Saldatura a raggio laser
La saldatura a raggio laser è un metodo di saldatura ad alta efficienza e precisione che utilizza un raggio laser ad alta densità energetica come fonte di calore. La saldatura può essere eseguita con raggi laser continui o pulsati. Secondo i principi della saldatura laser, i processi possono essere ulteriormente suddivisi in due: saldatura a conduzione termica e saldatura laser profonda. La densità di potenza inferiore a 104 ~ 105 W/cm2 si riferisce alla saldatura a conduzione termica. In quel momento, la profondità di penetrazione è bassa con una bassa velocità di saldatura; quando la densità di potenza è maggiore di 105 ~ 107 W/cm2, sotto l'azione del calore, la superficie metallica assume l'aspetto di "foro" per formare una saldatura a penetrazione profonda.
Caratteristiche
Caratteristiche di velocità di saldatura elevata e ampio rapporto di aspetto
La saldatura a fascio laser generalmente utilizza fasci laser continui per completare la connessione dei materiali. Il processo fisico metallurgico è molto simile alla saldatura a fascio di elettroni, ovvero il meccanismo di conversione dell'energia è completato da una struttura "a foro di serratura".
Sotto irradiazione laser a densità di potenza sufficientemente elevata, il materiale evapora e forma piccoli fori. Questo piccolo foro riempito di vapore è come un corpo nero, che assorbe quasi tutta l'energia del raggio incidente. La temperatura di equilibrio nella cavità è di circa 2500 °C. Il calore viene trasferito dalla parete esterna della cavità ad alta temperatura, fondendo il metallo che circonda la cavità. I piccoli fori sono riempiti con vapore ad alta temperatura generato dall'evaporazione continua del materiale della parete sotto il raggio di luce.
Le 4 pareti dei piccoli fori circondano il metallo fuso e il metallo liquido circonda il materiale solido. (Nella maggior parte dei processi di saldatura convenzionali e nella saldatura a conduzione laser, l'energia è 1a (depositata sulla superficie del pezzo, quindi trasportata all'interno tramite trasferimento). Il flusso di liquido all'esterno della parete del foro e la tensione superficiale dello strato di parete sono coerenti con la pressione del vapore generata continuamente nella cavità del foro e mantengono un equilibrio dinamico. Il raggio di luce entra continuamente nel piccolo foro e il materiale all'esterno del piccolo foro scorre continuamente. Mentre il raggio di luce si muove, il piccolo foro è sempre in uno stato di flusso stabile.
Vale a dire, il piccolo foro e il metallo fuso che circonda il foro si muoveranno in avanti con la velocità di avanzamento del raggio principale. Il metallo fuso riempie lo spazio lasciato dal piccolo foro e poi si condensa, e si forma la saldatura. Tutto il processo di cui sopra avviene così velocemente che la velocità di saldatura può facilmente raggiungere diversi metri al minuto.
1. La saldatura a raggio laser è una saldatura per fusione che utilizza un raggio laser come fonte di energia e colpisce il giunto saldato.
2. Il raggio laser può essere guidato da un elemento ottico piatto (ad esempio uno specchio) e poi proiettato sul cordone di saldatura con un elemento di messa a fuoco riflettente o una lente.
3. La saldatura a raggio laser è una saldatura senza contatto. Non è richiesta alcuna pressione durante l'operazione, ma è necessario un gas inerte per prevenire l'ossidazione della pozza fusa. Il metallo di riempimento viene occasionalmente utilizzato.
4. La saldatura a raggio laser può essere combinata con la saldatura MIG per formare una saldatura composita laser MIG che consente di ottenere una saldatura ad ampia penetrazione, mentre l'apporto di calore è notevolmente ridotto rispetto alla saldatura MIG.
Applicazioni
La macchina per saldatura laser è ampiamente utilizzata in settori di produzione ad alta precisione come automobili, navi, aerei e treni ad alta velocità. Ha migliorato notevolmente la qualità della vita delle persone e ha anche spinto l'industria degli elettrodomestici verso l'ingegneria di precisione.
Saldatura ad arco plasma
La saldatura ad arco al plasma si riferisce a un metodo di saldatura a fusione che utilizza un fascio di alta densità di energia ad arco al plasma come fonte di calore per la saldatura. Durante la saldatura, il gas ionico (che forma un arco ionico) e il gas di protezione (per proteggere la piscina fusa e la saldatura dagli effetti nocivi dell'aria) sono argon puro. Gli elettrodi utilizzati nella saldatura ad arco al plasma sono generalmente elettrodi di tungsteno e talvolta devono essere riempiti di metallo (filo di saldatura). Generalmente, viene adottato il metodo di connessione positiva CC (la barra di tungsteno è collegata all'elettrodo negativo). Pertanto, la saldatura ad arco al plasma è essenzialmente una saldatura con protezione di gas di tungsteno con un effetto di compressione.
