Saldatura laser: cos’è e come funziona

Il laser è un fascio di luce coerente, cioè caratterizzato da radiazioni aventi tutte la stessa lunghezza d’onda, la stessa direzione e la stessa fase. La tecnologia laser a livello industriale ad oggi è usata principalmente per il taglio di lamiere, ma può essere usata per altri scopi tra cui la marcatura, l’additive manufacturing e la saldatura laser.

Come funziona la saldatura laser

A seconda della tipologia adottata dall’impianto, il raggio laser prodotto nel generatore viene indirizzato sul pezzo con sistemi di specchi o tramite fibre ottiche e, quindi, focalizzato sul pezzo stesso. Sulla superficie del pezzo, il fascio viene assorbito convertendo l’energia luminosa in energia termica (calore) che riscalda localmente il metallo a temperature altissime, limitando così l’apporto termico. Con un movimento relativo fra raggio laser focalizzato e pezzo, quest’ultimo inizia a fondere sotto l’energia del laser creando così un cordone di saldatura e permettendo l’avanzamento di questo lungo il giunto da saldare. Per evitare l’ossidazione del bagno durante la saldatura, sull’area del bagno viene insufflato un gas inerte come l’argon, oppure l’elio o l’azoto.

Caratteristiche della saldatura laser

La saldatura laser può essere effettuata con o senza materiale d’apporto e rispetto alle tecniche tradizionali (TIG e MIG) ha il vantaggio di avere una velocità di esecuzione molto elevata (circa 10-12 m/min). La saldatura può essere eseguita in qualunque condizione, anche sottovuoto, con ridotte sollecitazioni termiche che non producono deformazioni. Visto che il pezzo non subisce deformazioni termiche durante il trattamento, il cordone è molto robusto dal punto di vista meccanico. Esiste, inoltre, la possibilità di guidare il fascio laser anche in punti di difficile accessibilità e di focalizzare il fascio di luce su zone molto limitate ottenendo alta energia specifica, oppure su zone più ampie e con minore densità energetica. Il raggio fornisce una sorgente concentrata di calore, che consente una saldatura sottile e profonda. Nella maggior parte dei casi, inoltre, la saldatura laser non necessita di materiale di apporto. Inoltre, la saldatura è esente da sbavature o piccole impurità prodotte dal processo stesso. D’altro canto, la saldatura laser necessita di una preparazione dei lembi estremamente curata, il che richiede notevoli investimenti nelle dime di staffaggio dei componenti e nelle lavorazioni precedenti alla saldatura. Infatti, anche piccoli gap tra le due lamiere da unire rendono il processo inefficace. Il processo è giustificato in applicazioni ad alto volume, come l’industria automobilistica.

Per variare la profondità di penetrazione della saldatura laser, si agisce sia sulla potenza che sul diametro dello spot laser: maggiore sarà la superficie su cui il fascio si distribuisce, più ampio sarà il cordone e viceversa. In base alla potenza usata e al diametro dello spot, la saldatura sarà quindi più superficiale o più profonda. Nel caso di saldature profonde, il fascio laser fa vaporizzare localmente il metallo che poi si liquefà nuovamente formando il bagno fino al completo raffreddamento ottenendo così la giunzione delle parti.

Sebbene questo processo offra un cordone pressoché esente da difetti e di ottima qualità, nel mondo industriale è ancora poco diffuso sia per una difficoltà nell’uso che anche per il costo ancora elevato di tale tecnologia.

Tra i metalli che assorbono meglio le lunghezze d’onda con una saldatura al laser allo stato solido, acciaio e acciaio inox offrono i migliori risultati. È infatti possibile ottenere saldature più precise e in tempi ben più rapidi, soprattutto in confronto a metalli meno assorbenti come rame, argento e alluminio.

Per la stesura di questo articolo sono state consultate le seguenti fonti:

Pasquinelli M., “Tecnologia meccanica e laboratorio tecnologico”, Giunti editore.