere di CO ad alta-potenza2e i laser YAG ad alta-potenza hanno aperto un nuovo campo della saldatura laser. La chiave per le apparecchiature di saldatura laser sono i laser ad alta-potenza. Ci sono due categorie principali. Uno è il laser solido, noto anche come laser Nd:YAG. Nd (neodimio) è un raro elemento aristocratico, YAG sta per granato di ittrio e alluminio e la sua struttura cristallina è simile al rubino. La lunghezza d'onda del laser Nd:YAG è 1,06μm. Il vantaggio principale è che il raggio generato può essere trasmesso attraverso la fibra ottica, quindi è possibile omettere un sistema di trasmissione del raggio complesso. È adatto per sistemi di produzione flessibili o lavorazioni remote e viene solitamente utilizzato per pezzi con elevati requisiti di precisione di saldatura. I laser Nd:YAG con potenze di uscita di 3-4 kilowatt sono comunemente usati nell'industria automobilistica. L'altro tipo è il laser a gas, noto anche come CO2laser. Il gas molecolare viene utilizzato come mezzo di lavoro per produrre un laser a infrarossi con una dimensione uniforme di 10,6 μm. Può funzionare continuamente e produrre una potenza molto elevata. La potenza laser standard è compresa tra 2 e 5 kilowatt.
Rispetto alle altre tecnologie di saldatura tradizionali, i principali vantaggi della saldatura laser sono:
1. Velocità elevata, grande profondità e piccola deformazione.
2. La saldatura può essere eseguita a temperatura ambiente o in condizioni speciali e l'attrezzatura di saldatura è semplice. Ad esempio, il raggio laser non si deflette quando attraversa un campo elettromagnetico; i laser possono eseguire saldature in ambienti sotto vuoto, aria e determinati gas e possono saldare attraverso vetro o materiali trasparenti al raggio laser.
3. Può saldare materiali refrattari come titanio, quarzo, ecc., e può anche saldare materiali eterogenei con buoni risultati.
4. Dopo che il laser è stato messo a fuoco, la densità di potenza è elevata. Quando si saldano dispositivi ad alta-potenza, il rapporto d'aspetto può raggiungere 5:1 e fino a 10:1.
5. È possibile la microsaldatura. Dopo che il raggio laser è stato focalizzato, può ottenere uno spot molto piccolo e può essere posizionato con precisione, in modo da poter essere applicato
Viene utilizzato nell'assemblaggio e nella saldatura di pezzi micro e piccoli nella produzione automatizzata di massa.
6. Può saldare parti inaccessibili e implementare la saldatura remota senza-contatto, che offre una grande flessibilità. Soprattutto negli ultimi anni, la tecnologia di trasmissione in fibra ottica è stata adottata nella tecnologia di elaborazione laser YAG, che ha consentito di promuovere e applicare più ampiamente la tecnologia di saldatura laser.
7. Il raggio laser può essere facilmente suddiviso nel tempo e nello spazio, consentendo l'elaborazione simultanea di più-fasci e multi-stazione, fornendo le condizioni per una saldatura più precisa.
Tuttavia, la saldatura laser presenta anche alcune limitazioni:
1. Richiede un'elevata precisione di assemblaggio dei pezzi e che la posizione del raggio laser sul pezzo non possa essere spostata in modo significativo. Questo perché la dimensione del punto laser è piccola dopo la messa a fuoco, il cordone di saldatura è stretto e viene aggiunto materiale metallico di apporto. Se la precisione dell'assemblaggio del pezzo o la precisione del posizionamento del raggio non soddisfano i requisiti, possono facilmente verificarsi difetti di saldatura.
2. Il costo dei laser e dei sistemi correlati è relativamente elevato e comporta un ingente investimento iniziale.
