La saldatura laser spiegata: come funziona, quanto è resistente e quando affidare la testa a un robot

La saldatura laser unisce pezzi metallici concentrando un fascio laser sul giunto. Il fascio fonde una zona stretta di materiale su entrambi i lati del giunto, il metallo fuso si unisce e solidifica, e i pezzi diventano uno solo. Poiché l’energia viene concentrata in un punto molto piccolo, il materiale circostante si scalda molto meno che nella saldatura ad arco. Ne risultano meno distorsioni, una zona termicamente alterata più stretta e un cordone più pulito, che spesso richiede poca o nessuna molatura. È particolarmente adatta alla lamiera sottile, all’acciaio inox e ai sottogruppi di precisione, e dà il massimo della costanza quando la testa di saldatura è guidata da un robot.

Di seguito spieghiamo come funziona il processo, come si confronta con TIG e MIG, quali sono i suoi limiti e come lo utilizziamo nella nostra cella di saldatura robotizzata a Praga.

Come funziona la saldatura laser

Un moderno impianto di saldatura laser è composto da tre parti: una sorgente laser, un percorso di trasmissione e una testa di saldatura.

• La sorgente. Oggi la maggior parte della saldatura laser industriale utilizza un laser a fibra, in cui il fascio viene generato all’interno di una fibra ottica. I laser a fibra sono compatti, efficienti e producono un fascio che si può focalizzare in modo molto preciso.
• La trasmissione. Il fascio viaggia attraverso un cavo in fibra ottica flessibile fino alla testa di saldatura. È questo che rende pratico montare la testa sul braccio di un robot.
• La testa. L’ottica focalizza il fascio sul giunto. Un gas di protezione isola il bagno di fusione dall’atmosfera e, a seconda del giunto, può essere alimentato un filo d’apporto.

Due modalità di saldatura

La saldatura laser lavora in due regimi principali:

• Modalità a conduzione. Con una densità di potenza più bassa, la superficie fonde e il calore si propaga nel materiale per conduzione. Il risultato è un cordone poco profondo, largo e molto liscio, adatto a giunti a vista e a spessori sottili.
• Modalità keyhole (a buco di serratura). Con una densità di potenza più alta, il metallo vaporizza localmente e forma una cavità stretta — il keyhole — che consente al fascio di penetrare in profondità nel giunto. Il risultato è una saldatura profonda e stretta con una zona termicamente alterata ridotta.

La modalità dipende da potenza, focalizzazione e velocità di avanzamento, e viene scelta in base al giunto e al materiale.

Saldatura laser a confronto con TIG e MIG

Ogni processo ha il suo campo d’impiego. Il confronto che segue è qualitativo: i valori reali dipendono da materiale, spessore, progettazione del giunto e attrezzatura.

	Saldatura laser	TIG	MIG / MAG
Apporto termico	Basso, concentrato	Moderato	Più alto
Distorsione della lamiera sottile	Bassa	Moderata	Più alta
Aspetto del cordone	Stretto, pulito	Molto pulito se eseguito da un saldatore esperto	Più largo, può richiedere finitura
Molatura dopo la saldatura	Minima	Moderata	Spesso necessaria
Spruzzi e UV	Niente UV d’arco, niente spruzzi	UV dell’arco	UV e spruzzi
Precisione di accoppiamento richiesta	Elevata	Tollerante	La più tollerante, colma i giochi
Consumo di materiale d’apporto	Basso	Moderato	Alto
Adatta per	Lamiera sottile, inox, sottogruppi di precisione	Saldature manuali di alta qualità	Sezioni più spesse, elevato tasso di deposito
Automazione	Molto adatta ai robot	Possibile	Ampiamente automatizzata

Dove vince la saldatura laser

• Lamiera sottile in inox. Il basso apporto termico mantiene i pannelli piani e riduce l’ossidazione colorata del cordone. Meno raddrizzatura, meno molatura, meno rilavorazioni.
• Cordoni a vista. Un cordone stretto e uniforme che richiede una finitura minima.
• Sottogruppi di precisione. Quando i pezzi provengono da una catena lamiera precisa, l’accoppiamento è abbastanza buono da far rendere al meglio il laser, e l’assieme mantiene le sue quote dopo la saldatura.
• Ripetibilità. Su un robot, ogni saldatura segue la stessa traiettoria alla stessa velocità. Questa costanza conta per i pezzi destinati a lunghi anni di carichi ciclici.

Dove non è la scelta giusta

Un articolo onesto deve dire anche quando la saldatura laser è la scelta sbagliata:

• Accoppiamento scadente. Il fascio è stretto. Giochi ampi o irregolari che un saldatore MIG colma senza difficoltà possono essere un problema per il laser. La saldatura laser premia i pezzi precisi e punisce quelli approssimativi.
• Grandi spessori e carpenteria pesante. Per lamiere molto spesse o lavori ad alto tasso di deposito, i processi ad arco sono spesso più pratici.
• Metalli molto riflettenti. Materiali come alluminio e rame riflettono gran parte del fascio e richiedono parametri adeguati ed esperienza.
• Costo dell’impianto e sicurezza. Gli impianti laser costano più delle saldatrici ad arco, e il laser stesso è un pericolo serio da gestire secondo le norme di sicurezza laser. L’assenza di UV d’arco e di spruzzi non rende innocuo il fascio.

