Immaginate di trasformare le vostre operazioni di saldatura con la potenza del laser. Il mondo della saldatura laser offre una varietà di opzioni, tra cui laser a fibra, a diodi, a disco e CO2, ciascuno con vantaggi e applicazioni uniche. Questo articolo esplora le principali differenze tra questi tipi di laser, aiutandovi a prendere decisioni informate per ottenere prestazioni di saldatura ottimali. Dalla compatibilità dei materiali alla velocità e alla precisione, scoprite come la scelta del laser giusto possa rivoluzionare i vostri processi produttivi. Immergetevi per scoprire quale laser è più adatto alle vostre esigenze e come ottenere una saldatura di qualità superiore.
Quando si sceglie una sorgente luminosa per la saldatura laser, si devono prendere in considerazione diversi fattori, come il materiale di saldatura, la geometria del giunto, la velocità e altri ancora.
Nell'industria manifatturiera, la corretta selezione di una sorgente laser è una sfida pratica che i produttori devono affrontare a causa della diffusione della saldatura laser.
Attualmente, le sorgenti laser disponibili sul mercato comprendono fibre ottiche, Nd: YAG pulsato, diodi, dischi e CO2 sorgenti laser. (Nota: la sorgente laser Nd: YAG CW è stata ampiamente sostituita dai laser a fibra ottica e a disco e pertanto non viene trattata in questo articolo).
La scelta di una sorgente laser deve tenere conto di diversi fattori, tra i quali la materiale di saldaturageometria del giunto, velocità di saldatura, tolleranza geometrica, requisiti di integrazione del sistema e, naturalmente, vincoli di budget.
Ogni sorgente laser ha caratteristiche uniche che possono soddisfare diversi requisiti di saldatura. In alcuni casi, possono anche essere sostituite.
CO2 laser
Le emissioni di CO2 laser, che opera a una lunghezza d'onda di 10,6 μm con potenze da 1 a 20 kW, è una tecnologia laser ben consolidata. Dagli anni '80, è stata la sorgente laser dominante per le applicazioni di lavorazione dei materiali ad alta potenza, in particolare per il taglio e la saldatura di materiali spessi.
Laser a fibra
I laser a fibra sono sistemi altamente efficienti, pompati a diodo, che utilizzano una fibra ottica di piccolo diametro a base di silice drogata con elementi di terre rare come mezzo di guadagno attivo. La sorgente laser è integrata nella fibra stessa, eliminando la necessità di un complesso allineamento ottico e migliorando la stabilità complessiva del sistema.
Grazie al diametro ridotto del nucleo della fibra ottica accoppiato all'ottica di focalizzazione, i laser in fibra possono raggiungere dimensioni di spot di 10 μm, consentendo lavorazioni di alta precisione. Questi laser compatti sono disponibili in due configurazioni principali: monomodale a bassa potenza (< 300 W) per la saldatura e il taglio di precisione e multimodale ad alta potenza per applicazioni di saldatura e taglio industriali.
Laser a diodi
I recenti progressi nella tecnologia dei laser a diodi li hanno portati ad emergere come valide fonti di saldatura. Gli sviluppi principali includono l'aumento della potenza di emissione dei singoli diodi, il miglioramento delle tecniche di raffreddamento a microcanali e i progressi nella micro-ottica per accoppiare in modo efficiente l'uscita laser in fibre ottiche con diametri inferiori a 1000 μm. Questi miglioramenti hanno migliorato significativamente la qualità del fascio e la densità di potenza, rendendo i laser a diodi sempre più interessanti per le applicazioni di saldatura, in particolare negli scenari di saldatura a conduzione termica limitata.
Disco laser
Il laser a disco, noto anche come laser a disco sottile, utilizza un disco piatto e sottile di cristallo Yb:YAG come mezzo di guadagno in una configurazione laser CW. Questo design risolve efficacemente i problemi di gestione termica insiti nei laser a barra tradizionali. Il mezzo attivo, spesso in genere 0,25 mm (0,01 pollici), è raffreddato da un dissipatore di calore sulla sua superficie posteriore, consentendo un'efficiente rimozione del calore.
Questa architettura innovativa consente ai laser a disco di raggiungere potenze di uscita fino a 10 kW mantenendo un'eccellente qualità del fascio (M² < 1,5). La combinazione di potenza elevata e qualità superiore del fascio rende i laser a disco particolarmente adatti alla saldatura a penetrazione profonda e alle applicazioni di taglio ad alta velocità.
