Assemblaggio di saldatura
1. Spazi vuoti e disallineamenti nell'assemblaggio
La qualità dell'assemblaggio è fondamentale per garantire la qualità della saldatura. Spazi eccessivi o disallineamenti durante l'assemblaggio possono facilmente causare difetti come bruciature, scarsa formazione del cordone di saldatura e penetrazione incompleta. Lo spazio tra i componenti per i giunti d'angolo e di testa deve essere il più piccolo possibile. La Tabella 8-2 elenca i requisiti relativi a spazi e disallineamenti nella saldatura laser autogena portatile.
Per garantire le dimensioni del pezzo, ridurre la deformazione e prevenire il disallineamento dell'area da saldare a causa della deformazione torsionale durante la saldatura, è generalmente necessaria una saldatura a punti prima della saldatura vera e propria. Per la saldatura a punti di assemblaggio si utilizza lo stesso metodo di processo della saldatura vera e propria. La lunghezza dei punti di saldatura è di 20-30 mm e i requisiti di qualità per i punti di saldatura (ad esempio, profondità e larghezza di penetrazione) sono inferiori a quelli della saldatura vera e propria. Generalmente si utilizza una velocità di avanzamento maggiore per la saldatura a punti rispetto alla saldatura vera e propria. Nell'ottica di garantire un collegamento affidabile, i punti di saldatura devono essere piatti, lunghi e sottili, e non eccessivamente grandi, larghi o alti. I punti di saldatura richiedono inoltre un'adeguata protezione per evitare l'ossidazione.
3. Dispositivi di fissaggio e morsetti
La saldatura laser viene utilizzata principalmente persaldatura di lamiere sottiliNella saldatura di lamiere sottili, la saldatura viene solitamente eseguita sul lato anteriore del pezzo, con una fusione sufficiente sul lato posteriore per ottenere una saldatura posteriore ben formata. Per la selezione dei parametri: un basso apporto termico può causare una fusione incompleta sul retro; un apporto termico elevato, pur garantendo la completa penetrazione sul retro, può portare a bruciature dovute alla gravità del metallo fuso o a una larghezza di fusione sproporzionata rispetto allo spessore del pezzo. Per prevenire le bruciature, se il pezzo lo consente, è opportuno utilizzare dispositivi di fissaggio per bloccarlo durante la saldatura di lamiere sottili, premendo il lato anteriore e posizionando una piastra di supporto in rame o acciaio inossidabile sul lato posteriore. Ciò previene variazioni negli spazi di assemblaggio o disallineamenti causati dalla deformazione da saldatura ed evita il collasso termico. Quando il pezzo presenta una dissipazione del calore non uniforme nelle diverse zone per motivi strutturali, l'utilizzo di dispositivi di fissaggio per bilanciare la dissipazione del calore è altrettanto efficace, con l'obiettivo di formare saldature con dimensioni uniformi sia sul lato anteriore che su quello posteriore.
Selezione dei parametri di saldatura
In generale, i parametri della saldatura laser includono la potenza del laser, la durata dell'impulso laser, il grado di defocalizzazione, la velocità di saldatura e il gas di protezione.
1. Potenza laser
Nella saldatura laser esiste una soglia di densità di potenza. Al di sotto di questa soglia, la profondità di penetrazione è ridotta; una volta raggiunta o superata, la profondità di penetrazione aumenta significativamente. Il plasma viene generato solo quando la densità di potenza del laser sul pezzo supera la soglia, indicando una saldatura stabile a penetrazione profonda. Al di sotto della soglia, si verifica solo la fusione superficiale (saldatura stabile a conduzione termica). In prossimità della condizione critica per la formazione del keyhole, la penetrazione profonda e la saldatura a conduzione termica si alternano, dando luogo a un processo instabile con ampie fluttuazioni nella profondità di penetrazione. La potenza del laser è uno dei parametri più critici nella lavorazione laser e un fattore determinante per la profondità di penetrazione della saldatura. Per un diametro fisso del punto focale, la densità di potenza del laser è proporzionale alla potenza del laser: una potenza maggiore aumenta la profondità di penetrazione e la velocità di saldatura. Tuttavia, una potenza eccessiva provoca un grave surriscaldamento del bagno fuso, aumenta la larghezza della saldatura e la zona termicamente alterata (ZTA) e genera più spruzzi, che possono contaminare la lente di saldatura. Con un'elevata potenza, lo strato superficiale può essere riscaldato fino al punto di ebollizione e vaporizzato in modo significativo in pochi microsecondi, rendendolo ideale per processi di asportazione di materiale come foratura, taglio e incisione. Con una potenza inferiore, la superficie impiega millisecondi per raggiungere il punto di ebollizione e lo strato sottostante si fonde prima della vaporizzazione della superficie, facilitando una buona saldatura per fusione.
