Saldatura laser

Nel metodo di saldatura laser, per collegare le parti viene utilizzato un raggio di luce concentrato con un'elevata densità di energia (diametro del raggio 0,1 ... 2 mm). A seconda del tipo di raggio luminoso, la saldatura laser può essere pulsata e continua. I giunti a punti sono saldati in modo pulsato, per le giunture continue viene utilizzata la radiazione pulsata periodica o continua. La saldatura a impulsi viene utilizzata anche quando è necessario garantire deformazioni minime dovute al riscaldamento della temperatura e un'elevata precisione, in continuo, per la saldatura ad alta velocità nella produzione in serie o in serie.

La saldatura laser viene utilizzata per unire vari materiali: acciaio, titanio, alluminio, metalli refrattari, rame, leghe metalliche, metalli preziosi, bimetalli, con uno spessore da decine a diversi millimetri. Tuttavia, la saldatura laser di metalli riflettenti come alluminio e rame è alquanto difficile. La saldatura laser dei metalli è mostrata in fig. 2.

La saldatura dei metalli attivi viene effettuata utilizzando gas di protezione sotto forma di getto diretto nella zona di esposizione al raggio luminoso.

Foto 1 — Saldatura in laser a stato solido: 1 — mezzo attivo (rubino, granato, neodimio), 2 — lampada a pompa, 3 — specchio opaco, 4 — specchio traslucido, 5 — fibra ottica, 6 — sistema ottico, 7 — dettaglio, 8 — raggio laser nel punto focale, 9, 10 — divisori di raggio laser.

Foto 2 — Saldabilità dei materiali

In base alla profondità di penetrazione, esistono tre tipi di saldatura laser:

1) microsaldatura (meno di 100 micron),

2) mini-saldatura (0,1 ... 1 mm),

3) macrosaldatura (più di 1 mm).

Poiché la profondità di penetrazione di solito non supera i 4 mm, la saldatura laser è ampiamente utilizzata principalmente nella produzione di utensili di precisione, nella produzione di dispositivi elettronici, orologi, nella costruzione di aeromobili, nell'industria automobilistica, nella saldatura di tubi ed è anche ampiamente utilizzata in l'industria della gioielleria.

Prima della saldatura di testa e della sovrapposizione, garantire uno spazio di 0,1 ... 0,2 mm. Con grandi lacune, possono verificarsi burnout e mancanza di sintesi.

I parametri principali della modalità di saldatura laser sono:

1) durata ed energia dell'impulso,

2) frequenza degli impulsi,

3) il diametro del raggio luminoso,

4) la distanza dalla parte più piccola del raggio focalizzato alla superficie,

5) velocità di saldatura. Raggiunge i 5 mm/s. Per aumentare la velocità, la frequenza degli impulsi viene aumentata o viene utilizzata la modalità continua.

L'industria utilizza 2 tipi di laser per la saldatura laser:

1) laser a stato solido - rubino, neodimio e YAG (a base di granato ittrio alluminio);

2) laser CO2 a gas.

Recentemente sono apparse anche saldatrici laser, il cui elemento attivo è una fibra ottica di quarzo.Tali laser consentono la saldatura di materiali "problematici": rame e ottone ad alta riflettività, titanio.

Le capacità di varie saldatrici laser sono mostrate nelle tabelle 1 e 2.

Esempi di modalità di saldatura laser a gas CO2 sono riportati nella Tabella 3.

Tabella 1 — Spessore della lamiera e potenza del laser di saldatura

Tabella 2 — Applicabilità dei laser

Tabella 3 — Modalità di saldatura testa a testa laser con un laser a gas

Il diametro del raggio laser è solitamente di 0,3 mm. Le saldature di testa saldate con un raggio inferiore a 0,3 mm possono presentare mancanza di adesione e mancanza di penetrazione. La saldatura con laser fino a 10 kW viene solitamente eseguita senza riempitivo.

A causa della piccola area interessata dal calore durante la saldatura laser, la saldatura si raffredda molto rapidamente. Ciò può avere conseguenze sia negative che positive sulla qualità del giunto saldato. Molti metalli danno le migliori proprietà fisiche e meccaniche con un rapido raffreddamento delle giunzioni. Tuttavia, durante la saldatura dell'acciaio inossidabile, ciò può portare alla rottura della saldatura. L'aumento dell'ampiezza dell'impulso a 10 ms e il preriscaldamento aiutano a eliminare questo fenomeno.

Con la giusta scelta di materiali e modalità di saldatura, la saldatura laser produce cuciture della massima qualità.

I sistemi laser possono essere suddivisi in 3 categorie:

1) Dispositivi di custodia. In tali dispositivi, i pezzi vengono collocati in uno speciale spazio chiuso contenente un'atmosfera protettiva neutra e un raggio laser. Il saldatore può controllare e monitorare il processo di saldatura utilizzando uno speciale sistema ottico.

2) Dispositivi destinati alla saldatura all'aperto.Il raggio laser ha diversi gradi di libertà e produce movimenti programmati. La zona di saldatura è protetta da un flusso di gas.

3) Dispositivi destinati alla saldatura laser manuale. Le torce laser sono molto simili alle torce per saldatura TIG. Il raggio laser viene trasmesso alla torcia tramite una fibra ottica. Durante la saldatura, il saldatore tiene la torcia laser in una mano e il materiale d'apporto nell'altra.

Tabella 4 — Confronto tra diversi tipi di saldatura laser

I vantaggi della saldatura laser includono:

1) una piccola area di effetto termico del raggio laser sul materiale e, di conseguenza, deformazioni termiche insignificanti;

2) la possibilità di saldare in punti difficili da raggiungere, in un ambiente trasparente alla radiazione laser (vetro, liquidi, gas);

3) saldatura di materiali magnetici;

4) piccolo diametro del fascio luminoso, possibilità di microsaldatura, cordone di saldatura stretto con buone caratteristiche estetiche;

5) la capacità di automatizzare il processo;

6) manipolazione flessibile del fascio luminoso mediante trasmissione ottica;

7) la versatilità delle apparecchiature laser (possibilità di utilizzo per saldatura e taglio laser, marcatura e foratura);

8) la possibilità di saldare materiali diversi.

Svantaggi della saldatura laser:

1. Elevato costo e complessità delle apparecchiature laser.

2. Requisiti elevati per la preparazione, la pulizia dei bordi di saldatura.

3. Impossibilità di saldare parti con pareti spesse, potenza insufficiente.L'aumento della potenza dei laser di saldatura è limitato dal fatto che con un effetto più forte del raggio laser sul metallo, viene attivamente disperso nella zona di saldatura, danneggiando il sistema ottico del dispositivo e disattivando il laser nel giro di poche ore .