Saldatrice laser. Vantaggi, principio di funzionamento, criteri di scelta

Il laser come strumento di saldatura è stato utilizzato per la prima volta negli anni '60; poi sono stati i laser di cristallo di rubino. L'applicazione industriale attiva di questa tecnologia è iniziata negli anni '80: la potenza dei laser CO2 da laboratorio ha raggiunto i 25 kW, per la saldatura sono stati utilizzati anche laser Nd-YAG a stato solido e a disco.

Nel 1996, dopo 4 anni di ricerca e sperimentazione, si è concluso il progetto EuroLASER, che ha portato all'approvazione dell'uso commerciale della saldatura laser nell'industria cantieristica.

L'uso di saldatrici laser in questo settore riduce i costi totali di un fattore due e ha anche un impatto sul tempo di processo complessivo. Ad esempio, nel Regno Unito, presso il cantiere navale Vosper Thornycroft, le corvette erano state costruite un anno più velocemente proprio grazie all'introduzione della saldatura e del taglio laser nel processo produttivo. In Germania, una tecnologia simile nella costruzione navale riduce il peso delle navi fino al 30%.

Mentre in passato erano necessarie enormi unità laser per lavorare in modo efficiente, ora una saldatrice laser pesa circa 45 kg e si adatta facilmente al bagagliaio di un'auto.

Ma queste non sono le uniche caratteristiche dei laser. In questo articolo spiegheremo più in dettaglio i vantaggi della saldatura laser all'itterbio, come funziona, con quali materiali, dove e come viene utilizzata e cosa cercare quando si sceglie una saldatrice laser.

Vantaggi della saldatura laser e come si differenzia dai metodi tradizionali

I principali vantaggi delle saldatrici laser sono l'ottimizzazione, l'accelerazione e la riduzione del costo del processo riducendo il peso della costruzione finale. Ad esempio, quando è stata utilizzata la saldatura laser per produrre l'Airbus A380, il peso dell'aeromobile era stato ridotto del 15% rispetto al precedente modello A340 semplicemente utilizzando rivetti saldati al laser invece della tradizionale rivettatura. Il consumo di cherosene per volo attraverso l'Atlantico è stato ridotto di 750 kg, con un risparmio di 9.000.000 di euro in 25 anni.

Per motivi di chiarezza e specificità, citeremo le saldatrici laser di uno dei leader del mercato mondiale, Wattsan, come uno dei migliori produttori per combinare qualità, funzionalità avanzate e convenienza.

Quindi, i vantaggi della saldatura laser includono:

• Qualità della saldatura. Le proprietà fisiche e meccaniche della saldatura dopo la saldatura laser sono praticamente identiche a quelle del materiale originale. Non ci sono difetti come: sacche di gas, aumento dello spessore della cucitura, appannamento e scorie.
• Piccola zona termicamente alterata. Le proprietà della radiazione laser consentono di saldare il metallo senza surriscaldarlo o bruciarlo eccessivamente, riducendo al minimo le distorsioni di curvatura. Ciò è particolarmente vero per i prodotti in metallo a parete sottile.
• Velocità. In alcuni casi, è fino a 4 volte più veloce rispetto ai metodi di saldatura convenzionali. La velocità media di saldatura laser è compresa tra 1 e 10 m/min, con saldatura eseguita in un'unica passata.
• Non è necessaria alcuna elaborazione aggiuntiva . In particolare, non è necessaria la preparazione dei bordi o il pretrattamento e il posttrattamento.
• Versatilità. La saldatrice laser è adatta per la maggior parte dei metalli e delle materie plastiche. Può essere rapidamente impostato per nuovo materiale. La saldatura laser è facile da integrare nel processo di produzione.
• Facile da padroneggiare. La saldatura laser non richiede conoscenze o esperienze approfondite: anche un principiante entrerà rapidamente nel processo grazie a modalità preimpostate per diversi materiali e impostazioni per la traiettoria del raggio laser per diversi compiti, che imitano automaticamente i movimenti dell'elettrodo di tipi tradizionali di saldatura.
• Nessun filo di apporto richiesto. Le strutture con uno spazio di 0,3 mm o inferiore possono essere saldate senza filo d'apporto mediante una saldatrice laser. Le parti tagliate sulle macchine per il taglio laser dei metalli Wattsan sono particolarmente ben saldate. Maggiori informazioni sulle taglierine laser per metalli .
• Sicurezza. La saldatura laser è molto più sicura rispetto ai metodi di saldatura tradizionali, in quanto non vi è alcun rilascio di metallo fuso o scintille pericolose durante il funzionamento. Rende anche le condizioni di lavoro più confortevoli.

• Saldatura, pulizia e taglio 3 in 1. Alcune saldatrici laser, come la Wattsan Laser Weld A1500 , combinano tre funzioni: saldatura laser, pulizia e taglio. Questa versatilità consente di semplificare e velocizzare alcuni processi produttivi.

Come funziona la saldatura laser

Un raggio laser viene generato nella sorgente utilizzando diodi di pompaggio. Quindi, lungo la fibra ottica, il raggio passa in un mezzo attivo con una riflessione vicina al 100% in una torcia di saldatura laser dove è installata una lente di focalizzazione. Dopo la messa a fuoco, il raggio raggiunge una densità spettrale di potenza estremamente elevata.

Lo spessore massimo della saldatura laser dipende dalla potenza dell'emettitore. Lo spessore minimo si misura in decimi o addirittura centesimi di millimetro, a seconda del materiale, e avviene con deliberata sfocatura.

La torcia di saldatura è dotata di speciali specchi azionati elettricamente che possono guidare il raggio laser per simulare il percorso della saldatura. Mentre la saldatura tradizionale richiede un saldatore esperto per eseguire questa operazione, la saldatura laser richiede semplicemente che la pistola sia guidata uniformemente in linea retta.

