Applicazione della saldatura laser su acciaio inossidabile 2

Applicazione della saldatura laser su acciaio inossidabile

Fondamenti della saldatura laser

Comprendere i fondamenti della saldatura laser è essenziale per produrre saldature resistenti e uniformi nell'acciaio inossidabile. Il processo si basa su parametri strettamente controllati che determinano la profondità di penetrazione, la larghezza della saldatura e la dimensione della zona termicamente influenzata. I seguenti concetti definiscono come il laser interagisce con l'acciaio inossidabile e come diverse impostazioni influenzano i risultati.

Conduzione VS. Modalità Keyhole

Modalità conduzione: L'energia del laser fonde la superficie del metallo e il calore si propaga nel materiale principalmente per conduzione termica. Questo produce saldature poco profonde e larghe con minima vaporizzazione, ideali per sezioni sottili, apporto di calore ridotto e saldature estetiche.

Modalità keyhole: A densità di potenza più elevate, il laser vaporizza il metallo nel punto focale del fascio, creando una piccola cavità (keyhole). Il fascio penetra in profondità, permettendo saldature strette e profonde in sezioni più spesse. Questa modalità offre la massima penetrazione, ma richiede un controllo preciso per evitare porosità e instabilità.

Onda Continua (CW) VS. Pulsata

Onda Continua (CW): Fornisce una potenza costante e ininterrotta. Ideale per saldature lunghe e continue dove velocità e penetrazione uniforme sono prioritarie, comune nelle linee di produzione automatizzate.

Pulsata: Fornisce energia a intervalli controllati. Utile per componenti sensibili al calore, lavorazioni di precisione o saldatura a punti. La saldatura pulsata riduce le deformazioni e l'ingiallimento da calore, risultando adatta per assemblaggi precisi e componenti in acciaio inossidabile sottili.

Qualità del Fasce, Dimensione del Punto e Energia per Unità di Lunghezza

Qualità del Fasce: Una maggiore qualità del fascio (misurata tramite M²) produce un punto più piccolo e concentrato, permettendo saldature più fini e una maggiore penetrazione a potenza ridotta.

Dimensione del Punto: Punti più piccoli aumentano la densità di energia, migliorando la penetrazione. Punti più grandi distribuiscono il calore, riducendo il rischio di bruciatura in materiali sottili.

Energia per Unità di Lunghezza: L'equilibrio tra potenza del laser e velocità di avanzamento determina l'energia totale immessa. Troppa energia provoca distorsioni e un'elevata HAZ (Heat Affected Zone); troppo poca energia causa una fusione debole o incompleta.

Oscillazione e Ottiche a Scansione

Saldatura con Oscillazione: Prevede l'oscillazione del fascio laser in piccoli pattern mentre avanza lungo il giunto. Migliora il superamento dei giochi, riduce la sensibilità all'allineamento e può produrre cordoni di saldatura più larghi e tolleranti.

Ottiche a Scansione: Utilizzano specchi o galvanometri per spostare il fascio laser ad alta velocità sulla superficie del pezzo. Consentono modifiche rapide dei pattern, la realizzazione di più punti di saldatura e l'integrazione con l'automazione. Sono particolarmente utili nella produzione di massa e per geometrie complesse.

Le prestazioni della saldatura laser dipendono da come si controlla l'interazione tra il fascio e il materiale. La saldatura in modo conduzione è adatta per saldature fini e poco profonde, mentre il modo keyhole permette una penetrazione profonda. La saldatura in continua (CW) offre velocità e costanza, mentre il modo pulsato consente di controllare il calore in componenti delicati. La qualità del fascio e la dimensione del punto determinano la densità di energia, ed è fondamentale abbinare l'energia per unità di lunghezza al giunto per garantire resistenza senza deformazioni. Tecniche avanzate come la saldatura a oscillazione e le ottiche di scansione aumentano la flessibilità, rendendo la saldatura laser uno strumento versatile per la lavorazione dell'acciaio inossidabile in diversi settori industriali.

