Processo di saldatura laser - Parametri
Un sistema di saldatura laser è composto da un laser, una fibra ottica di trasmissione, una testa di collimazione e messa a fuoco o un galvanometro, ecc. La luce proveniente dalla fibra ottica è divergente e deve essere collimata in luce parallela mediante una lente collimatrice, quindi focalizzata da una lente di messa a fuoco (effetto lente d'ingrandimento). I parametri chiave durante la messa a punto del processo laser includono: potenza, velocità, quantità di defocalizzazione e gas di protezione.
In generale, prima di definire i parametri di un pezzo in lavorazione, è necessario determinare innanzitutto la velocità di lavorazione. Ciò richiede una comunicazione con il cliente per stabilire la velocità in base alle sue esigenze. Ad esempio, se sono presenti requisiti relativi al tempo di ciclo produttivo e alla produzione, la velocità approssimativa può essere calcolata procedendo a ritroso. Successivamente, è possibile effettuare gli opportuni aggiustamenti del processo sulla base di tale valore.
In generale, una velocità eccessiva darà luogo a una caratteristica a forma di V, come mostrato nell’immagine.
Potenza: Questo parametro si riferisce alla potenza della saldatura laser, solitamente impostata tramite forma d'onda. La saldatura laser è un processo di conversione energetica che comporta l'immissione e l'assorbimento di calore. Pertanto, il controllo della forma d'onda e della potenza richiede un'ampia esperienza. Tale parametro varia in funzione dei diversi materiali, dello spessore, del tipo di saldatura e delle attrezzature utilizzate. Per ottenere prestazioni ottimali, è necessario prestare particolare attenzione all'energia; le variazioni della forma d'onda influenzano la variazione dell'energia per unità. I software dedicati includono generalmente questa impostazione, che può essere monitorata al fine di acquisire conoscenze sull'effetto dei diversi materiali sulle variazioni energetiche. Il controllo delle fessurazioni è generalmente un aspetto che richiede maggiore esperienza. Le caratteristiche metallografiche correlate alla potenza nella saldatura a cordone rettilineo sono la profondità e la larghezza del cordone saldato. Se la profondità e la larghezza del cordone saldato sono troppo ridotte, aumentare l'energia; se invece sono eccessive, ridurre l'energia.
Livelli di potenza diversi influenzano direttamente la profondità di fusione, come mostrato nella figura, che rappresenta un diagramma metallografico della profondità di fusione a diversi livelli di energia.
Un’energia insufficiente provoca spesso saldature parziali o incomplete, come illustrato nell’immagine. Si fonde solo uno strato superficiale molto sottile, con una penetrazione estremamente ridotta, rendendo difficile il rispetto dei requisiti di processo.
Defocalizzazione: innanzitutto, l’energia unitaria del fascio laser non è uniforme in ogni posizione. L’energia risulta più concentrata nel punto focale, dove si ottiene la dimensione minima del punto (area d’azione del laser più piccola e energia più concentrata). Pertanto, tutte le regolazioni dei parametri sono significative soltanto dopo aver determinato il punto focale. Individuare tale punto è quindi fondamentale ed è un’operazione tecnicamente impegnativa.
Gas di protezione: Esistono molti tipi di gas di protezione. Nelle linee di produzione industriale, per contenere i costi si utilizza generalmente azoto, mentre in laboratorio il gas principale impiegato è l'argon. Vengono utilizzati anche elio e altri gas inerti; tuttavia, questi ultimi sono comunemente adottati solo in situazioni particolari. Poiché la saldatura laser è un processo ad alta temperatura e altamente reattivo, il metallo fonde ed evapora. A temperature elevate, il metallo è estremamente reattivo e, se entra in contatto con l'ossigeno, subisce una reazione violenta, generando una notevole quantità di schizzi e una superficie di saldatura irregolare e ruvida. Pertanto, il gas di protezione viene utilizzato per creare un ambiente privo di ossigeno in una zona ristretta (vicino alla pozza fusa), al fine di prevenire reazioni di ossidazione violenta che comprometterebbero la qualità della saldatura e causerebbero una superficie esterna irregolare.
Se il gas protettivo è eccessivo, soffierà via la pozza fusa; se è insufficiente, non riuscirà a schermare efficacemente la pozza fusa dall’ossigeno. È necessario regolarlo in modo flessibile in base alle condizioni operative sul posto.
