La saldatura laser può essere realizzata con un generatore laser continuo o pulsato. Il principio della saldatura laser può essere suddiviso in saldatura a conduzione termica e saldatura a fusione profonda laser. Una densità di potenza inferiore a 104~105 W/cm² è considerata saldatura a conduzione termica; in questo caso, la profondità di fusione e la velocità di saldatura sono ridotte; quando la densità di potenza è superiore a 105~107 W/cm², la superficie metallica si concava a "fori di serratura" sotto l'azione del calore, formando una saldatura a fusione profonda, che presenta le caratteristiche di elevata velocità di saldatura e ampio rapporto profondità-larghezza.
Oggi tratteremo principalmente la conoscenza dei principali fattori che influenzano la qualità della saldatura laser a fusione profonda
1. Potenza laser
Nella saldatura laser a fusione profonda, la potenza del laser controlla sia la profondità di penetrazione che la velocità di saldatura. La profondità di saldatura è direttamente correlata alla densità di potenza del fascio ed è funzione della potenza incidente e del punto focale del fascio. In generale, per un fascio laser di un certo diametro, la profondità di penetrazione aumenta con l'aumentare della potenza del fascio.
2. Punto focale
La dimensione dello spot del fascio è una delle variabili più importanti nella saldatura laser perché determina la densità di potenza. Tuttavia, misurarla è una sfida per i laser ad alta potenza, sebbene siano disponibili numerose tecniche di misurazione indiretta.
La dimensione del punto limite di diffrazione del fuoco del fascio può essere calcolata secondo la teoria della diffrazione, ma la dimensione effettiva del punto è maggiore del valore calcolato a causa della scarsa riflessione focale. Il metodo di misurazione più semplice è il metodo del profilo iso-temperatura, che misura il diametro del punto focale e la perforazione dopo che la carta spessa è stata bruciata e penetrata attraverso la lastra di polipropilene. Questo metodo, attraverso la pratica di misurazione, gestisce la potenza del laser e il tempo di azione del fascio.
3. Gas protettivo
Il processo di saldatura laser utilizza spesso gas protettivi (elio, argon, azoto) per proteggere il bagno di fusione, impedendo l'ossidazione del pezzo durante il processo di saldatura. Il secondo motivo per l'utilizzo del gas protettivo è proteggere la lente di focalizzazione dalla contaminazione da vapori metallici e dallo sputtering da goccioline di liquido. Soprattutto nella saldatura laser ad alta potenza, il materiale espulso diventa molto potente, ed è necessario proteggere la lente. Il terzo effetto del gas protettivo è la sua elevata efficacia nel disperdere la schermatura al plasma prodotta dalla saldatura laser ad alta potenza. Il vapore metallico assorbe il raggio laser e si ionizza in una nube di plasma. Anche il gas protettivo attorno al vapore metallico si ionizza a causa del calore. Se c'è troppo plasma, il raggio laser viene in qualche modo consumato dal plasma. Come seconda energia, il plasma si deposita sulla superficie di lavoro, il che riduce la profondità di saldatura e amplia la superficie del bagno di saldatura.
Come scegliere il gas di protezione più adatto?
4. Tasso di assorbimento
L'assorbimento laser del materiale dipende da alcune importanti proprietà del materiale stesso, come la velocità di assorbimento, la riflettività, la conduttività termica, la temperatura di fusione e la temperatura di evaporazione. Tra tutti i fattori, il più importante è la velocità di assorbimento.
Due fattori influenzano la velocità di assorbimento del materiale da parte del raggio laser. Il primo è il coefficiente di resistenza del materiale. Si è scoperto che la velocità di assorbimento del materiale è proporzionale alla radice quadrata del coefficiente di resistenza e che quest'ultimo varia con la temperatura. In secondo luogo, lo stato superficiale (o finitura) del materiale ha un'influenza importante sulla velocità di assorbimento del raggio, che a sua volta influisce significativamente sull'effetto di saldatura.
5. Velocità di saldatura
La velocità di saldatura ha una grande influenza sulla profondità di penetrazione. Aumentando la velocità, la profondità di penetrazione sarà inferiore, ma una velocità troppo bassa porterà a una fusione eccessiva dei materiali e alla saldatura del pezzo. Pertanto, esiste un intervallo di velocità di saldatura appropriato per un particolare materiale con una determinata potenza laser e un determinato spessore, e la massima profondità di penetrazione può essere ottenuta al valore di velocità corrispondente.
6. Lunghezza focale della lente di messa a fuoco
Una lente di messa a fuoco è solitamente installata nella testa della pistola per saldatura, con una lunghezza focale generalmente compresa tra 63 e 254 mm (diametro 2,5"~10"). La dimensione del punto di messa a fuoco è proporzionale alla lunghezza focale: più è corta, più piccolo è il punto. Tuttavia, la lunghezza focale influisce anche sulla profondità di messa a fuoco, ovvero la profondità di messa a fuoco aumenta in sincronia con la lunghezza focale, quindi una lunghezza focale corta può migliorare la densità di potenza, ma poiché la profondità di messa a fuoco è ridotta, la distanza tra la lente e il pezzo deve essere mantenuta con precisione e la profondità di penetrazione non è elevata. A causa dell'influenza degli spruzzi e della modalità laser durante la saldatura, la profondità focale più corta utilizzata nella saldatura effettiva è solitamente di 126 mm (diametro 5"). Una lente con una lunghezza focale di 254 mm (diametro 10") può essere selezionata quando la giunzione è ampia o è necessario aumentare la saldatura aumentando la dimensione del punto. In questo caso, per ottenere l'effetto di foratura a penetrazione profonda è necessaria una potenza di uscita laser più elevata (densità di potenza).
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Data di pubblicazione: 27 settembre 2022