Con la popolarità delle saldatrici laser portatili nell'industria, le persone vogliono saperne di più sulla saldatura laser. Questo articolo descrive due diverse modalità di saldatura laser e i fattori che hanno un impatto sull'efficacia della saldatura laser.
La saldatura laser può essere ottenuta con un raggio laser continuo o pulsato e può essere classificata come saldatura a trasferimento di calore o saldatura laser per fusione profonda basata sul principio della saldatura laser. Quanto segue è una descrizione di queste due modalità di saldatura laser.
Saldatura a conduzione termica
La saldatura a conduzione termica comporta la diffusione del calore nel pezzo mediante trasferimento di calore. Il pezzo in lavorazione viene fuso e si forma un bagno di fusione specifico controllando i parametri del laser come l'ampiezza, l'energia, la potenza di picco e la frequenza di ripetizione dell'impulso laser. Questa modalità di saldatura laser produce fenomeni di fusione solo sulla superficie della saldatura, l'interno del pezzo non è completamente fuso e sostanzialmente non viene prodotta vaporizzazione. La bassa profondità di fusione e la bassa velocità di saldatura dopo la saldatura sono principalmente utilizzate per la saldatura di materiali metallici a parete sottile a bassa velocità.
Saldatura laser per fusione profonda
La saldatura per fusione profonda laser non solo penetra completamente nel materiale, ma vaporizza anche il materiale, formando una grande quantità di plasma. A causa del calore elevato, apparirà un buco della serratura nella parte anteriore della pozza di fusione. La saldatura per fusione profonda è la modalità di saldatura laser più utilizzata a causa della sua elevata energia in ingresso, dell'elevata velocità di saldatura e dell'ampio rapporto profondità-larghezza. Le saldatrici laser per la saldatura di ingranaggi e la saldatura di lamiere metallurgiche prevedono principalmente la saldatura laser per fusione profonda.
Diversi parametri di processo hanno effetti diversi sull'effetto della saldatura laser. Di seguito vengono descritti tre fattori che influiscono sull'effetto della saldatura laser.
Potenza laser
Esiste una soglia di densità di energia laser nella saldatura laser, al di sotto della quale la profondità di fusione è bassa e, una volta raggiunto o superato questo valore, la profondità di fusione aumenta notevolmente. Solo quando la densità di potenza del laser sul pezzo supera il valore di soglia (dipendente dal materiale), viene generato il plasma, che segna la stabilizzazione della saldatura per fusione profonda.
Se la potenza del laser è al di sotto di questa soglia, si verifica solo la fusione superficiale del pezzo, cioè la saldatura procede in un tipo di trasferimento di calore stabile. E quando la densità di potenza del laser è vicina alle condizioni critiche per la formazione di piccoli fori, la saldatura per fusione profonda e la saldatura per conduzione si alternano e diventano processi di saldatura instabili, con conseguenti ampie fluttuazioni nella profondità del fuso. Durante la saldatura laser per fusione profonda, la potenza del laser controlla sia la profondità di penetrazione che la velocità di saldatura. In generale, per un raggio laser di un certo diametro, la profondità del fuso aumenta all'aumentare della potenza del raggio.
Velocità di saldatura
La velocità di saldatura ha un grande impatto sulla profondità del fuso. L'aumento della velocità di saldatura renderà la profondità della fusione più bassa, ma una velocità troppo bassa porterà a un'eccessiva fusione del materiale e alla saldatura attraverso il pezzo. Pertanto, per una certa potenza laser e un certo spessore di un materiale specifico dovrebbe avere un intervallo di velocità di saldatura adatto e in cui il valore di velocità corrispondente può essere ottenuto quando la profondità massima di fusione.
Gas protettivo
Il processo di saldatura laser utilizza spesso gas inerti per proteggere il bagno di fusione, che può essere ignorato quando determinati materiali possono essere saldati indipendentemente dall'ossidazione superficiale, ma per la maggior parte delle applicazioni vengono spesso utilizzati elio, argon e azoto per proteggere il pezzo dall'ossidazione durante la saldatura processi.
L'elio non si ionizza facilmente, consentendo al laser di attraversarlo e all'energia del raggio di raggiungere la superficie del pezzo senza ostacoli. Questo è il gas di protezione più efficace utilizzato nella saldatura laser, ma è più costoso. L'argon è più economico e più denso, quindi protegge meglio. Tuttavia, è suscettibile alla ionizzazione del plasma metallico ad alta temperatura e di conseguenza protegge parte del raggio dal raggiungere il pezzo in lavorazione, riducendo la potenza laser effettiva per la saldatura e compromettendo anche la velocità di saldatura e la profondità del fuso. L'azoto è il tipo di gas di protezione più economico, ma non è adatto per alcuni tipi di saldatura dell'acciaio inossidabile. Ciò è dovuto principalmente a problemi metallurgici, come l'assorbimento, che a volte crea porosità nella zona di sovrapposizione.
La seconda funzione dell'utilizzo del gas di protezione è proteggere la lente di focalizzazione all'interno della pistola per saldatura laser dalla contaminazione da vapori metallici e dallo sputtering di goccioline liquide fuse. Ciò è particolarmente necessario nella saldatura laser ad alta potenza, dove il materiale espulso diventa molto potente. La terza funzione del gas di protezione è quella di disperdere la schermatura al plasma prodotta dalla saldatura laser ad alta potenza.
