Innanzitutto, il principio di base della saldatrice laser
Il cuore di una saldatrice laser è un raggio di energia altamente concentrato generato da una sorgente di luce laser, che viene generalmente generata da un generatore laser e focalizzata in un'area molto piccola da un sofisticato sistema ottico. Le sorgenti di luce laser possono essere di diversi tipi, come laser a stato solido (ad esempio, Nd:YAG, laser a fibra), laser a gas (ad esempio, laser a CO₂) o laser a semiconduttore.
1. Conversione e trasmissione dell'energia laser
Innanzitutto, la saldatrice laser genera il laser attraverso un mezzo di eccitazione (ad esempio, una lampada allo xeno che emette luce da un cristallo Nd:YAG guidato da un'alta tensione, o una fibra drogata di elementi di terre rare in un laser a fibra eccitato da una sorgente luminosa a pompa ). Il raggio laser attraversa una serie di specchi ed elementi di regolazione del percorso ottico per garantirne la collimazione e la focalizzazione, ed infine colpisce la superficie di giunzione del materiale da saldare con uno spot ad altissima densità di potenza.
2. Modalità di saldatura a conduzione termica e a penetrazione profonda
Il processo di saldatura laser si divide in due tipologie fondamentali in base alla densità di energia:
Saldatura a conduzione termica: quando la densità di potenza del laser è bassa (circa inferiore a 10^4 ~ 10^5 W/cm²), l'energia laser viene trasmessa principalmente all'interno del materiale attraverso la conduzione del calore, in modo che la superficie del materiale viene fuso e si forma una pozza fusa poco profonda, quindi viene realizzata la saldatura. Questa modalità è adatta per la saldatura di materiali in lamiera sottile o parti di precisione, la velocità di saldatura è relativamente lenta, ma la precisione è elevata.
Saldatura laser a penetrazione profonda: quando la densità di potenza del laser aumenta a più di 10^5 ~ 10^7 W/cm², il raggio laser può riscaldare rapidamente la superficie del materiale alla temperatura di vaporizzazione, formando un "effetto buco". La pressione del vapore ad alta temperatura spinge il metallo circostante a fluire, creando una pozza fusa profonda, stretta, a forma di buco della serratura. Il metallo fuso rifluisce attorno al buco della serratura, si raffredda e si solidifica per formare un robusto giunto saldato, caratterizzato da penetrazione profonda, alta velocità e ampio formato.
3. Controllo e ottimizzazione
Nel processo di saldatura laser è essenziale controllare con precisione la posizione del fuoco laser, la velocità di saldatura, la potenza del laser e l'atmosfera protettiva. I sistemi di monitoraggio in tempo reale e di feedback energetico garantiscono un processo di saldatura stabile e affidabile con penetrazione ottimale, zona minima influenzata dal calore e morfologia ideale del cordone di saldatura.