Quali gas sono necessari per la saldatura laser?

La saldatura laser è un metodo di saldatura ad alta precisione che utilizza un raggio laser per fondere il materiale del pezzo in lavorazione e quindi forma una saldatura dopo il raffreddamento. Nella saldatura laser il gas gioca un ruolo fondamentale. Il gas protettivo non influisce solo sulla formazione del cordone di saldatura, sulla qualità del cordone di saldatura, sulla penetrazione del cordone di saldatura e sulla larghezza di penetrazione, ma influisce anche direttamente sulla qualità e sull'efficienza della saldatura laser. Quali gas sono necessari per la saldatura laser? Questo articolo esaminerà in modo approfondito l'importanza dei gas per saldatura laser, i gas utilizzati e cosa fanno.

Perché è necessario il gas per la saldatura laser?

Durante il processo di saldatura laser, un raggio laser ad alta densità di energia viene focalizzato sull'area di saldatura del pezzo, provocando la fusione istantanea del materiale superficiale del pezzo. Il gas è necessario durante la saldatura laser per proteggere l'area di saldatura, controllare la temperatura, migliorare la qualità della saldatura e proteggere il sistema ottico. La scelta del tipo di gas e dei parametri di alimentazione appropriati sono fattori importanti per garantire un processo di saldatura laser efficiente e stabile e ottenere risultati di saldatura di alta qualità.

Protezione delle aree di saldatura

Durante il processo di saldatura laser, l'area di saldatura è esposta all'ambiente esterno ed è facilmente influenzata dall'ossigeno e da altri gas presenti nell'aria. L'ossigeno innesca reazioni di ossidazione che possono portare a una ridotta qualità della saldatura e alla creazione di pori e inclusioni. La saldatura può essere protetta efficacemente dalla contaminazione da ossigeno fornendo un gas appropriato, solitamente un gas inerte come l'argon, all'area di saldatura.

Controllo del calore

La selezione e l'erogazione del gas possono aiutare a controllare la temperatura dell'area di saldatura. Regolando la portata e il tipo di gas si può influenzare la velocità di raffreddamento della zona di saldatura. Questo è importante per controllare la zona termicamente alterata (HAZ) durante la saldatura e ridurre la distorsione termica.

Migliore qualità della saldatura

Alcuni gas ausiliari, come l'ossigeno o l'azoto, possono migliorare la qualità e le prestazioni delle saldature. Ad esempio, l'aggiunta di ossigeno può migliorare la penetrazione della saldatura e aumentare la velocità di saldatura, influenzando anche la forma e la profondità della saldatura.

Raffreddamento del gas

Nella saldatura laser, l'area di saldatura è solitamente interessata da temperature elevate. L'uso di un sistema di raffreddamento del gas può aiutare a controllare la temperatura dell'area di saldatura e prevenire il surriscaldamento. Ciò è essenziale per ridurre lo stress termico nell'area di saldatura e migliorare la qualità della saldatura.

Protezione dai gas dei sistemi ottici

Il raggio laser viene focalizzato sulla zona di saldatura attraverso un sistema ottico. Durante il processo di saldatura, il materiale fuso e gli aerosol generati possono contaminare i componenti ottici. Introducendo gas nell'area di saldatura si riduce il rischio di contaminazione e si allunga la vita del sistema ottico.

Quali gas vengono utilizzati nella saldatura laser?

Nella saldatura laser, il gas può isolare l'aria dalla piastra di saldatura e impedirne la reazione con l'aria. In questo modo la superficie saldata della lamiera risulterà più bianca e bella. L'uso del gas protegge le lenti anche dalla polvere di saldatura. Solitamente vengono utilizzati i seguenti gas:

Gas protettivo

I gas di protezione, talvolta chiamati “gas inerti”, svolgono un ruolo importante nel processo di saldatura laser. I processi di saldatura laser utilizzano spesso gas inerti per proteggere il bagno di saldatura. I gas protettivi comunemente utilizzati nella saldatura laser includono principalmente argon e neon. Le loro proprietà fisiche e chimiche sono diverse, quindi anche i loro effetti sulla saldatura sono diversi.

Argon: l'argon è uno dei gas inerti più comunemente utilizzati. Ha un alto grado di ionizzazione sotto l'azione del laser, che non favorisce il controllo della formazione di nuvole di plasma, che avranno un certo impatto sull'uso efficace dei laser. La natura inerte dell'argon lo tiene fuori dal processo di saldatura, mentre dissipa bene anche il calore, aiutando a controllare la temperatura nell'area di saldatura.
Neon: il neon viene spesso utilizzato come gas inerte, simile all'argon, e viene utilizzato principalmente per proteggere la zona di saldatura dall'ossigeno e da altri inquinanti presenti nell'ambiente esterno. È importante notare che il neon non è adatto a tutte le applicazioni di saldatura laser. Viene utilizzato principalmente per alcuni compiti di saldatura speciali, come la saldatura di materiali più spessi o quando sono richiesti cordoni di saldatura più profondi.

