Saldatura laser e taglio laser: caratteristiche e vantaggi

La tecnologia laser è in costante evoluzione, e le sue applicazioni si moltiplicano. Già largamente diffuso nel taglio, l’utilizzo del laser nell’ambito della saldatura inizia a prendere piede anche nell’industria meccanica.

La saldatura laser (LBW – Laser Beam Welding) è uno dei processi più recenti.

Il laser è un fascio di luce preciso e ad alta energia, in grado di generare calore. Attualmente, l’utilizzo industriale della tecnologia laser è principalmente focalizzato sul taglio laser nella lavorazione delle lamiere, ma le sue potenzialità si estendono ad altri ambiti, inclusa la saldatura. Nello specifico, la saldatura laser trova impiego nel settore automobilistico e meccanico per la sua capacità di creare saldature sottili e profonde, caratterizzate da un’elevata resistenza.

Leggi anche Le 7 principali tecniche di saldatura

La saldatura laser è adatta a una vasta gamma di materiali, tra cui acciaio, alluminio, rame e titanio. Questa tecnologia consente anche di saldare materiali di spessore molto sottile, come le lamiere.

È doveroso sottolineare che, tra i vari metalli, l’acciaio e l’acciaio inossidabile sono quelli che assorbono meglio le lunghezze d’onda utilizzate nella saldatura laser allo stato solido. Di conseguenza, è possibile ottenere risultati ottimali in termini di precisione e tempi di saldatura, soprattutto rispetto a metalli meno assorbenti come rame e alluminio.

Con la saldatura laser generalmente non è usato metallo d’apporto. Rispetto alle tecniche tradizionali come TIG e MIG, questa tecnica di saldatura presenta il vantaggio di una velocità di esecuzione molto elevata.

Durante il processo di saldatura, il raggio laser è direzionato sul pezzo mediante l’uso di specchi o fibre ottiche e viene focalizzato sulla zona di unione dei materiali da saldare. Il metallo assorbe il fascio di luce laser, convertendolo in energia termica (calore) che riscalda la regione specifica del pezzo a temperature estremamente elevate, riducendo al minimo l’apporto termico.

Attraverso un movimento relativo tra il raggio laser focalizzato e il pezzo, quest’ultimo inizia a fondersi sotto l’azione dell’energia, creando un cordone di saldatura lungo l’intera giunzione da saldare. Al fine di prevenire l’ossidazione del bagno durante la saldatura, può essere utilizzato un gas inerte (Argon, Elio o Azoto) che viene insufflato nell’area interessata dal bagno di saldatura.

Il pezzo non subisce deformazioni termiche durante il trattamento. Per questo motivo, il cordone di saldatura ottenuto possiede una notevole robustezza meccanica.

Il raggio laser fornisce una sorgente di calore concentrata, consentendo una saldatura sottile e profonda, priva di sbavature o piccole impurità.

Inoltre, il fascio laser può essere guidato anche in punti di difficile accesso e focalizzato su aree molto limitate o molto estese, a seconda delle necessità. Utilizzando una potenza maggiore distribuita su una superficie più ampia, la saldatura sarà più superficiale. Al contrario, utilizzando una potenza inferiore su una superficie più circoscritta, la saldatura sarà più profonda.

Quali sono i vantaggi della saldatura laser? Ecco i principali:

• La saldatura laser è altamente precisa
• Solitamente è più veloce di altri metodi di saldatura
• Poiché la saldatura laser genera meno calore rispetto ad altri processi, le deformazioni dei materiali sono generalmente ridotte al minimo
• Questa tecnica consente un ampio controllo sulla distribuzione del calore durante il processo di saldatura
• Non richiedendo l’uso di elettrodi, il rischio di contaminazione del materiale durante il processo di saldatura è minimo
• Può essere utilizzata per creare saldature ermetiche, che impediscono la penetrazione di gas o liquidi attraverso le giunzioni saldate. Questo è importante nella produzione di dispositivi medicali e componenti per l’industria aerospaziale, settori che sfruttano la saldatura laser robotizzata
• Può essere utilizzata per unire una vasta gamma di metalli, tra cui acciaio, alluminio, rame e titanio.
• Le saldature laser producono giunzioni pulite e ben definite, quindi solitamente richiedono meno lavori di finitura o rettifica.
• Questo processo genera meno fumi, vapori e scorie rispetto ad altri processi di saldatura.

