Durante il processo di saldatura laser manuale, il raggio laser viene focalizzato dal sistema ottico per formare una regione ad alta densità di energia sulla superficie del pezzo o all'interno del materiale. La posizione di focalizzazione determina la distribuzione dell'energia per unità di area, la morfologia del bagno di fusione e la qualità della formazione del cordone di saldatura, ed è uno dei parametri chiave del processo che influenzano la stabilità della saldatura e la qualità della saldatura.
La posizione di focalizzazione viene solitamente riferita alla superficie del pezzo come punto zero e può essere classificata in focalizzazione positiva, focalizzazione negativa e stati di sfocalizzazione.
1. Caratteristiche di saldatura con la focalizzazione sulla superficie del pezzo (focalizzazione zero)
Quando la focalizzazione laser si trova sulla superficie del pezzo, il diametro dello spot laser è minimo e la densità di energia è al suo massimo. L'efficienza di accoppiamento tra il laser e il materiale è elevata.
Le caratteristiche di saldatura sono le seguenti:
Avvio rapido del bagno di fusione e processo di saldatura stabile
Cordone di saldatura stretto con bordi chiari
Profondità di penetrazione concentrata ed elevata efficienza di utilizzo dell'energia
Adatto per materiali sottili e applicazioni di saldatura di precisione
Nella saldatura laser manuale, mantenere la focalizzazione sulla superficie richiede un'elevata stabilità operativa. Le variazioni dell'altezza della torcia durante la saldatura possono facilmente causare fluttuazioni nella profondità di penetrazione e nella morfologia della saldatura.
2. Fenomeni di saldatura in condizioni di focalizzazione positiva
La focalizzazione positiva si riferisce alla condizione in cui la focalizzazione laser è posizionata al di sotto della superficie del pezzo, il che significa che il punto focale si trova all'interno del materiale.
I fenomeni di saldatura includono:
Densità di energia laser di picco che si verifica all'interno del materiale
Maggiore profondità di penetrazione e rapporto profondità-larghezza più elevato
Pronunciato effetto keyhole con maggiore penetrazione longitudinale della saldatura
Bagno di fusione superficiale relativamente ristretto e un aspetto della saldatura più stretto
La focalizzazione positiva è adatta per la saldatura di piastre da medie a spesse o per applicazioni che richiedono una maggiore penetrazione. Nella saldatura manuale, la focalizzazione positiva migliora la tolleranza del processo; tuttavia, una profondità di focalizzazione eccessiva può portare a una fusione superficiale insufficiente o alla formazione incompleta della saldatura.
3. Fenomeni di saldatura in condizioni di focalizzazione negativa
La focalizzazione negativa si riferisce alla condizione in cui la focalizzazione laser si trova al di sopra della superficie del pezzo, il che significa che il raggio laser inizia a divergere prima di raggiungere il materiale.
I fenomeni di saldatura includono:
Diametro dello spot ingrandito e densità di energia ridotta
Larghezza della saldatura aumentata e profondità di penetrazione ridotta
Effetto keyhole indebolito o eliminato
Migliore levigatezza superficiale del cordone di saldatura
In condizioni di focalizzazione negativa, la distribuzione dell'energia laser è più uniforme, rendendola adatta per la saldatura a sovrapposizione di piastre sottili e applicazioni con elevati requisiti di aspetto superficiale. Nella saldatura laser manuale, una focalizzazione negativa moderata aiuta a ridurre gli spruzzi e a sopprimere la bruciatura.
4. Caratteristiche di saldatura in condizioni di sfocalizzazione
La sfocalizzazione si riferisce alla condizione in cui la focalizzazione è posizionata lontano dalla superficie del pezzo, indipendentemente dal fatto che sia in direzione positiva o negativa, con conseguente riduzione significativa della densità di energia.
Le caratteristiche di saldatura includono:
Difficoltà a formare o mantenere un bagno di fusione stabile
Penetrazione insufficiente e alto rischio di mancanza di fusione
Cordoni di saldatura larghi e poco profondi con formazione allentata
Elevata sensibilità del processo di saldatura alle variazioni della velocità di avanzamento
Le condizioni di sfocalizzazione sono generalmente inadatte per la saldatura stabile e vengono utilizzate principalmente in processi speciali a basso apporto di calore o di riscaldamento superficiale. Nella saldatura laser manuale, una sfocalizzazione eccessiva riduce significativamente la consistenza della saldatura.
5. Confronto degli effetti di saldatura in diversi stati di focalizzazione
Rispetto alla focalizzazione situata sulla superficie del pezzo:
La focalizzazione positiva migliora la penetrazione e la capacità di saldatura, adatta per applicazioni che richiedono un'elevata resistenza strutturale
La focalizzazione negativa aumenta la larghezza della saldatura, migliora l'aspetto superficiale e riduce il rischio di eccessiva concentrazione di energia
La sfocalizzazione abbassa la densità di energia complessiva e non è favorevole per la saldatura stabile
Nelle applicazioni pratiche, la posizione di focalizzazione deve essere regolata in combinazione con il tipo di materiale, lo spessore della piastra, la velocità di saldatura e la potenza del laser.
6. Significato del processo della posizione di focalizzazione nella saldatura laser manuale
La saldatura laser manuale pone elevate esigenze di stabilità operativa e tolleranza del processo. La corretta selezione della posizione di focalizzazione gioca un ruolo fondamentale nei seguenti aspetti:
Migliorare la stabilità della saldatura e ridurre l'impatto del movimento dell'operatore
Bilanciare la profondità di penetrazione e la formazione del cordone di saldatura
Ridurre gli spruzzi e il verificarsi di difetti di saldatura
Migliorare l'adattabilità in condizioni di saldatura complesse
La regolazione della posizione di focalizzazione si ottiene tipicamente tramite il controllo dell'altezza della torcia o la regolazione del sistema di focalizzazione ed è un passaggio fondamentale nell'ottimizzazione del processo di saldatura laser manuale.