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3. Tecnologie
4. Requisiti di progettazione
CAPITOLO 3 - TECNOLOGIE
3.2 - TECNOLOGIE DI GIUNZIONE
3.2.4 - Saldatura laser (Laser Welding)

E’ un procedimento sempre più utilizzato per i suoi notevoli vantaggi:

  • Minore richiesta di energia;
  • Distorsione ridotta;
  • Adattabilità all’automazione;
  • Possibilità di accesso unilaterale;
  • Eliminazione della necessità di preparazione delle superfici;
  • Flessibilità;
  • Possibilità di monitoraggio in tempo reale della qualità della saldatura mediante l’analisi delle emissioni ultraviolette ed infrarosse emesse dalla weld-pool (bagno di saldatura), con controllo dei parametri di potenza e collimazione del laser, e conseguente incremento della qualità nella produzione.
  • Elevate velocità di saldatura;
  • Minore erosione del materiale rispetto alla saldatura ad arco;
  • Minore necessità di materiale d’apporto;
  • Resistenza delle saldature.

Vi è un crescente interesse nello sfruttamento di questa tecnologia, nelle due tipologie CO 2 e Nd:YAG, nelle costruzioni automobilistiche in lega di alluminio.

In particolare le aree in cui questa tecnologia potrebbe trovare maggiore applicazione sono:

  • Saldatura di lamiere, in alternativa alla saldatura a punti, alle giunzioni adesive e meccaniche;
  • Saldature di strutture Space Frame tra componenti estrusi e pressofusi, in alternativa alle saldature ad arco.

Svantaggi:

  • Costi molto elevati
  • Investimento di capitali;
  • Materiali di consumo - gas di schermaggio, lenti di protezione per i laser Nd:YAG e lenti per quelli CO 2;
  • Necessità di rigorose misure di sicurezza e di formazione del personale, sia per l’utilizzo che per la manutenzione.
  • Limitate profondità di penetrazione

A seconda della potenza di lavoro, sono possibili 2- 6 mm per la saldatura Nd:YAG e 6 mm per la CO 2.

  • Tolleranze dimensionali ridotte

L’estrema focalizzazione del laser su una zona ristretta non ammette tolleranze maggiori del 10% dello spessore del materiale tra i due pezzi da saldare.

  • Problemi specifici per la saldature di leghe di alluminio
  • Possibilità di sensibilizzazione alla frattura dell’alluminio nelle zone trattate, come per la saldatura ad arco.
  • Elevata riflessività della superficie;
  • Elevata conducibilità elettrica e termica;
  • Volatilizzazione dei costituenti con punto di ebollizione più basso.

Nel loro insieme tutti questi fenomeni portano ad un accentuato degrado delle proprietà meccaniche nella zona termicamente alterata (vedi Tabella seguente).

Leghe

Spessore [mm]

Tipo di giunto

Tipo di Laser

Potenza [kW]

Velocità [m/min]

Resist.
[N/mm 2]

Perdita %

D50
[%]

6060-6060

2 – 2

Giunto di testa

CO 2

4.8

5

141

44

3.0

6060-6060

2 – 2

Giunto di testa

Nd:YAG

2.0

1

157

37

5.5

6060-getto

2 – 2.5

Giunto a sovrapp.

CO 2

4.0

2.5

107

39

<2

Caratteristiche di giunti in lega di alluminio saldati con saldatura laser
(fonte:[3.6])

Recenti ricerche (GSI Lumonics) sono riuscite ad ottenere con leghe delle serie 5000 e 6000 buoni risultati in questo senso con una diminuzione delle caratteristiche originali contenuta al 10-15%, nell’ipotesi di leghe da bonifica invecchiate successivamente alla saldatura, cosa non sempre auspicabile dal punto di vista produttivo.

In generale l’industria tende ad estendere l’impiego del laser nell´assemblaggio dei telai, ed è quindi auspicabile il suo utilizzo nella costruzione degli Space Frame.

Ricerche e sviluppi futuri:

  • Tolleranze nelle variabili di produzione;
  • Valutazione delle prestazioni in servizio.
 
 
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