Laser Nd:YAG pulsato
I laser Nd:YAG pulsati utilizzano una singola barra di cristallo Nd:YAG come mezzo di guadagno, eccitata da lampade flash per generare impulsi di elevata potenza di picco con una potenza media relativamente bassa. Ad esempio, un sistema con una potenza media di 35 W può produrre potenze di picco fino a 6 kW. La combinazione di potenza di picco elevata e larghezza d'impulso ridotta (tipicamente nell'ordine dei millisecondi) consente un controllo preciso dell'energia immessa e delle dimensioni della zona interessata dal calore.
Questa caratteristica rende i laser Nd:YAG pulsati ideali per le applicazioni che richiedono saldature di alta qualità in materiali sensibili al calore o in sezioni sottili, come nella produzione di dispositivi medici o nell'industria elettronica. La possibilità di manipolare i parametri degli impulsi offre flessibilità nell'ottimizzazione della qualità della saldatura e nella riduzione della distorsione termica.
La scelta del laser può essere suddivisa in tre gruppi in base alla penetrazione: meno di 0,01 pollici, tra 0,01 e 0,03 pollici e più di 0,03 pollici.
In genere, per completare la saldatura si possono utilizzare più sorgenti laser, ma per motivi di prestazioni e di budget si possono scegliere solo una o due sorgenti luminose.
La decisione finale può essere influenzata anche da vari altri fattori, come la qualità del campione, le considerazioni geografiche, il servizio post-vendita, le preferenze degli integratori di sistema e la popolarità.
Il laser Nd: YAG pulsato è il laser più utilizzato, seguito dal laser a fibra. In termini di assemblaggio dei componenti, forma delle giunzioni, materiale e rivestimento, l'intera processo di saldatura deve essere controllato con precisione, rendendo il laser Nd: YAG pulsato la scelta migliore.
Grazie all'elevata potenza di picco, il laser Nd: YAG pulsato può produrre un fascio di saldatura con una dimensione del punto superiore a 1000 micron, offrendo una grande flessibilità nella scelta della dimensione del punto e massimizzando la finestra di processo della saldatura, garantendo al contempo le tolleranze necessarie nell'ambiente di produzione.
Il laser a fibra è l'unico laser a onda continua di questa categoria e può produrre una dimensione del punto dopo la focalizzazione del fascio inferiore a 25 micron, fornendo l'elevata densità di potenza richiesta per la saldatura. Tuttavia, per mantenere la competitività dei costi nel campo della microlavorazione, la potenza dei laser a fibra è generalmente limitata a 200W, il che limita la dimensione massima del punto e la densità di potenza.
Le dimensioni del giunto saldato non superano in genere i 75 micron, il che rappresenta una delle maggiori limitazioni dei laser a fibra. Nella produzione reale, è spesso difficile garantire un intervallo di errore di ± 15 mm quando si regolano i giunti o i componenti in base alla tolleranza di adattamento e alla tolleranza di sovrapposizione.
I laser a fibra sono utilizzati principalmente per la saldatura a punti di materiali sottili con elevati requisiti di qualità. giunti di saldatura per garantire la stabilità. Il laser a fibra utilizza un obiettivo di 150 mm di lunghezza focale in grado di produrre punti luminosi con un diametro inferiore a 25 micron, garantendo un ampio spazio di lavorazione. Con la saldatura a giro, il laser in fibra può produrre una saldatura con una profondità di penetrazione di 0,01 pollici o superiore ad alta velocità, con una profondità di penetrazione di 0,004 pollici ottenibile con un laser in fibra monomodale da 200W a velocità fino a 50 in/s.
D'altra parte, il laser Nd: YAG pulsato è in grado di soddisfare quasi tutte le applicazioni, ad eccezione della saldatura di lamine sottili. L'ampia dimensione del punto, la larghezza dell'impulso e la gamma di potenza di picco consentono la regolazione e l'ottimizzazione per soddisfare i vari requisiti di saldatura.
La classificazione delle applicazioni del laser Nd: YAG pulsato e del laser a fibra è ancora applicabile, ma la gamma è limitata. Il laser Nd: YAG pulsato viene utilizzato principalmente per la saldatura a punti, mentre i laser a fibra con una potenza di circa 500 W e un diametro del punto di 0,01 μm possono essere utilizzati per la saldatura di testa e la saldatura di testa. saldatura a filetto con bassa tolleranza. Il costo del laser Nd: YAG pulsato è relativamente elevato.
I laser con livelli di potenza di 500W e 25W producono differenti penetrazione della saldatura a diverse velocità di saldatura. La potenza di picco garantisce le prestazioni di penetrazione, mentre la potenza media determina la velocità di saldatura. saldatura delle cuciture.
I laser a diodi con potenza compresa tra 500W e 800W sono adatti alla saldatura di componenti con tolleranze elevate, ma la velocità è generalmente inferiore a quella dei laser a fibra e a disco. Tuttavia, la loro ampia tolleranza può compensare questo inconveniente.