2. Durata dell'impulso laser
La durata dell'impulso laser, o "larghezza dell'impulso", è un parametro chiave nella saldatura laser pulsata. Essa è determinata dalla profondità di penetrazione e dalla zona termicamente alterata (HAZ): impulsi più lunghi aumentano la HAZ e la profondità di penetrazione aumenta con la radice quadrata della durata dell'impulso. Tuttavia, impulsi più lunghi riducono la potenza di picco, pertanto vengono generalmente utilizzati per la saldatura a conduzione termica, formando saldature ampie e poco profonde, particolarmente adatte per giunzioni a sovrapposizione di lamiere sottili e spesse. Tuttavia, una bassa potenza di picco causa un eccessivo apporto di calore e ogni materiale ha una durata dell'impulso ottimale per la massima profondità di penetrazione.
3. Selezione del livello di sfocatura
La posizione del punto focale è fondamentale insaldatura a fusione laserQuando il fuoco è al di sopra della superficie del pezzo, la profondità di penetrazione è ridotta, rendendo difficile la saldatura a penetrazione profonda. Quando il fuoco è al di sotto della superficie, la densità di potenza all'interno del pezzo è maggiore rispetto alla superficie, favorendo una fusione e una vaporizzazione più intense, consentendo all'energia di penetrare più in profondità nel pezzo e aumentando la profondità di penetrazione. Esistono due modalità di defocalizzazione: defocalizzazione positiva (piano focale al di sopra del pezzo) e defocalizzazione negativa (piano focale al di sotto del pezzo). In pratica, per lamiere spesse che richiedono un'elevata profondità di penetrazione, si utilizza la defocalizzazione negativa, con il fuoco del laser tipicamente a 1-2 mm al di sotto della superficie del pezzo. Per lamiere sottili, si preferisce la defocalizzazione positiva, con il fuoco a 1-1,5 mm al di sopra della superficie.
4. Velocità di saldatura
A parità di altri parametri, la profondità di penetrazione diminuisce all'aumentare della velocità di saldatura, mentre l'efficienza migliora. Velocità eccessivamente elevate non soddisfano i requisiti di penetrazione; velocità eccessivamente basse causano sovrafusione, saldature larghe, surriscaldamento della zona termicamente alterata e maggiore tendenza alla formazione di cricche a caldo.saldatura laser pulsataLa velocità è determinata anche dalla frequenza massima degli impulsi e dalla sovrapposizione richiesta dei punti: ogni punto di impulso successivo deve sovrapporsi in una certa misura. Pertanto, per una data potenza laser e spessore del materiale, esiste un intervallo di velocità ottimale, entro il quale si ottiene la massima profondità di penetrazione a una velocità specifica.
5. Gas di protezione
Durante la saldatura laser, si utilizzano spesso gas inerti per proteggere il bagno di fusione. Sebbene alcuni materiali non richiedano protezione dall'ossidazione superficiale, la maggior parte delle applicazioni la necessita. Tradizionalmente, per la saldatura laser di leghe di alluminio si utilizzano Ar, N₂ ed He per prevenire l'ossidazione. Teoricamente, l'elio è il gas più leggero con la più alta energia di ionizzazione, ma a bassa potenza e alta velocità, il plasma è debole, minimizzando le differenze tra i gas. Studi dimostrano che, nelle stesse condizioni, l'N₂ induce più facilmente la formazione di fori di penetrazione a causa di reazioni esotermiche con l'alluminio; i composti ternari Al-NO risultanti presentano un maggiore assorbimento del laser. Tuttavia, l'N₂ puro forma fasi Al-N fragili e pori nelle saldature. I gas inerti, essendo leggeri, fuoriescono senza causare pori, rendendo le miscele di gas più efficaci. Recentemente, la ricerca sulla saldatura laser dell'alluminio utilizzando miscele di Ar-O₂ e N₂-O₂ è aumentata.
6. Assorbimento di materiale
L'assorbimento dell'energia laser da parte dei materiali dipende da proprietà quali l'assorbività, la riflettività, la conduttività termica, la temperatura di fusione e la temperatura di evaporazione, con l'assorbività che risulta essere la più critica. I fattori che influenzano l'assorbività includono:
Resistività elettrica: per le superfici lucidate, l'assorbività è proporzionale alla radice quadrata della resistività, che varia con la temperatura.
Condizioni della superficie: Influiscono significativamente sull'assorbimento e quindi sui risultati della saldatura.