Gas ausiliario

Durante il processo di saldatura laser, oltre al gas protettivo principale, possono essere utilizzati anche gas ausiliari per migliorare le prestazioni e la qualità della saldatura. Di seguito sono riportati alcuni gas ausiliari comuni utilizzati nella saldatura laser:

Ossigeno: l'ossigeno è comunemente usato come gas di assistenza e può essere utilizzato per aumentare il calore e la profondità di saldatura durante la saldatura. L'aggiunta di ossigeno può aumentare la velocità e la penetrazione della saldatura, ma deve essere attentamente controllata per evitare che l'eccesso di ossigeno causi problemi di ossidazione.
Azoto: l'azoto viene spesso utilizzato anche come gas ausiliario nella saldatura laser. L'energia di ionizzazione dell'azoto è moderata, superiore all'argon e inferiore all'idrogeno. Il grado di ionizzazione è generalmente sotto l'azione di un laser. Può ridurre meglio la formazione di nubi di plasma, fornire saldature e aspetto di qualità superiore e ridurre l'impatto dell'ossigeno sulle saldature. L'azoto può essere utilizzato anche per controllare la temperatura dell'area di saldatura e ridurre la formazione di bolle e pori.
Miscela Idrogeno/Idrogeno: L'idrogeno migliora la qualità delle saldature e riduce la formazione di porosità. Miscele di argon e idrogeno vengono utilizzate in alcune applicazioni speciali, come la saldatura dell'acciaio inossidabile. Il contenuto di idrogeno della miscela varia tipicamente da 2% a 15%.
Elio: l'elio viene solitamente utilizzato per la saldatura laser ad alta potenza perché ha una bassa conduttività termica e non si ionizza facilmente, consentendo al laser di passare agevolmente e all'energia del raggio di raggiungere la superficie del pezzo senza ostacoli. Favorevole alla saldatura ad alta potenza. L'elio può essere utilizzato anche per migliorare la qualità della saldatura e controllare le temperature di saldatura. Questo è il gas di protezione più efficace utilizzato nella saldatura laser, ma è relativamente costoso.

Gas di raffreddamento

Il gas di raffreddamento viene spesso utilizzato durante la saldatura laser per controllare la temperatura dell'area di saldatura, prevenire il surriscaldamento e mantenere la qualità della saldatura. Di seguito sono riportati alcuni gas di raffreddamento comunemente usati:

Acqua: l'acqua è un mezzo di raffreddamento comune spesso utilizzato per raffreddare i generatori laser e i sistemi ottici di saldatura laser. I sistemi di raffreddamento ad acqua possono aiutare a mantenere una temperatura stabile del generatore laser e dei componenti ottici per garantire stabilità e prestazioni del raggio laser.
Gas atmosferici: in alcuni processi di saldatura laser, i gas atmosferici ambientali possono essere utilizzati per il raffreddamento. Ad esempio, nel sistema ottico di un generatore laser, il gas dell'atmosfera circostante può fornire un effetto di raffreddamento.
Gas inerti: come gas di raffreddamento possono essere utilizzati anche gas inerti come argon e azoto. Hanno una conduttività termica inferiore e possono essere utilizzati per controllare la temperatura dell'area di saldatura e ridurre la zona interessata dal calore (HAZ).
Azoto liquido: l'azoto liquido è un mezzo di raffreddamento a temperatura estremamente bassa che può essere utilizzato per la saldatura laser ad altissima potenza. Fornisce un effetto di raffreddamento molto efficace e garantisce il controllo della temperatura nell'area di saldatura.

Selezione del gas nelle diverse applicazioni

Nelle diverse applicazioni di saldatura laser, la scelta del gas appropriato è fondamentale, poiché diverse combinazioni di gas possono produrre qualità, velocità ed efficienza di saldatura diverse. Ecco alcune linee guida per aiutarti a scegliere il gas giusto per la tua applicazione specifica:

Tipo di materiale di saldatura

Materiali diversi richiedono combinazioni di gas diverse. Parlando in generale:

L'acciaio inossidabile utilizza tipicamente argon o una miscela di argon/idrogeno.
L'alluminio e le leghe di alluminio utilizzano spesso argon puro.
Le leghe di titanio spesso utilizzano azoto.
Gli acciai ad alto tenore di carbonio utilizzano spesso l'ossigeno come gas ausiliario.

Velocità e penetrazione della saldatura

Se è necessaria una velocità di saldatura più elevata o una penetrazione della saldatura più profonda, è possibile regolare la combinazione di gas. L'aggiunta di ossigeno spesso migliora la velocità e la penetrazione, ma deve essere attentamente controllata per evitare problemi di ossidazione.

Qualità della saldatura

Alcune combinazioni di gas possono migliorare la qualità e l'aspetto delle saldature. Ad esempio, l'azoto può fornire un aspetto e una qualità superficiale migliori.

Controllo dei pori e delle bolle

Per le applicazioni che richiedono saldature di altissima qualità, è necessario prestare particolare attenzione alla formazione di pori e bolle. Una corretta selezione del gas può ridurre il rischio di questi difetti.

Controllo della zona termicamente alterata (HAZ)

A seconda del materiale da pulire, durante il processo di pulizia possono essere generati rifiuti pericolosi che richiedono procedure di manipolazione speciali. Ciò può aumentare il costo complessivo del processo di pulizia laser.

Considerazioni su attrezzature e costi

La scelta del gas è influenzata anche dal tipo e dal costo dell'attrezzatura. Alcuni gas potrebbero richiedere sistemi di fornitura speciali o costi più elevati.

Per applicazioni specifiche, si consiglia di collaborare con un ingegnere di saldatura o un produttore di apparecchiature di saldatura laser professionale per ottenere una consulenza professionale e ottimizzare il processo di saldatura. Di solito sono necessarie alcune sperimentazioni e ottimizzazioni prima di selezionare la combinazione di gas finale. A seconda dell'applicazione specifica, è possibile provare diverse combinazioni di gas e parametri per trovare le condizioni di saldatura ottimali.

Riassumere

In breve, la saldatura laser deve utilizzare gas per proteggere le aree di saldatura, controllare la temperatura, migliorare la qualità della saldatura e proteggere i sistemi ottici. La selezione dei tipi di gas e dei parametri di alimentazione appropriati è un fattore importante per garantire un processo di saldatura laser efficiente e stabile e ottenere risultati di saldatura di alta qualità. Materiali e applicazioni diversi possono richiedere tipi diversi e proporzioni miste per soddisfare requisiti di saldatura specifici.
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