Tuttavia, la saldatura laser non è ancora largamente diffusa nel mondo industriale a causa di alcune limitazioni, come i costi elevati per l’acquisto e la manutenzione dei sistemi laser, l’adeguata preparazione delle superfici dei materiali da saldare; nonché delle aree di lavoro tramite celle chiuse volte a proteggere il personale dai raggi laser che, rimbalzando sul pezzo, si disperdono nell’ambiente circostante.

Questa tecnica richiede una scrupolosa preparazione dei lembi, il che comporta notevoli investimenti nello staffaggio dei componenti e nelle operazioni preliminari alla saldatura. Infatti, anche piccole fessure tra le due lamiere da unire possono compromettere l’efficacia dell’intero processo.

Inoltre, la tecnica è più efficace per saldature lineari e semplici e richiede l’utilizzo di attrezzature specializzate, il che la rende particolarmente costosa. È da considerarsi meno adatta per saldature di grandi dimensioni o per la realizzazione di giunti complessi.

In aggiunta, la saldatura laser può essere sensibile alle variazioni di spessore e di riflettività dei materiali e, per questo motivo, richiede attenzioni particolari.

Il taglio laser è una tecnica che consente di tagliare una vasta gamma di metalli (acciaio a basso e ad alto tenore di carbonio, leghe di alluminio, acciaio inossidabile), senza bisogno di ulteriori lavorazioni.

Il metodo è adatto per lamiere metalliche con spessore massimo (minimo) di 0,5 mm e offre tagli di precisione eccezionale, senza difetti o irregolarità lungo i bordi delle lavorazioni.

Attraverso l’utilizzo di un raggio laser e di una lente, viene concentrata una grande quantità di energia su una piccola area di lamiera. La superficie, riscaldandosi, raggiunge rapidamente lo stato di fusione. Allo stesso tempo, un flusso di gas viene convogliato lungo il raggio laser attraverso un ugello posizionato dopo la lente di focalizzazione, generando una spinta sufficientemente forte da rimuovere il materiale fuso e creare un taglio. Durante il processo, il raggio laser e la lamiera vengono mossi lungo la traiettoria desiderata per effettuare il taglio.

• Taglio laser con gas inerte: possono essere impiegati Azoto, Argon ed Elio. Il risultato presenta una buona qualità (la striatura laterale è minima).
• Taglio assistito ossigeno: l’ossigeno reagisce con il materiale metallico durante la lavorazione, generando ossido metallico. Questa reazione rilascia energia aggiuntiva, contribuendo alla fusione del materiale e accelerando il processo di lavorazione. Disponendo di maggiore potenza, è possibile tagliare superfici più spesse o lavorare più celermente. Tuttavia, rispetto al taglio con gas inerte, i tagli si presentano geometricamente più irregolari e ricoperti da un sottile strato di ossido metallico.

A seconda della sorgente di energia, le principali tipologie di taglio laser sono il taglio laser CO2, a fibra e quello a diodo.

Il taglio laser CO2 utilizza laser a gas che si basano su una miscela gassosa di biossido di carbonio eccitato elettricamente. La qualità di taglio è eccellente, anche su lamiere spesse di acciai legati.

Il taglio laser a fibra, invece, utilizza un raggio laser amplificato tramite fibre di vetro. Queste sono alimentate con energia tramite diodi di pompaggio. Vista la maggiore velocità e la minore necessità di manutenzione, è un processo più efficiente rispetto al laser CO2 che permette di tagliare metalli non conduttivi come ottone e rame.

Infine, il taglio laser a diodo combina i vantaggi delle due tipologie precedenti, garantendo consumi energetici più bassi. Il laser a diodo offre performance di taglio superiori rispetto al laser CO2 e, rispetto al laser a fibra, è più veloce ed adatto a materiali riflettenti.

