Applicazione della saldatura laser su acciaio inossidabile 7

Difetti: Cause e Soluzioni

La saldatura laser su acciaio inossidabile offre una precisione senza pari, ma possono comunque verificarsi difetti se la preparazione del materiale, i parametri del processo o l'erogazione del gas di protezione non sono ottimizzati. A differenza della saldatura ad arco, la piccola piscina fusa della saldatura laser solidifica estremamente rapidamente, quindi anche lievi interruzioni nell'erogazione dell'energia o nel gas di protezione possono produrre imperfezioni visibili o nascoste. Di seguito è riportata un'analisi dettagliata dei principali tipi di difetto, delle loro cause radice e delle azioni correttive consolidate.

Porosità

· Causa metallurgica: Bolle di gas (idrogeno, ossigeno, azoto) intrappolate nella pozzetta fusa durante la solidificazione. L'idrogeno è il colpevole più comune, spesso proveniente dall'umidità o dagli idrocarburi sulla superficie del giunto.

· Cause specifiche del laser:

1. Sgrassaggio inadeguato (fluidi da taglio, oli, residui adesivi).

2. Assorbimento di umidità da ambienti umidi.

3. La turbolenza del gas di protezione richiama aria ambiente.

· Soluzioni:

1. Pulizia: Pulire con solvente e asciugare i pezzi immediatamente prima della saldatura.

2. Protezione: Mantenere un flusso laminare del gas; utilizzare ugelli più grandi o diffusori per evitare turbolenze.

3. Regolazione dei parametri: Ridurre leggermente la velocità di avanzamento per permettere ai gas di fuoriuscire prima della solidificazione; evitare una profondità eccessiva del foro chiave che potrebbe intrappolare gas.

Fessurazione a caldo (fessurazione da solidificazione)

· Causa metallurgica: un contenuto ridotto di ferrite nelle saldature completamente austenitiche provoca la concentrazione di impurezze ai bordi dei grani durante la solidificazione. Le tensioni di trazione derivanti dal restringimento generano crepe prima della completa solidificazione.

· Cause specifiche del laser:

1. Velocità di avanzamento molto elevate producono una solidificazione stretta e completamente austenitica.

2. Sistemi di fissaggio rigidi che impediscono il restringimento.

· Soluzioni:

1. Metallurgico: utilizzare un materiale d'apporto con maggiore potenziale ferritico (ad esempio ER308L, ER316L) per ottenere una percentuale di ferrite compresa tra il 3% e l'8%.

2. Gestione delle sollecitazioni: ridurre il vincolo nei sistemi di fissaggio; eseguire le saldature in modo sfalsato per distribuire le forze di restringimento.

3. Regolazione dei parametri: evitare velocità ultra-elevate su acciai sensibili; regolare il fuoco del fascio per ottenere un profilo del cordone leggermente più ampio.

Mancata fusione / Penetrazione incompleta

· Causa metallurgica: fusione incompleta delle facce del giunto o della radice dovuta a densità energetica insufficiente o posizionamento improprio del fascio.

· Cause specifiche del laser:

1. Fascio defocalizzato a causa di una posizione focale errata.

2. Squilibrio tra il fascio e la linea centrale del giunto.

3. Velocità di avanzamento eccessiva.

· Soluzioni:

1. Ottica: Verificare la lunghezza focale e la posizione; controllare la contaminazione dell'obiettivo.

2. Parametri: Aumentare la potenza o ridurre la velocità di avanzamento; ridurre l'ampiezza dell'oscillazione se eccessiva.

3. Adeguamento del giunto: Migliorare la preparazione del giunto e assicurarsi che il gioco sia inferiore a 0,1 mm per saldature autogene.

Scavatura / Riempimento insufficiente

· Causa metallurgica: Fusione del metallo di base all'estremità del cordone di saldatura senza riempimento sufficiente di metallo fuso.

· Cause specifiche del laser:

1. Elevata densità energetica combinata con avanzamento rapido, che trascina via il metallo all'estremità del cordone.

2. Posizionamento del fascio fuori centro.

· Soluzioni:

1. Ridurre la velocità di avanzamento o l'offset del fascio per migliorare la bagnabilità.

2. Aggiungere filo di apporto per colmare il gioco o modellare il cordone.

3. Regolare il gas di protezione per evitare una plumatura eccessiva di plasma che destabilizza la piscina fusa.

Instabilità del foro chiave / Schizzi

· Causa metallurgica: le fluttuazioni nella cavità di vapore (foro chiave) portano al collasso o all'espulsione del metallo fuso.

· Cause specifiche del laser:

1. Un'elevata densità di potenza provoca una vaporizzazione violenta.

2. La contaminazione crea un'assorbimento irregolare.

3. Scelta scorretta del gas di protezione o flusso inadeguato che causa una plumatura instabile.

· Soluzioni:

1. Ridurre leggermente la densità di potenza massima; regolare la posizione focale per garantire stabilità.

2. Assicurarsi che le superfici siano prive di ossidi e asciutte.

3. Utilizzare miscele di elio per stabilizzare il foro chiave in modalità di penetrazione profonda.

Sbiancamento e Ossidazione

· Causa metallurgica: il cromo nell'acciaio inossidabile si ossida quando il metallo caldo è esposto all'ossigeno, formando una colorazione termica che può ridurre la resistenza alla corrosione.

· Cause specifiche del laser:

1. Copertura insufficiente del gas di protezione durante e dopo la saldatura.

2. Temperature troppo elevate tra i passi o di raffreddamento senza protezione posteriore.

· Soluzioni:

1. Aumentare la protezione primaria e aggiungere schermi posteriori per coprire il cordone in raffreddamento per 2–5 secondi.

2. Utilizzare un gas ad alta purezza (>99,99%).

3. Minimizzare l'apporto termico mantenendo la penetrazione.

Deformazione eccessiva

· Causa metallurgica: l'elevato coefficiente di dilatazione termica dell'acciaio inossidabile amplifica anche piccole variazioni di temperatura, generando tensioni da ritiro.

· Cause specifiche del laser:

1. Fascio eccessivamente potente rispetto allo spessore del giunto.

2. Saldature lunghe e continue senza una sequenza bilanciata.

· Soluzioni:

1. Ridurre l'apporto di calore regolando la velocità o la potenza.

2. Eseguire le saldature in sequenza per bilanciare le sollecitazioni.

3. Utilizzare dispositivi di fissaggio con serraggio controllato che permettano una limitata espansione senza perdere l'allineamento.

Nella saldatura laser dell'acciaio inossidabile, la maggior parte dei difetti deriva da una tra quattro cause principali: contaminazione, scarsa controllo del fascio, apporto termico errato o protezione inadeguata. La porosità è causata da contaminazione o intrappolamento di gas, le cricche a caldo da un cattivo controllo della ferrite e da vincoli eccessivi, la mancata fusione da penetrazione insufficiente, il sottofondo da allineamento improprio del fascio, l'instabilità del keyhole da cavità di vapore instabili, la discolorazione dall'esposizione all'ossigeno e la distorsione da squilibrio termico. La soluzione è sempre mirata: eliminare la causa alla radice, non solo il sintomo, intervenendo su preparazione, parametri e distribuzione del gas di protezione.