La saldatura laser ha diverse modalità di percorso del raggio:

• V,
• Sottosopra,
• Circolare,
• C,
• Piazza,
• Zigzag.
• Figura 8
• J
• T
• Dritto a gradini

Ogni tipo di percorso viene utilizzato per attività specifiche, che si tratti di saldatura convenzionale, saldatura angolare, rivettatura o altre attività.

La saldatura laser di solito avviene in un ambiente gassoso, che non solo crea un ambiente protettivo per la saldatura, ma raffredda anche l'ugello e la lente protettiva. A tale scopo vengono utilizzati azoto, elio e argon. Il consumo di gas nella saldatura laser è molto più economico rispetto alla saldatura tradizionale.

Cosa si può fare con una saldatrice laser

Poiché la saldatura laser è una tecnologia piuttosto costosa, è più adatta per grandi applicazioni come industrie chimiche, nucleari, petrolifere e del gas, aerospaziali, militari, mediche, automobilistiche e cantieristiche.

La tecnologia sta gradualmente diventando più accessibile, quindi viene utilizzata anche in altre applicazioni più piccole. Tuttavia, la saldatura laser è ancora una soluzione costosa per uso personale.

Materiali che possono essere saldati con una saldatrice laser:

• acciaio al carbonio,
• acciaio bassolegato,
• leghe strutturali ad alta resistenza,
• acciai inossidabili,
• leghe di alluminio, rame e ottone,
• titanio,
• plastica,
• materiali dissimili.

Tipi di saldature da eseguire:

• giunto di testa,
• giunto di bordo,
• giunto a T,
• articolazione del giro,
• giunto d'angolo.

Criteri per la scelta di una saldatrice laser

Se hai deciso di acquistare una saldatura laser, vale la pena esaminare la potenza dell'emettitore, la funzionalità e l'usabilità della pistola di saldatura, le opzioni software, il metodo di raffreddamento e la compatibilità con i trainafilo di apporto.

Emettitore di saldatura laser e sua potenza

La potenza determina lo spessore che la saldatrice laser sarà in grado di saldare con una buona qualità. Gli spessori di saldatura specifici dei materiali di base sono riportati nella tabella sottostante.

Pistola per saldatura laser e sue funzioni

La pistola laser è leggera, quindi è facile lavorare per lunghi periodi senza interruzioni in qualsiasi posizione, anche in luoghi difficili da raggiungere.

Grazie alla testa a doppio motore, le pistole di saldatura laser Wattsan sono in grado di simulare percorsi di saldatura speciali progettati per compiti diversi.

La larghezza della cucitura è regolabile da 0,1 a 5 mm. La lunghezza della fibra è di 5 metri come standard, ma può essere realizzata a 10, 15 o 20 metri.

Alcuni modelli avanzati, come il Laser Weld A1500 , consentono anche di utilizzare la saldatura laser come laser cutter e macchina per la pulizia laser.

Alimentatore filo d'apporto

Per la saldatura senza filo di apporto, le parti devono combaciare bene. È possibile lavorare senza filo di apporto se lo spazio tra le parti non è superiore a 0,3 mm.

Qualsiasi trainafilo con un diametro di 0,8, 1,0, 1,2 e 1,6 mm è adatto per le saldatrici Wattsan e anche la pistola per saldatura è adatta a questo.

Software, funzionalità e gamma di impostazioni per la saldatura laser

Le saldatrici laser Wattsan hanno:

• interfaccia user-friendly, con tutte le impostazioni visualizzate sullo schermo;
• 70 parametri di saldatura preimpostati per diversi metalli e spessori;
• la possibilità di salvare le proprie impostazioni dei parametri per le attività più frequenti (è possibile modificare la percentuale di potenza, la frequenza della radiazione laser da 50 a 30 000 Hz, la frequenza delle ripetizioni dei modelli di traiettoria di saldatura, il ciclo di carico, ovvero il dovere ciclo e altri parametri)
• controllo della configurazione/forma della saldatura
• il gas e il raggio laser sono controllati tramite la pistola di saldatura
• regolazione della larghezza della cucitura nell'intervallo 0,5-5 mm
• controllo programmato della pressione del gas.

Raffreddamento della saldatura laser

Il raffreddamento più comune per le saldatrici laser è un refrigeratore integrato nell'alloggiamento con due circuiti: uno per il raffreddamento dell'emettitore e l'altro per il raffreddamento della torcia di saldatura. Il vantaggio del raffreddamento ad acqua è che puoi saldare continuamente 24 ore su 24.

Il raffreddamento ad aria richiede interruzioni periodiche del lavoro per normalizzare la temperatura, ma la pratica dimostra che tali interruzioni sono molto spesso naturali e inevitabili durante il processo di saldatura.

Il vantaggio principale della saldatura raffreddata ad aria è la sua compattezza. Se hai intenzione di acquistare una saldatrice laser, confronta la Wattsan Laser Weld 1000 raffreddata ad acqua con la Wattsan Laser Weld A1500 raffreddata ad aria. Il primo modello pesa 180 kg e ha dimensioni di 1120x550x1120 mm, mentre il secondo, il modello raffreddato ad aria, pesa solo 45 kg e ha dimensioni quasi la metà: 650x300x621 mm.

Conclusioni

La saldatura laser supera i metodi di saldatura tradizionali di un fattore da 3 a 4, con una giunzione perfettamente piana e liscia e con proprietà identiche al materiale originale. Ecco perché la saldatura laser è il futuro di qualsiasi settore in cui è necessaria la tecnologia di saldatura.

Se si desidera acquistare una saldatrice laser, è importante non solo scegliere la macchina giusta, ma anche rivolgersi a un'azienda affidabile.

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