Come saldare l'acciaio con tecnica laser?

La saldatura a fascio laser è una tecnica molto versatile e adatta per saldare in un'ampia gamma di applicazioni e diversi materiali come:

• Acciaio al carbonio e acciai basso legati
• Acciaio inox
• Acciaio zincato
• Ottone e alluminio
• Oro, argento e platino
• Nichel e titanio

Tipi di Acciai

Acciai al carbonio

• Acciai strutturali
  Questi acciai sono caratterizzati dalle loro proprietà meccaniche: resistenza allo snervamento, alla trazione, all'allungamento e all'energia di frattura da impatto (resilienza). In generale, maggiore è la resistenza alla trazione di questi acciai, maggiori sono le precauzioni da adottare per la loro saldatura (rischio di cricche a freddo in particolare). Tuttavia, a parità di proprietà meccaniche, le difficoltà di saldatura aumentano con il contenuto di carbonio, e più precisamente con il valore del carbonio equivalente.
• Acciai bassolegati e trattati termicamente
  La classificazione di questi acciai è definita dai loro componenti chimici, le cui proprietà finali sono ottenute dopo opportuno  trattamento termico.
  A seconda del tipo di trattamento previsto, delle dimensioni dei pezzi e delle proprietà finali desiderate, questi acciai possono essere legati al cromo, al nichel, al molibdeno e al vanadio, e in genere hanno un contenuto di carbonio molto più elevato rispetto agli acciai da costruzione. L’aumento di elementi in lega aumenta talvolta il rischio di cricche a caldo e a freddo.

Saldatura degli acciai al carbonio

Gli acciai ad alto carbonio sono particolarmente sensibili alla presenza di azoto e umidità, tra le principali cause di cricche a caldo. L’operatore opterà per una miscela di gas priva di  impurezze in azoto e umidità e, al contempo, dovrà avere particolare cura ad evitare qualsiasi contaminazione accidentale del bagno di fusione da parte di tali inquinanti provenienti dall'atmosfera circostante (verifica della tenuta della linea afferente la miscela di protezione, regolazione della portata di gas ottimale per evitare retro inquinamenti, ambiente privo di correnti atmosferiche che potrebbero influenzare la corretta protezione del bagno). 

Acciai inossidabili

Gli acciai inossidabili possono essere classificati in quattro categorie in base alla loro struttura metallurgica:

• Acciai austenitici: Questi acciai sono i più utilizzati. Oltre all'elevato contenuto di cromo, che li rende inossidabili, e alle eccellenti proprietà meccaniche fino a temperature criogeniche industriali (≈ -196°C), contengono un elevato contenuto di nichel, che conferisce loro una struttura austenitica, tipicamente non sensibile all’ossidazione.

Questi acciai inossidabili tuttavia sono sensibili al fenomeno della corrosione intergranulare. E’ utile la presenza di azoto che, per sua natura, è un elemento che, alle alte temperature raggiunte, favorisce la formazione del grano austenitico.  Questi acciai sono compatibili anche con l'uso di miscele di gas contenenti piccole percentuali di idrogeno.

• Acciai martensitici: Questi acciai sono facilmente temprabili. Maggiore è il contenuto di carbonio, maggiore è il contenuto di cromo. Sono generalmente utilizzati allo stato bonificato e hanno una resistenza alla trazione molto elevata.

Dal punto di vista metallurgico, il rischio principale nella saldatura a fascio laser è la cricca a freddo. Questi acciai possono essere saldati a patto di adottarne tutte le misure per minimizzare questo rischio. E’ sconsigliato l’utilizzo di miscele gassose contenenti idrogeno.

• Acciai ferritici e semi-ferritici: legati con cromo (>13%) e talvolta con aggiunte di titanio, niobio e molibdeno, questi acciai sono molto meno costosi degli acciai inossidabili austenitici. Tuttavia, offrono un'eccellente resistenza ad alcune forme di corrosione.

E’ possibile saldare questi acciai con il minore apporto termico specifico in modo da contenere il gradiente di temperatura in fase di raffreddamento. Per questi acciai occorre evitare la presenza di idrogeno.

• Acciai duplex e superduplex (austenitico-ferritici): sono utilizzati in settori industriali quali la produzione di petrolio, la chimica, la petrolchimica e la produzione di energia, nonché nei settori dell'edilizia e dell'agroalimentare. Il loro successo è giustificato dalla combinazione di buona resistenza alla corrosione ed elevate proprietà meccaniche.

Occorre porre attenzione a  mantenere l'equilibrio chimico dell'acciaio utilizzando miscele specifiche  contenenti una certa percentuale di azoto. Tale aggiunta al gas di saldatura compensa la perdita di azoto (elemento austenitizzante) dal bagno fuso e garantisce il corretto rapporto ferrite/austenite necessario a garantire la caratteristica di tenacità e resistenza alla corrosione tipica di questi acciai.
L'uso di miscele di gas contenenti idrogeno è sconsigliato in quanto può generare un rischio di cricche a freddo.

Vantaggi della saldatura laser in acciaio

Rispetto ai tipi di saldatura più tradizionali, come la saldatura a resistenza o ad arco elettrico, l’utilizzo della saldatura laser per gli acciai offre numerosi vantaggi:

• In maggiori casi rispetto ai metodi tradizionali non necessita di materiale d'apporto.
• Processo automatizzabile con elevata precisione (maggiore qualità e durata).
• Elevata velocità di saldatura.
• Consente di saldare una grande varietà di di acciai.
• In grado di saldare da spessori molto sottili a diverse decine di millimetri
• Sezioni di saldatura più strette e profonde  e di bell'aspetto sia in sezione che in superficie.
• Possibilità di effettuare saldature complesse sia in geometria che in posizione di saldatura.
• Basso apporto specifico di calore (minori sforzi e deformazioni).
• Minore tempo per lavorazioni post saldatura
• Riduzione di sforzi e deformazioni delle saldature 

Il trend di sviluppo della saldatura laser è quello di sviluppare progressivamente macchine a maggiore potenza. Ad oggi è possibile saldare spessori fino diverse decine di millimetri.