Cos'è la saldatura laser? La saldatura laser spiegata! Tutto quello che devi sapere sulla saldatura laser, inclusi i principi chiave e i principali parametri di processo!
Molti clienti non comprendono i principi fondamentali del funzionamento delle macchine per saldatura laser, per non parlare di come scegliere la macchina giusta. Tuttavia Mimowork Laser è qui per aiutarti a prendere la decisione giusta e a fornire ulteriore supporto per aiutarti a comprendere la saldatura laser.
Che cos'è la saldatura laser?
La saldatura laser è un tipo di saldatura a fusione, che utilizza il raggio laser come fonte di calore per la saldatura; il principio di saldatura è un metodo specifico per stimolare il mezzo attivo, formando un'oscillazione della cavità risonante e quindi trasformandola nel raggio di radiazione stimolato; quando il raggio e il pezzo in lavorazione entrano in contatto, l'energia viene assorbita dal pezzo in lavorazione e, quando la temperatura raggiunge il punto di fusione, il materiale può essere saldato.
Secondo il meccanismo principale del bagno di fusione, la saldatura laser si basa su due meccanismi di saldatura di base: la saldatura a conduzione termica e la saldatura a penetrazione profonda (a buco di serratura). Il calore generato dalla saldatura a conduzione termica viene diffuso al pezzo da saldare attraverso il trasferimento termico, in modo che la superficie di saldatura sia fusa e non si verifichi vaporizzazione, spesso utilizzata nella 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 formeranno dei fori nella parte anteriore del bagno di fusione. La saldatura a penetrazione profonda è la modalità di saldatura laser più utilizzata, può saldare il pezzo in modo completo e l'energia in ingresso è elevata, garantendo un'elevata velocità di saldatura.
Parametri di processo nella saldatura laser
Sono molti i parametri di processo che influiscono sulla 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. Pertanto, l'elevata densità di potenza è vantaggiosa per processi di asportazione di materiale come foratura, taglio e incisione. A 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, facilitando la formazione di una buona saldatura. 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 il raggio laser ad alta intensità viene sparato sulla superficie del materiale, la superficie del materiale subirà una riflessione pari al 60-90% dell'energia laser, che verrà considerata una perdita, in particolare per oro, argento, rame, alluminio, titanio e altri materiali che presentano un'elevata riflessione 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 e, quando la superficie è in fase di fusione, si stabilizza a un certo valore.
Larghezza dell'impulso laser
La larghezza dell'impulso è un parametro importante della saldatura laser pulsata. La larghezza dell'impulso 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 larghezza dell'impulso. Tuttavia, l'aumento della larghezza dell'impulso riduce la potenza di picco, quindi l'aumento della larghezza dell'impulso viene generalmente utilizzato per la saldatura a conduzione termica, con conseguente saldatura di dimensioni ampie e poco profonde, particolarmente adatta per la saldatura a sovrapposizione di lamiere sottili e spesse. Tuttavia, una potenza di picco inferiore comporta un apporto termico eccessivo 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 quantità di defocalizzazione, poiché la densità di potenza del centro del punto focale del laser è troppo elevata, il che facilita l'evaporazione del materiale di saldatura nei fori. La distribuzione della densità di potenza è relativamente uniforme in ogni piano lontano dal fuoco laser.
Sono disponibili due modalità di sfocatura:
Sfocatura positiva e negativa. Se il piano focale si trova sopra il pezzo in lavorazione, si ha una sfocatura positiva; altrimenti, una 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, correlata 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 influirà sull'apporto termico per unità di tempo. Se la velocità di saldatura è troppo lenta, l'apporto termico è troppo elevato, con conseguente bruciatura del pezzo. Se la velocità di saldatura è troppo elevata, 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
Il gas di protezione ausiliario è una procedura essenziale nella saldatura laser ad alta potenza. Da un lato, impedisce che i materiali metallici spruzzino e contaminino lo specchio di focalizzazione; dall'altro, impedisce che il plasma generato durante il processo di saldatura si concentri eccessivamente e impedisca 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, in modo da prevenire l'ossidazione del pezzo durante la saldatura. Fattori come il tipo di gas di protezione, l'entità del flusso d'aria e l'angolo di soffiaggio hanno un impatto significativo sui risultati della saldatura, e anche i diversi metodi di soffiaggio influiscono in modo significativo sulla qualità della saldatura.
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Data di pubblicazione: 22-12-2022