Risulta chiaro che la scelta della sorgente nel taglio laser dipenderà dalle esigenze specifiche del progetto e dei materiali da lavorare.

Le macchine per il taglio laser sono composte da diverse componenti: la testa di taglio, un sistema di assi o un braccio robotizzato, una struttura schermata per la sicurezza e il controllo numerico per gestire il processo di lavorazione. A seconda del tipo di lavorazione richiesta, come il taglio di lamiere piane, strutture tridimensionali o tubi, varia la struttura di supporto e i metodi di fissaggio del pezzo.

Il taglio laser 2D viene utilizzato per ottenere sagomati da fogli di lamiera piana ed è spesso seguito da piegatura, stampaggio o imbutitura. Le macchine per il taglio laser 2D lavorano su 2+1 assi (x, y e un asse z per lo spostamento dell’oscillatore). Grazie alla semplicità dei semilavorati di partenza, come fogli di lamiera di diversi spessori, queste macchine possono essere dotate di sistemi di stoccaggio e caricamento automatici per aumentare la produttività.

Il taglio laser 3D consente di ottenere semilavorati o prodotti finiti da lamiere che sono state precedentemente piegate, stampate o imbutite, quindi presentano una struttura tridimensionale. Questa lavorazione trova applicazione in settori come l’industria automobilistica o aerospaziale, in cui il taglio avviene dopo le fasi di deformazione. Lavorare su tre dimensioni richiede tecnologie più complesse, come macchine con 6 assi o robot.

Il taglio laser dei tubi implica il serraggio del tubo in un mandrino, similmente alla tornitura, per consentire lo spostamento dell’oscillatore lungo l’asse. La potenza del laser deve essere modulata in base allo spessore e al diametro del tubo per evitare danni.

I vantaggi del taglio laser includono:

• versatilità di spessori e materiali,
• velocità,
• precisione,
• qualità del prodotto finale,
• costi di lavorazione limitati.

Questa lavorazione presenta vantaggi sia nella fase di progettazione sia in quella di produzione.

Dal punto di vista progettuale, il processo permette di tagliare geometrie su lamiere piane, già piegate o imbutite, pianificando un ciclo di produzione che preveda l’utilizzo di superfici che potranno successivamente essere unite tramite saldatura. Grazie all’alta precisione del taglio laser, è possibile realizzare tasselli di posizionamento e relative sedi, semplificando il processo di posizionamento e montaggio. Questi vantaggi sono particolarmente evidenti nella produzione di prototipi o piccole serie, con costi economici contenuti.

Casa della Saldatura, azienda con sede in provincia di Brescia e attiva dal 1986 nel settore delle saldature sui metalli, è specializzata in processi produttivi robotizzati e manuali. Tra le diverse tecniche padroneggiate e utilizzate per realizzare prodotti semilavorati, finiti e assiemi complessi dagli alti standard qualitativi, prediligiamo le seguenti tipologie saldatura:

• Saldatura TIG
• Saldatura a filo (MIG-MAG)
• Saldatura a proiezione (Puntatura)
• Saldatura a scarica di condensatore (Capacitiva)

Grazie all’esperienza maturata e alla profonda conoscenza del tessuto industriale bresciano, particolarmente attivo nella lavorazione dei metalli, siamo in grado di offrire un servizio completo di gestione del prodotto: dal puro conto terzi alla realizzazione di prodotti finiti o semilavorati in piccole o grandi serie.

La collaborazione con aziende specializzate nelle diverse fasi produttive, situate nelle vicinanze, ci consente di gestire ogni aspetto della produzione al massimo livello di qualità.

Avvalendoci di fornitori specializzati nella deformazione a freddo delle lamiere e nei trattamenti superficiali dei metalli, siamo in grado di coprire tutti i diversi processi della lavorazione lamiera e dei trattamenti superficiali della lamiera, tra cui il taglio laser.

Il nostro obiettivo? Garantire la massima soddisfazione del cliente, fornendo soluzioni personalizzate e assicurando la piena qualità in ogni fase del processo produttivo.