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Saldatura laser a fibra
La saldatura laser è una tecnica di saldatura utilizzata per congiungere più componenti metallici. Un laser produce un fascio di luce ad alta intensità concentrato in un unico punto. Questa fonte di calore concentrata consente di eseguire saldature circoscritte e profonde a elevate velocità di saldatura.
Le tecniche di saldatura laser tradizionali, come ad esempio i laser a CO2 ad onda continua, sono limitate in termini di accuratezza e apportano alla saldatura molto calore indesiderato. D'altra parte, i limiti del tradizionale laser Nd:YAG pulsato sono la velocità massima di saldatura, la dimensione minima del punto e l'efficienza di conversione di energia elettrica in ottica. Un numero crescente di applicazioni richiede una maggiore precisione, una minore potenza termica assorbita e un minore consumo di energia elettrica. La tecnologia di saldatura laser a fibra ottica a onda continua offre queste caratteristiche.
In un laser a fibra, la luce laser viene generata in una fibra attiva e guidata al pezzo mediante una fibra di trasporto flessibile che funge da "guida per la luce". La flessibilità di indirizzamento del fascio laser è una caratteristica importante per molte forme di lavorazione dei materiali come il taglio laser, la saldatura laser, la marcatura laser e l'incisione laser.
Onda continua contro onda pulsata per la saldatura dei metalli
I laser a fibra sono disponibili con entrambi i tipi di trasferimento di energia: Continua e pulsata. Come dice il nome, i laser ad onda continua (CW) sono caratterizzati da un'emissione continua e ininterrotta. L'emissione può crescere gradualmente (soft-start) all'accensione, modulare l’energia quando è attiva, e calare allo spegnimento (crater filler). Naturalmente, questo tipo di laser può anche essere acceso e spento per generare impulsi. Tuttavia, il livello massimo di potenza non può mai superare la potenza media.
Al contrario, i laser a fibra pulsata forniscono impulsi di energia tipicamente da dieci a venti volte superiore alla loro potenza media. Ad esempio, un laser può avere una potenza media di 300 W e una potenza di picco di 6000 W. Questi laser sono spesso indicati come laser a fibra ad onda quasi continua (QCW).
Saldatura laser di pezzi molto piccoli e strutture sottili
È possibile saldare anche i pezzi più piccoli con un laser a fibra a bassa potenza, tipicamente nella gamma di potenza media da 100 a 200 W. Questi laser sono adatti per questo tipo di saldatura per le loro caratteristiche: [Profondità di penetrazione della saldatura laser a fibra]
- Diametro del nucleo della fibra molto piccolo. Il basso livello di potenza e la qualità elevata del fascio consentono di focalizzare una potenza fino a 500 W in nuclei da 10 o 20 micron. Questo si traduce in dimensioni del punto di saldatura molto piccole.
- Eccellente stabilità di potenza. Un laser a fibra è stabile fino 10% del suo livello di potenza. Ad esempio, un laser da 200 W rimane stabile fino a 20 W di potenza. Se combinato con una lunghezza d'impulso di 1 ms, è possibile raggiungere energie d'impulso di saldatura di 20 mJ. Questo è sufficiente per le saldature richieste dalla saldatura di precisione dei metalli.
Applicazioni tipiche sono gli stent, le piccole reti in ambito medicale e le membrane sottili per i sensori di pressione. I materiali tipici sono i fili Nititol da 50 micron, i fili di bobina di platino da 10 a 50 micron, i lamierini d'acciaio inossidabile da 10 micron, ecc.
da 0,012" rame a 0,015" acciaio
Da rame nichelato da 0,012" a acciaio 0,015"
Saldatura circoscritta di metalli a media potenza e alta velocità
I laser a fibra da 500 W a 1200 W e con un diametro dell'anima della fibra compreso tra 100 e 300 micron, tipicamente sostituiscono i laser a impulsi YAG e a disco per la saldatura di precisione dei metalli. In questa gamma, il laser a fibra fornirà una maggiore velocità di saldatura a parità di investimento. La velocità di saldatura può essere fino a dieci volte superiore. A titolo indicativo, un laser a fibra da 500 W eseguirà una saldatura di 1 mm di profondità e 1 mm di larghezza a circa 1 cm/secondo su acciaio dolce. Questo laser è difficile da battere in termini di rapporto qualità-prezzo, ove l'applicazione sia adatta a questo tipo di saldatura.
Saldatura circoscritta di metalli a media potenza con laser monomodali
I laser nella gamma di potenza fino a 500 W con fibra di piccolo diametro, da 20 micron o meno, offrono un tipo speciale di saldatura. Grazie al diametro ridotto, si otterrà un'altissima concentrazione di energia. In questo modo si realizza una saldatura con foro di penetrazione (keyhole).
Questo tipo di saldatura è normalmente accoppiato a una testa di scansione che permette al fascio laser di procedere ad altissima velocità. Il fascio laser può essere spostato lungo un percorso lineare o circolare o a oscillazione, per ottenere un fascio di saldatura più ampio.
Saldatura laser ad alta potenza di metalli
I laser a fibra nella gamma di potenza da 1000 W a 5000 W sono in grado di saldare connessioni metalliche più pesanti ad alta velocità. Le applicazioni sono molto diversificate, e comprendono lamiere in acciaio inox per piani cucina, pannelli posteriori in acciaio zincato per TV LCD a schermo piatto, lamiere in acciaio per statori di motori elettrici, parti strutturali come scarichi di turbocompressori, soffietti in acciaio inox, fili di rame, contatti per batterie, ecc. Possono essere saldati spessori fino a 5 mm a velocità fino a 50 cm/secondo. I laser a fibra in questa fascia di potenza stanno sempre più sostituendo altri processi di saldatura come la saldatura a resistenza (saldatura a punti), la saldatura TIG, la saldatura MIG, la saldatura a fascio elettronico, ecc. Con i laser a questi livelli di potenza, la velocità di saldatura è in genere limitata solo dalla velocità di spostamento del sistema o dei pezzi e dal meccanismo di alimentazione dei pezzi da e verso il sistema. Nei prossimi anni, la potenza di questi laser dovrebbe aumentare del 20–30% di anno in anno, cosicché sempre più i processi di saldatura tradizionali saranno sostituiti dalla saldatura laser.