Quanto è resistente una saldatura laser?

La resistenza dipende dalla progettazione del giunto, dalla penetrazione, dal materiale e dalla qualità di esecuzione, non dal solo nome del processo. Una saldatura laser ben progettata e a piena fusione può essere un giunto strutturale pienamente portante; una mal accoppiata no. Per questo non forniamo valori di resistenza generici. Progettiamo il giunto per il caso di carico specifico e realizziamo sottogruppi strutturali saldati per oltre dieci anni di carico ciclico.

Perché affidare la testa a un robot

Il laser è preciso, ma solo quanto la traiettoria che segue. Per questo la nostra saldatura laser è robotizzata.

Nella nostra cella, una testa di saldatura laser a fibra IPG LightWELD XR è montata su un robot collaborativo FANUC CRX. Alcuni dei nostri cobot CRX scorrono su un binario lineare che funge da settimo asse, così un solo robot copre un intero spazio di lavoro, telai lunghi e pannelli di grandi dimensioni compresi. Una telecamera 3D guida la traiettoria, e le saldature possono essere eseguite in modo supervisionato o autonomo. Il robot mantiene la traiettoria esatta alla velocità esatta, ogni volta: è da qui che derivano la bassa distorsione e la ripetibilità.

Gli stessi cobot non si limitano a saldare: montano automaticamente sottogruppi e asserviscono la CNC Mazak e altre macchine. Un telaio saldato può così passare per piegatura, saldatura e lavorazione meccanica senza mai lasciare lo stesso team. I dettagli sono nella pagina tecnologia.

Pulizia laser prima e dopo la saldatura

La qualità della saldatura comincia prima di saldare. Oli, ossidi e pellicole superficiali sul giunto possono causare porosità e un cordone irregolare. Il nostro flusso di lavoro comprende la pulizia laser del giunto prima della saldatura e la pulizia laser del cordone dopo, all’interno dello stesso processo: la superficie viene preparata e il risultato rifinito senza passare per un’altra postazione.

Sull’acciaio inox, gli scolorimenti di saldatura e gli ossidi superficiali sono un tema ricorrente. Uno dei nostri progetti di riferimento è una pistola di pulizia elettrochimica manuale, progettata proprio per questo lavoro: la trova nella pagina lavori.

Progettare un pezzo per la saldatura laser: checklist

• Preveda un accoppiamento preciso. Mantenga i giochi piccoli e costanti; una piegatura e una punzonatura precise a monte qui ripagano.
• Scelga presto il tipo di giunto. Giunti di testa, a sovrapposizione, d’angolo e di bordo si comportano in modo diverso; ci indichi quale carico sopporta il giunto.
• Lasci accesso alla testa. Il robot ha bisogno di visibilità e di spazio per muoversi lungo il cordone.
• Segnali i cordoni a vista. Se un cordone ha valore estetico, lo dica: cambia il modo in cui lo prepariamo e lo rifiniamo.
• Pensi alle attrezzature di bloccaggio. Elementi di autoposizionamento come linguette e asole facilitano il posizionamento degli assiemi e riducono il lavoro sulle attrezzature.
• Indichi materiale e condizione superficiale. Inox, acciaio al carbonio, rivestito o grezzo: ognuno richiede parametri propri.

Domande frequenti

A che cosa serve la saldatura laser?

È ampiamente utilizzata ovunque servano giunti precisi e a bassa distorsione: assiemi in lamiera sottile, carter e telai in inox, sottogruppi strutturali e pezzi con cordoni a vista. Noi la usiamo per telai, pannelli e sottogruppi delle macchine che costruiamo.

La saldatura laser è più resistente della TIG o della MIG?

Non per definizione. La resistenza deriva da progettazione del giunto, penetrazione ed esecuzione. Una saldatura laser può essere pienamente portante; il suo vantaggio sono la bassa distorsione e la ripetibilità, non un’etichetta di «più resistente».

La saldatura laser richiede filo d’apporto?

Non sempre. Alcuni giunti si saldano in modo autogeno, senza apporto; altri usano il filo. In generale, la saldatura laser consuma meno materiale d’apporto della saldatura ad arco.

Si può saldare al laser l’acciaio inox sottile?

Sì, è una delle sue applicazioni migliori. Il basso apporto termico mantiene piani i pannelli sottili e limita gli scolorimenti.

Saldate pezzi singoli o solo serie?

Entrambi. La nostra cella è organizzata per pezzi singoli e piccole serie, insieme al resto delle nostre competenze.

Prossimo passo

Se ha un assieme saldato che deve restare piano, presentarsi pulito e sopportare carichi per anni, ci invii il modello e ci dica che cosa deve fare. Esamineremo i giunti, l’accoppiamento e la sequenza, e le diremo se la saldatura laser è il processo giusto, oppure no. Ci contatti.