Differenti tipi di sorgenti laser per saldatura

Analisi delle Sorgenti laser per saldatura e Guida alla Scelta

Le Sorgenti Laser: Una Panoramica Tecnica

Laser a Fibra (Fiber Laser) 
Utilizza una fibra ottica drogata con itterbio. Ha un’alta efficienza energetica (fino al 40%) e una qualità del raggio che permette spot piccolissimi.

Laser a Disco (Disk Laser) 
Una buona opzione per materiali riflettenti. La geometria a disco sottile facilita il raffreddamento e previene i danni da "riflesso di ritorno" (back-reflection), comuni quando ad esempio si salda alluminio ad alta potenza.

Laser a Diodo Diretto 
Ha una densità di potenza inferiore ma uno spot più ampio e uniforme (profilo top-hat). Eccellente per saldature con una finitura estetica superiore e su spessori sottili.

Laser Blu e Verdi 
Le "nuove frontiere". Lavorano a lunghezze d'onda più corte (es. 450 nm per il blu), dove, su certi materiali riflettenti come il rame, l'assorbimento resulta fino a 10 volte superiore rispetto ai laser infrarossi standard. Uno dei principali campi di utilizzo è l'elettronica.

Guida alla Scelta delle sorgenti

Scelta funzione di materiale da saldare e tipo di lavorazione richiesta

Criteri Decisionali Critici

La scelta della sorgente ottimale non può basarsi esclusivamente sulla potenza nominale del laser, ma richiede una valutazione più ampia riguardo i parametri fisico chimici ed economici strettamente interconnessi tra loro. Il primo, e più importante, fattore è l’efficienza di assorbimento del materiale alla specifica lunghezza d’onda della sorgente. Metalli altamente riflettenti nell'infrarosso (come il rame e l’alluminio) richiedono o il passaggio a lunghezze d'onda più corte nel visibile (blu/verde) oppure l'utilizzo di tecnologie di ‘beam shaping’ (modulazione spaziale del fascio). Quest'ultima consente di distribuire l'energia in modo da stabilizzare le pareti del keyhole e minimizzare le proiezioni di metallo fuso.

Un altro pilastro decisionale è il Beam Parameter Product (BPP), che quantifica la qualità del raggio e la sua attitudine a essere focalizzato. Un BPP molto basso (raggio di alta qualità) permette di concentrare l'energia in spot microscopici a grande distanza come ad esempio per la saldatura remote dove il raggio viene indirizzato velocemente da specchi mobili posizionati anche a un metro dal pezzo in lavorazione. Al contrario, se l'applicazione richiede tolleranze di accoppiamento più elastiche o una finitura estetica superficiale impeccabile, si preferiscono sorgenti con BPP più elevato (come il diodo diretto), alcune di queste lavorano anche per conduzione termica allargando il bagno di fusione.

Infine, l'equazione decisionale deve integrare il bilancio economico tra CAPEX (investimento iniziale) e OPEX (costi operativi). I laser a fibra e a disco si impongono sul mercato grazie a una wall-plug efficiency (efficienza di conversione da energia elettrica a ottica) che supera il 35-40%, riducendo drasticamente le bollette energetiche e i costi dei sistemi di refrigerazione rispetto ai vecchi laser a CO₂. La natura modulare dei diodi moderni garantisce inoltre un MTBF (Mean Time Between Failures) eccezionalmente lungo, traducendosi in una manutenzione quasi azzerata. Nelle linee di produzione di massa, la capacità di evitare fermi macchina imprevisti sposta l'ago della bilancia molto più del mero costo di acquisto iniziale della sorgente.

Gas di protezione nella saldatura laser

Quello della saldatura laser è un settore in piena espansione tecnologica e, analogamente, anche gli studi e le caratterizzazioni dei gas e delle miscele di protezione è in piena fase evolutiva.
Nel procedimento laser la metallurgia è molto diversa rispetto ai tradizionali procedimenti ad arco e di conseguenza la scelta del gas sarà principalmente funzione dei materiali da saldare e dell'impatto ‘fisico-chimico che il gas stesso avrà sul giunto saldato.
Ciò che sicuramente si può affermare è che, comunque, i gas utilizzati devono avere standard di purezza molto elevati, per evitare retro inquinamenti e per proteggere al meglio le torce dalle proiezioni termiche).
A seconda dei materiali trattati è possibile utilizzare Argon, Azoto, miscele Argon idrogeno o azoto idrogeno. Sono allo studio anche miscele con micro aggiunte di CO₂ o O₂. Per la protezione a rovescio normalmente viene utilizzato azoto o miscele azoto idrogeno.