Tutti tipi di laser sono adatti a questo campo. La profondità di penetrazione del laser Nd: YAG pulsato è di circa 1,27 mm, mentre altri tipi di laser possono arrivare fino a 6,35 mm e alcuni superano addirittura i 12,5 mm.
In generale, le parti adatte per l'Nd: YAG pulsato sono le seguenti saldatura laser in questo intervallo sono relativamente piccoli, come i sensori di pressione con saldatura a cordone.
L'industria automobilistica richiede un'ampia gamma di applicazioni di saldaturae fibra ottica, CO2Si possono utilizzare laser a disco e a diodi. In termini di velocità e di penetrazione, l'industria automobilistica copre quasi tutti i settori della produzione di laser. applicazioni di saldatura.
Le differenze principali tra le sorgenti laser sono la qualità del fascio, la luminosità e la lunghezza d'onda.
La qualità del fascio si riferisce alla capacità di focalizzazione del laser, mentre la luminosità si riferisce alla densità di potenza del fascio focalizzato.
Ad esempio, la CO2 Il laser a fibra e il laser a laser hanno una qualità del fascio simile e quindi, a parità di altri parametri, possono produrre punti luminosi dello stesso diametro.
Tuttavia, la lunghezza d'onda della sorgente laser in fibra è un decimo di quella della CO2 e quindi il diametro dello spot che è in grado di produrre è anche un decimo di quello della sorgente di CO2 sorgente luminosa. La sorgente laser in fibra ha anche una migliore qualità e luminosità del fascio.
Nella saldatura laser, la qualità e la luminosità del fascio hanno un impatto diretto sulla profondità e sulla velocità di penetrazione, ma non hanno un effetto altrettanto diretto sulla stabilità e sulla tolleranza della saldatura.
È quindi importante trovare un equilibrio tra prestazioni e qualità della saldatura e l'ampiezza della finestra di processo. Vale la pena di notare che, mentre la qualità del fascio può essere ridotta per soddisfare esigenze specifiche, la scarsa qualità del fascio non può essere migliorata.
Con una penetrazione di 0,25 pollici, le velocità di saldatura dei laser citati sono abbastanza simili. Le fibre ottiche e i dischi sono più veloci dei laser a CO2mentre i diodi sono più lenti.
La saldatura con laser ad alta potenza richiede in genere due turni di lavoro, il che rende il costo dell'acquisto del laser un elemento da considerare nel processo di selezione. Mentre il CO2 Il laser è ampiamente utilizzato e familiare a molti utenti, ma il suo costo di saldatura singolo è significativamente più alto di quello dei laser a fibra, a disco e a diodi.
Rispetto alla saldatura al plasma e ad arco, la saldatura laser presenta maggiori vantaggi nelle applicazioni di saldatura che richiedono penetrazioni superiori a 0,25 pollici, in quanto è in grado di ridurre notevolmente la deformazione termica. Questa riduzione aiuta a mantenere la forma geometrica del pezzo, eliminando la necessità di rimodellare. Tuttavia, l'accoppiamento dei pezzi può causare problemi a questo spessore. Per ovviare a questo problema, è possibile utilizzare un flusso di processo di riempimento a filo o una combinazione di saldatura laser, saldatura al plasma e saldatura ad arco.
Esistono diversi tipi di sorgenti laser per la saldatura laser, ciascuno con caratteristiche uniche e adatto a requisiti specifici.
È fondamentale che gli utenti comprendano a fondo quale sorgente laser possa soddisfare al meglio le loro esigenze di saldatura.
Per ottenere un sistema di saldatura, l'approccio ottimale è quello di collaborare con il fornitore del sistema, che può determinare il laser più appropriato per voi.
Potete anche rivolgervi a vari produttori di laser e fornire loro campioni di saldatura per determinare la soluzione ottimale.
Quando si sceglie un laser, è importante tenere presente che la saldatura deve essere bilanciata in termini di penetrazione, velocità, stabilità, adattamento ai pezzi di produzione e tolleranza.
In qualità di fondatore di MachineMFG, ho dedicato oltre un decennio della mia carriera al settore della lavorazione dei metalli. La mia vasta esperienza mi ha permesso di diventare un esperto nei campi della fabbricazione di lamiere, della lavorazione, dell'ingegneria meccanica e delle macchine utensili per metalli. Penso, leggo e scrivo costantemente su questi argomenti, cercando di essere sempre all'avanguardia nel mio campo. Lasciate che le mie conoscenze e la mia esperienza siano una risorsa per la vostra azienda.
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