Regole di progettazione e preparazione del giunto

Nella saldatura laser, la progettazione del giunto e la precisione dell'assemblaggio influenzano direttamente la qualità della saldatura, la penetrazione e l'aspetto. A differenza di alcuni processi di saldatura ad arco, la saldatura laser offre una minore tolleranza per grandi spazi vuoti o disallineamenti a causa del suo fascio stretto e della piccola piscina di metallo fuso. La scelta del tipo corretto di giunto, la preparazione accurata dei bordi e l'assicurazione di un assemblaggio preciso sono essenziali per ottenere saldature in acciaio inossidabile resistenti e prive di difetti.

Giunti a testa a testa

Descrizione: Due pezzi allineati nello stesso piano, uniti lungo i loro bordi.

Considerazioni sulla saldatura laser: Funziona al meglio con spazi minimi o nulli (<0,1 mm per sezioni sottili). Richiede una preparazione precisa dei bordi per evitare una fusione incompleta. La modalità keyhole viene spesso utilizzata per sezioni più spesse.

Applicazioni: Pannelli in lamiera, recipienti in pressione, tubazioni.

Giunti sovrapposti

Descrizione: Un pezzo si sovrappone all'altro e il laser penetra attraverso lo strato superiore fino a quello inferiore.

Considerazioni sulla saldatura laser: Efficace per unire spessori diversi. Il sovrapposizione deve essere uniforme e le superfici devono essere pulite per evitare contaminazioni intrappolate. Una leggera sfocatura può migliorare la consistenza della penetrazione.

Applicazioni: Pannelli della carrozzeria automobilistica, involucri, assemblaggi strutturali leggeri.

Giunti a cordone

Descrizione: Pezzi uniti ad angolo, tipicamente a 90°, con metallo saldato depositato nell'angolo.

Considerazioni sulla saldatura laser: Ideale per l'automazione, ma richiede un preciso allineamento del giunto. L'arrotondamento dei bordi può migliorare l'accesso del fascio in angoli stretti. La saldatura oscillante può aiutare a riempire uniformemente il giunto.

Applicazioni: Strutture a telaio, staffe, strutture a scatola.

Bordi e Angoli

Descrizione: Include giunti angolari e saldature di bordo, dove il fascio fonde il materiale al confine.

Considerazioni sulla saldatura laser: Particolarmente sensibile agli errori di allineamento. Un apporto ridotto di calore minimizza la deformazione, ma è necessaria una precisa fissazione per mantenere invariata la geometria. Spesso utilizzata per componenti in acciaio inossidabile decorativi grazie alle giunzioni pulite e visibili.

Smussi e preparazioni

Descrizione: Bordi smussati o preparati per permettere una maggiore penetrazione o ospitare materiale d'apporto.

Considerazioni sulla saldatura laser: Diffusa per sezioni più spesse di acciaio inossidabile dove è richiesta una penetrazione in un'unica passata. L'angolo di smusso e la faccia della radice devono essere costanti; un eccessivo smusso può ridurre l'efficienza del giunto.

Saldatura di puntatura

Descrizione: Saldature piccole e temporanee che mantengono i pezzi allineati prima della saldatura definitiva.

Considerazioni sulla saldatura laser: Impedisce lo spostamento dei componenti durante la saldatura e minimizza le variazioni di gioco. Le saldature di puntatura al laser sono rapide, provocano poche deformazioni e sono facili da automatizzare. La distanza tra le puntature deve essere proporzionale allo spessore del materiale e alla rigidità del giunto.

La saldatura laser richiede un preciso assemblaggio e una preparazione costante delle giunture, poiché il processo genera una piccola pozza di metallo fuso con scarsa tolleranza per eventuali giochi o disallineamenti. Le giunture a testa a testa necessitano di un contatto quasi perfetto tra i bordi, le giunture a sovrapposizione richiedono superfici pulite e ben sovrapposte, e le giunture a cordone d'angolo beneficiano di un accesso preciso agli angoli. I bordi, gli angoli e i chanfro devono essere uniformi per garantire una penetrazione completa, e la saldatura provvisoria assicura che le parti rimangano allineate durante la saldatura ad alta velocità. Seguendo queste regole di progettazione delle giunture e di assemblaggio, le saldature su acciaio inossidabile saranno resistenti, precise e visivamente pulite.