Consigli operativi e divieti per la saldatura laser a fibra portatile
1. Evitare le radiazioni dell'arco elettrico
Saldatrici laser a fibra portatiliUtilizzare laser a fibra di classe 4 che emettono radiazioni a (1080±3) nm con potenza di uscita superiore a 1000 W (a seconda del modello). L'esposizione diretta o indiretta può danneggiare occhi o pelle. Sebbene invisibile, il raggio può causare danni irreversibili alla retina o alla cornea. Indossare sempre occhiali di sicurezza laser certificati quando il laser è in funzione. Non guardare mai direttamente la testa di uscita mentre il laser è acceso, nemmeno con gli occhiali di sicurezza.
2. Impostazione dei parametri di saldatura
Impostare una bassa potenza laser sul touchscreen (come mostrato in Figura 8-2). Posizionare l'ugello in rame della testa di saldatura contro il pezzo e premere l'interruttore della torcia per emettere il laser per la saldatura. Parametri tipici: frequenza laser 5000 Hz, velocità del galvanometro 300–600, ritardo del gas >100 ms, duty cycle 100% per emissione continua. Regolare la larghezza della saldatura in base agli spazi di assemblaggio; la potenza è regolabile da 0 a 1000 W (0–100% del massimo). Dopo aver inserito i parametri, fare clic su "OK" e salvare affinché le impostazioni abbiano effetto.
4. Non aumentare eccessivamente la velocità di saldatura
Le saldature si formano spostando la sorgente laser (vedere Figura 8-3). Profondità e larghezza dipendono dalla velocità e dalla potenza, con velocità tipiche di 1-3 m/min, che producono superfici lisce e prive di scaglie con un rapporto di aspetto <1. A parità di corrente e tensione, la variazione della velocità influisce direttamente sull'apporto di calore, modificando la penetrazione e la larghezza. Velocità eccessivamente elevate causano un riscaldamento insufficiente, con conseguente riduzione della penetrazione, larghezza ridotta, sottosquadri, porosità e penetrazione incompleta.
Pulizia meccanica: utilizzare spazzole in acciaio inossidabile o ruote pneumatiche per rimuovere gli ossidi fino a ottenere una finitura bianco brillante. Saldare immediatamente dopo la lucidatura; ripetere la lucidatura se la saldatura viene ritardata di oltre 36 ore.
Pulizia chimica: rimuovere gli ossidi mediante reazioni chimiche (i metodi variano a seconda del materiale). La Tabella 8-3 elenca i metodi di pulizia chimica per le leghe di alluminio. Rimuovere olio/polvere con solventi organici (benzina, alcol isopropilico) mediante immersione, pulizia e asciugatura.
5. Ridurre al minimo la porosità
Nella saldatura laser delle leghe di alluminio, la formazione di pori di idrogeno è frequente. Per ridurli, è necessario rimuovere umidità, olio e ossidi dalla superficie. Prolungare il tempo di raffreddamento del bagno fuso (aumentando la durata dell'impulso) favorisce la fuoriuscita dei gas, poiché il rapido ciclo termico della saldatura laser limita il rilascio di gas. Evitare posizioni di fuoco o di defocalizzazione negativa, dove intense reazioni nel bagno fuso e la vaporizzazione della lega aumentano la porosità; utilizzare un'energia più bassa tramite una defocalizzazione regolata per ridurre la vaporizzazione.
6. Presta attenzione alla postura durante l'utilizzo della torcia.
Le torce laser portatili (vedere Figura 8-4) sono più pesanti delle torce TIG e hanno cavi spessi, causando affaticamento all'operatore. Per saldature prolungate, impugnare la torcia con entrambe le mani, mantenere l'ugello a contatto con il pezzo, allineare visivamente la saldatura e tirare la torcia costantemente verso di sé. Regolare la postura in base alla posizione di saldatura per ridurre al minimo l'affaticamento e il numero di giunzioni.
7. Prevenire le lesioni da laser
Un utilizzo improprio può causare incidenti. Attenetevi a queste regole:
Non fissare mai la testina di uscita del laser durante il funzionamento.
Non utilizzarelaser a fibrain ambienti poco illuminati/bui.
Non puntare mai la torcia verso le persone quando il dispositivo è attivo.
Utilizzare barriere metalliche entro 3 metri dall'area di saldatura.
Limitare l'accesso alla zona di saldatura ai soli operatori.
Indossare dispositivi di protezione individuale (occhiali, maschere e guanti certificati). Non fissare mai la testa di uscita del laser mentre è acceso, nemmeno indossando gli occhiali protettivi.
Maneggiare la torcia e il cavo con cura (raggio di curvatura minimo >200 mm).
Disattivare il tasto di emissione laser quando non in uso.
Garantire la qualità dell'ugello per un'efficace protezione dai gas:
Pareti interne lisce, concentriche rispetto al laser.
Sostituire tempestivamente gli ugelli deformati per mantenere un movimento costante della torcia.
