Differenti tipi di sorgenti laser per saldatura

Le potenze richieste per la saldatura variano a seconda del laser e delle specifiche dell'applicazione. 

• Laser a fibra: popolari per la saldatura di materiali metallici grazie alla loro efficienza e alla qualità del fascio. Le potenze disponibili variano ampiamente, da pochi kW a 50 kW o più.
• Laser Nd:YAG (neodimio-dopato ittrio alluminio granato): tradizionalmente usati nella saldatura per la loro capacità di essere guidati attraverso fibre ottiche, i laser Nd:YAG sono disponibili fino a circa 6 kW.
• Laser CO₂: Questi laser sono stati tra i primi ad essere utilizzati industrialmente per il taglio e la saldatura. Possono raggiungere potenze molto elevate, fino a 20 kW e oltre.
• Laser a diodi: molto efficienti, usati sia singolarmente sia in configurazioni combinate (ad esempio, ibridi a diodo-fibra). La potenza può arrivare, con sistemi di alta potenza disponibili fino a 12 kW o più.

La scelta del tipo di laser e della potenza dipenderà dall'applicazione specifica, dal materiale da saldare e dalle richieste di produzione. Le potenze elevate sono particolarmente utili per applicazioni che richiedono profonde penetrazioni e velocità di saldatura elevate, mentre i sistemi di minore potenza sono adatti per lavorazioni più delicate o per materiali più sottili.

Principi di funzionamento

L'energia fornita al mezzo attivo dal meccanismo di pompaggio (lampade, flash, scariche elettriche o a radiofrequenza, ecc.) viene restituita sotto forma di energia luminosa che, dopo la concentrazione nella cavità ottica, crea il raggio laser.
Il fascio viene quindi trasportato da una serie di ottiche, oppure da una fibra ottica, come  nel caso dei laser Nd:YAG, alla testa di lavoro, i cui componenti principali sono  una lente di focalizzazione e un ugello attraverso il quale viene convogliato il gas di assistenza, principalmente argon.
Nel caso di mezzo attivo gassoso (es.: CO₂) viene utilizzata anche una miscela a base di diossido di carbonio, azoto e gas rari, detta laserante. 

Tipi di sorgenti laser

Sorgenti laser CO₂

I laser a CO₂ utilizzano normalmente una miscela composta da diossido di carbonio (CO₂), azoto (N₂) e elio (He). Ogni componente ha una funzione specifica che contribuisce al funzionamento ottimale del laser. 
Il diossido di carbonio è il componente attivo. Quando eccitato, emette fotoni a una lunghezza d'onda di circa 10,6 micrometri nel lontano infrarosso. 
L'azoto ha un ruolo cruciale nell'aumentare l'efficienza del laser, si eccita maggiormente rispetto al CO₂ e facilita il trasferimento energetico alle molecole di CO₂, mantenendole costantemente pronte a emettere fotoni laser.
L'elio, essendo un ottimo conduttore,  serve principalmente per il trasferimento termico. Aiuta a rimuovere il calore dalle zone di scarica e a mantenere una temperatura uniforme all'interno del tubo del laser. Questo è vitale per la stabilità del processo. 
Per alcune specifiche sorgenti possono essere utilizzati anche altri gas complementari come xenon, ossigeno, monossido di carbonio, idrogeno ecc…

Sorgenti laser ND:Yag

Nd:YAG è una sorgente che utilizza un mezzo attivo allo stato solido. Come sorgente viene utilizzato un cristallo di ittrio-alluminio-granato, dopato con neodimio. Questo cristallo ha la qualità di avere un elevato grado di conduttività termica, un'alta resistenza meccanica e una buona qualità ottica. A differenza del laser CO₂, il design del sistema Nd:YAG è più semplice e la sua lunghezza d'onda è maggiormente assorbibile dai metalli rispetto a quella del laser CO₂, con il vantaggio di avere una migliore efficienza del processo a parità di risultati. 

Sorgenti laser Fibra

Un laser a fibra è un laser in cui il mezzo attivo è una fibra ottica drogata con terre rare (erbio, itterbio, neodimio..). Il laser viene generato ed erogato da un mezzo intrinsecamente flessibile, che consente un'erogazione più semplice e alta precisione rispetto alla posizione di messa a fuoco e al bersaglio. Un altro vantaggio è l'elevata potenza di uscita rispetto ad altri tipi di laser grazie all'elevato rapporto tra superficie e volume della fibra, che consente un raffreddamento molto efficiente.

Sorgenti laser a diodi

Sono costituiti da una pila di diodi (semiconduttori). Ciascun elemento (diodo) emette un fascio con una potenza massima di 20-50 W.
I diversi fasci provenienti dalla pila vengono elaborati otticamente e combinati per formare un punto focale largo qualche decimo di mm e lungo qualche mm. Le densità di energia raggiunte rimangono basse (< 105 W/cm2) rispetto ai laser Nd:YAG e CO₂, ma sono comunque sufficienti per la saldatura di lamiere di piccolo o medio spessore. La  tecnologia a diodi è estremamente compatta a basso costo di manutenzione, con un'efficienza della sorgente superiore al 40% e a un basso costo energetico specifico.

Sorgenti laser a diodi