Il livello di pressione deve essere ottimizzato con precisione in base a parametri quali il materiale di saldatura, la potenza del laser, la velocità di saldatura, il tipo e la distanza dell'ugello. La sua influenza si manifesta principalmente nei seguenti aspetti:
L'influenza sull'effetto protettivo del cordone di saldatura
Bassa pressione dell'aria
Protezione insufficiente: Il flusso e la pressione del gas sono insufficienti per espellere efficacemente l'aria sotto l'ugello, con conseguente trascinamento di aria, ossidazione e nitrurazione del metallo di saldatura. La superficie della saldatura apparirà giallo scuro, blu o persino nera. Nei casi più gravi, si verificheranno difetti come pori e inclusioni di scorie, e la tenacità e la resistenza della saldatura diminuiranno significativamente.
Mancata schermatura: Impossibile sopprimere efficacemente il plasma, il plasma si espande eccessivamente, assorbe e disperde l'energia del laser, con conseguente diminuzione della profondità di penetrazione della saldatura o addirittura impossibilità di continuare il processo di saldatura (la saldatura non penetra).
Pressione dell'aria eccessiva
Formazione di turbolenze: Un flusso d'aria eccessivo passerà da flusso laminare a flusso turbolento, attirando così l'aria circostante nell'area protetta, interrompendo l'effetto protettivo del gas e causando anche l'ossidazione della saldatura.
Interferenza con il bagno fuso: Il flusso d'aria ad alta velocità eserciterà un forte impatto sulla superficie del bagno fuso, che può causare la vibrazione e gli spruzzi del bagno fuso, con conseguente formazione irregolare della saldatura, superficie ruvida e persino ristagno o penetrazione della saldatura (soprattutto nella saldatura di lamiere sottili).
2. Effetti sulla formazione della saldatura e sulla profondità di penetrazione
Pressione moderata: Può sopprimere efficacemente il plasma e garantire che l'energia del laser venga immessa in modo efficiente nel pezzo, ottenendo così la massima e stabile profondità di penetrazione. Allo stesso tempo, il flusso d'aria stabile aiuta a formare una superficie di saldatura liscia, continua ed esteticamente gradevole.
Bassa pressione dell'aria: A causa dell'effetto di schermatura del plasma, l'energia laser efficace diminuisce e la profondità di penetrazione diventa meno profonda.
Pressione eccessiva: Sebbene possa disperdere più efficacemente il plasma, può aumentare leggermente la profondità di penetrazione della saldatura. Tuttavia, l'effetto più significativo è che la forza di soffiatura del flusso d'aria sul liquido fuso cambierà la geometria della saldatura, rendendola più larga, riducendo l'altezza della saldatura e persino formando una penetrazione della saldatura a "dito", che non è favorevole alle proprietà meccaniche.
3. Impatto sui difetti di saldatura
Porosità: La porosità è uno dei difetti più comuni nella saldatura laser. Una pressione appropriata aiuta a scaricare senza problemi il vapore metallico e le piccole bolle generate durante il processo di saldatura dal bagno fuso, riducendo così la formazione di porosità.
La pressione dell'aria è troppo bassa e la capacità di pulizia del gas protettivo è debole, rendendo difficile lo scarico dei gas nel bagno fuso.
Una pressione eccessiva provoca turbolenze e disturbi nel bagno fuso, che possono invece causare l'aspirazione del gas nel bagno fuso o interrompere il normale processo di scarico, aumentando così la tendenza alla formazione di pori di gas.
Spruzzi: Una pressione eccessiva è una delle cause principali degli spruzzi. Il flusso d'aria ad alta velocità colpisce il bagno fuso, soffiando le particelle di metallo fuso lontano dal bagno e spruzzandole sulla superficie del pezzo. Questo non solo contamina il pezzo e ne compromette l'aspetto, ma porta anche alla perdita del materiale di base del cordone di saldatura, con conseguenti difetti come sottosquadri e vaiolature, e riducendo l'area portante effettiva del cordone di saldatura.
III. Come selezionare e ottimizzare la pressione dell'aria
Tipo di gas: L'elio (He) ha un'elevata energia di ionizzazione e fornisce il miglior effetto di soppressione per il plasma; la pressione richiesta può essere relativamente inferiore. L'argon (Ar) è più pesante e offre una buona protezione, ma ha una capacità più debole di sopprimere il plasma; a volte è necessaria una pressione leggermente superiore per compensare. L'azoto (N₂) è adatto per alcuni acciai specifici, ma generalmente non viene utilizzato per leghe di alluminio, acciai ad alta lega, ecc.
Design dell'ugello: Il diametro, l'altezza e l'angolo dell'ugello determinano il campo di flusso del gas e l'area di copertura. Gli ugelli con diametri maggiori di solito richiedono una pressione e una portata maggiori per mantenere un'adeguata cortina di gas protettivo.
Parametri di saldatura: L'elevata potenza del laser e l'elevata velocità di saldatura genereranno più vapore metallico e plasma e di solito è necessaria una pressione maggiore per controllarlo efficacemente.
Debug pratico: La pressione ottimale viene solitamente determinata attraverso esperimenti di processo (DoE). Dopo aver fissato tutti gli altri parametri, modificando il valore della pressione, osservare la formazione, il colore del cordone di saldatura, testare il suo tasso di porosità e le proprietà meccaniche e quindi trovare l'intervallo ottimale.
In conclusione, la pressione del gas protettivo è un parametro cruciale che deve essere controllato con precisione nel processo di saldatura laser. Una pressione insufficiente porterà a una protezione inadeguata, al fallimento della schermatura del plasma e a una profondità di saldatura inferiore; una pressione eccessivamente alta causerà turbolenze, interferenze nel bagno fuso e un aumento degli spruzzi. Solo comprendendo appieno il suo meccanismo d'azione, combinando materiali, attrezzature e parametri di processo specifici e attraverso esperimenti sistematici per trovare un intervallo di pressione appropriato e stabile, è possibile massimizzare gli effetti positivi del gas protettivo e ottenere cordoni di saldatura laser di alta qualità con una bella formazione, prestazioni eccellenti e nessun difetto. Pertanto, il controllo preciso della dimensione della pressione è un'abilità necessaria per ottenere una produzione di saldatura laser di alta qualità.