La saldatura ad arco al plasma ha le caratteristiche di concentrazione di energia, elevata produttività, elevata velocità di saldatura, piccola deformazione da stress e isolamento elettrico stabile, ed è adatta per la saldatura di piastre sottili e materiali scatolari. È particolarmente adatta per vari materiali metallici refrattari, facilmente ossidabili e sensibili al calore (come tungsteno, molibdeno, rame, nichel, titanio, ecc.).
Il gas viene dissociato dal riscaldamento dell'arco e compresso quando passa attraverso l'ugello raffreddato ad acqua ad alta velocità, aumentando la densità di energia e il grado di dissociazione, formando un arco al plasma. La sua stabilità, il suo potere calorifico e la sua temperatura sono più alti dell'arco generale, quindi ha una maggiore penetrazione e velocità di saldatura. Il gas che forma l'arco al plasma e il gas di protezione attorno ad esso usano generalmente argon puro. A seconda delle proprietà del materiale di vari pezzi lavorati, alcuni usano elio, azoto, argon o una miscela di entrambi.
Caratteristiche
1. La saldatura ad arco plasma a microfascio può saldare lamine e lamiere sottili.
2. Grazie all'effetto piccolo del foro, è possibile realizzare meglio la saldatura monolaterale e la formatura libera bilaterale.
3. L'arco al plasma ha un'elevata densità di energia, un'elevata temperatura della colonna dell'arco e una forte capacità di penetrazione. Può raggiungere 10-12mm acciaio spesso senza saldatura smussata. Può essere saldato tramite formatura bilaterale in una sola volta. La velocità di saldatura è rapida, la produttività è elevata e la deformazione da stress è ridotta.
4. L'attrezzatura è relativamente complicata, il consumo di gas è elevato, il gruppo ha requisiti rigorosi sulla distanza e la pulizia del pezzo in lavorazione ed è adatta solo per la saldatura in ambienti chiusi.
Applicazioni
La saldatura al plasma è uno dei mezzi più importanti nella produzione industriale, in particolare per la saldatura di rame e leghe di rame, titanio e leghe di titanio, acciaio legato, acciaio inossidabile, molibdeno e altri metalli aerospaziali, utilizzati in ambito militare e in altre industrie all'avanguardia, come la fabbricazione di un certo tipo di proiettili missilistici realizzati in lega di titanio e di contenitori parzialmente a parete sottile sugli aerei.
Costi, manutenzione ed efficienza operativa
Tra i fattori che influenzano il confronto tra le scelte tecnologiche tra saldatura a raggio laser e saldatura ad arco al plasma per applicazioni industriali rientrano i costi, la manutenzione e l'efficienza operativa.
Analisi dei costi
La saldatura a raggio laser richiede un elevato investimento iniziale poiché l'attrezzatura è complicata rispetto alla saldatura ad arco al plasma. Il valore dei sistemi di saldatura laser industriali generali di solito varia da $200,000, mentre i sistemi di saldatura ad arco al plasma hanno costi che si aggirano intorno a $10,000 a $50,000. Tuttavia, LBW ha il potenziale per significativi risparmi sui costi a lungo termine grazie a tassi di lavorazione più elevati e a finiture post-saldatura minime richieste. La saldatura al plasma potrebbe avere costi di consumo più elevati per il funzionamento continuo.
Requisiti di manutenzione
Poiché le parti consumabili, come elettrodi e ugelli del gas, si usurano più frequentemente, i sistemi di saldatura ad arco al plasma solitamente richiedono una manutenzione più frequente. Al contrario, i sistemi di saldatura laser richiedono meno materiali di consumo, ma le loro ottiche e sorgenti laser necessitano di pulizia e ricalibrazione occasionali. Se sottoposte a manutenzione adeguata, le sorgenti laser possono durare più di 20,000 ore con tempi di fermo ridotti. I sistemi al plasma, sebbene più semplici, possono subire interruzioni più frequenti poiché i materiali di consumo si usurano.
Efficienza operativa
Le tecniche di saldatura laser sono molto più veloci e precise, raggiungendo velocità fino a 10 metri al minuto su materiali sottili, quindi ideali per la produzione di massa. Produce anche zone molto piccole interessate dal calore, dando quindi una minima distorsione del materiale, migliorando così la qualità del prodotto. La saldatura al plasma è efficace su materiali più spessi, anche se a una velocità inferiore, spesso necessitando di ulteriori ritocchi di finitura per pulire le saldature, come la molatura.
Mentre la saldatura a raggio laser richiede maggiori costi di investimento iniziali, la sua efficienza e la necessità di manutenzione meno frequente spesso forniscono vantaggi in termini di costi a lungo termine, specialmente per applicazioni che richiedono elevata precisione. La saldatura ad arco al plasma è comunque valida per lavori meno complessi e operazioni più piccole.