La dimensione dell'apertura dell'ugello (vedere Figura 8-6) influisce sulla qualità della saldatura: aperture più ampie aumentano il flusso di gas, accelerando la solidificazione e aumentando i rischi di porosità/fessurazioni.
8. Evitare velocità elevate per le leghe sensibili alle crepe
Saldatura laser portatileUtilizza torce galvanometriche oscillanti autogene, senza filo. Le alte velocità riducono la penetrazione, restringono le saldature, causano sottosquadri e interrompono la copertura del gas di protezione, peggiorando la protezione. Utilizzare velocità inferiori per leghe sensibili alle cricche.
9. Garantire la qualità delle giunzioni
Le differenze di temperatura e la saldatura senza filo possono causare bruciature, crateri o cricche. Saldare in modo continuo per ridurre al minimo le interruzioni; se le interruzioni sono inevitabili (ad esempio, cambi di posizione, saldatura segmentata), rallentare leggermente (10 mm) prima di fermarsi per evitare la formazione di crateri. Riprendere la saldatura 20 mm dietro il cratere precedente per garantire la sovrapposizione e la qualità.
10. Seguire il corretto movimento della torcia
Avvicinare la torcia a sé (da lontano a vicino) senza oscillazioni laterali. Mantenere una velocità costante monitorando la formazione uniforme della saldatura. Per la saldatura verticale, utilizzare un movimento verso il basso (non verso l'alto) per favorire una rapida solidificazione e garantire un movimento costante.
11. Evitare sottosquadri, raccordi piccoli e collassi nelle saldature a sovrapposizione
Per le saldature a sovrapposizione, regolare l'angolo di incidenza del laser in modo che il galvanometro copra 2/3 della piastra verticale (vedere Figura 8-7). Questo fonde la piastra verticale (come materiale d'apporto) e 1/3 della piastra di base per conduzione termica, formando una saldatura di dimensioni adeguate dopo il raffreddamento. Saldature a sovrapposizione di scarsa qualità indeboliscono la resistenza del giunto, riducono la resistenza alle cricche o causano cedimenti strutturali: evitare il sottosquadro.
12. Ridurre la riflettività nella saldatura delle leghe di alluminio
L'alluminio riflette dal 60% al 98% dell'energia laser. La riflettività diminuisce bruscamente al punto di fusione e si stabilizza allo stato fuso. L'assorbività diminuisce con l'aumentare dell'angolo di incidenza; l'assorbimento massimo si verifica ad incidenza normale (tenere conto della protezione delle lenti). Ridurre la riflettività rimuovendo gli ossidi tramite pulizia meccanica/chimica.
13. Uso corretto del gas di protezione
Il gas di protezione influisce sulla formazione, la penetrazione e la larghezza della saldatura. La maggior parte dei gas migliora la qualità, ma può presentare degli svantaggi:
Ar: Bassa energia di ionizzazione, elevata formazione di plasma (che riduce l'efficienza del laser) ma inerte, economico e denso, copre efficacemente il bagno fuso (ideale per uso generale).
N₂: Energia di ionizzazione moderata (riduce il plasma meglio dell'Ar), ma reagisce con l'alluminio/acciaio al carbonio formando nitruri fragili, riducendo la tenacità (non raccomandato per questi materiali). Adatto per l'acciaio inossidabile, dove i nitruri ne aumentano la resistenza.
14. Portata del gas di protezione
Il gas viene espulso attraverso l'ugello a una pressione specifica. Il design idrodinamico dell'ugello e il diametro di uscita sono fondamentali: deve essere sufficientemente ampio da coprire la saldatura, ma ristretto per evitare flussi turbolenti (che aspirano aria e causano porosità). Per la saldatura laser manuale, la portata tipica è di 7 l/min. Un flusso eccessivo mescola i contaminanti nel bagno di fusione, compromettendo la purezza del gas: è quindi necessario selezionare la portata corretta.
15. Posizione di messa a fuoco del laser
Posizione focale: Punto più piccolo, energia più elevata: utilizzare persaldatura a puntio requisiti di bassa energia e dimensioni minime del punto (vedere Figura 8-8).
Sfocatura negativa: punto più ampio (aumenta con la distanza dal fuoco) - adatto per la saldatura continua a penetrazione profonda e la saldatura a punti profonda.
Sfocatura positiva: punto più ampio (aumenta con la distanza dal fuoco) - adatto per la sigillatura superficiale o la saldatura continua a bassa penetrazione.
Controllo per la saldatura a penetrazione completa: un leggero cambiamento di colore sul retro indica una buona qualità; segni/penetrazioni evidenti causano spruzzi o solchi profondi nella saldatura continua. Regolare la messa a fuoco, l'energia e la forma d'onda in base ai campioni. Utilizzare punti più piccoli per i materiali più sottili per evitare la perforazione.
Data di pubblicazione: 21 agosto 2025
