A saldatura à punti hè un metudu di unione à alta velocità è economicu. Hè adatta per cunnette cumpunenti in piastra fina cù giunti di sovrapposizione chì ùn necessitanu micca ermeticità. Ci sò parechji tippi di saldatura à punti, cum'è a saldatura à punti per resistenza, a saldatura à punti à arcu, a saldatura à punti adesiva,saldatura à punti cumposti, è a saldatura à punti laser. Attualmente, a saldatura à punti di resistenza hè largamente aduprata in a pruduzzione. Pigliendu l'industria automobilistica cum'è esempiu, sò necessarii da 3.000 à 4.000 punti di saldatura durante l'assemblea di i cumpunenti di u pannellu di a carrozzeria di l'auto, chì richiede da 250 à 300 robot, inseme cù sistemi di cuntrollu di supportu è altri equipaggiamenti ausiliari. Tuttavia, a saldatura à punti di resistenza hà una scarsa flessibilità. Cù u rapidu sviluppu ecunomicu, u ciclu di aghjurnamentu di e forme geometriche è di e strutture di i cumpunenti automobilistici hè diventatu assai cortu. L'aghjurnamentu di novi prudutti è mudelli richiede un novu tipu di tecnulugia di saldatura à punti chì sia efficiente è flessibile. Dunque, a tecnulugia di saldatura à punti laser hè diventata gradualmente u focu di l'attenzione è si prevede chì serà largamente applicata in a pruduzzione industriale automobilistica. In u campu aerospaziale, a saldatura à punti laser hè ancu in prova cum'è tecnulugia alternativa. Per un bellu pezzu, i giunti di sovrapposizione di i prudutti aerospaziali anu generalmente utilizatu a rivettatura, chì implica parechji prucessi di pruduzzione è un pesante travagliu. Cù l'applicazione crescente di novi materiali cum'è leghe d'aluminiu, leghe di titaniu è materiali cumposti, l'adopzione di nuove tecnulugie di saldatura per rimpiazzà i metudi tradiziunali di giunzione hè diventata una tendenza mainstream. Questu ùn solu migliora l'efficienza di a pruduzzione, ma riduce ancu u pesu strutturale è risponde à i novi requisiti di cuncepimentu strutturale, ciò chì hè di grande impurtanza per i prudutti aerospaziali. L'alta precisione è l'alta flessibilità di a saldatura à punti laser li danu vantaghji significativi in a pruduzzione pratica, in particulare in l'industria aeronautica, induve pò rimpiazzà i prucessi tradiziunali cum'è a saldatura à punti di resistenza è a rivettatura.
I. Definizione è Caratteristiche di a Saldatura à Punti Laser
Definizione
A saldatura à punti laser si riferisce à u prucessu di fusione è unione di pezzi di travagliu utilizendu un unicu impulsu laser (t > 1ms) o una seria d'impulsi laser in a listessa pusizione.
A saldatura à punti laser hè basicamente simile à altri prucessi di saldatura laser; l'unica differenza hè chì ùn ci hè micca spustamentu relativu trà u raghju laser è a pezza durante a saldatura à punti. A saldatura à punti laser hè divisa in dui tipi: saldatura à conduzione termica è saldatura à bucu di serratura. In a saldatura à punti à conduzione termica, u laser pò solu fonde u metallu senza vaporizallu. Stu metudu hè più adattatu per a saldatura di metalli cù un spessore inferiore à 0,5 mm, cum'è a saldatura à punti laser Nd: YAG di cumpunenti elettronichi. In a saldatura à punti laser à bucu di serratura, u laser pò entre direttamente in l'internu di u materiale attraversu u bucu di serratura, aumentendu u tassu di utilizzazione di l'energia laser è ottenendu una prufundità di penetrazione più grande. A saldatura à punti di resistenza tradiziunale fonde e pezze per furmà punti di saldatura utilizendu u calore di resistenza generatu da a corrente elettrica, mentre chì a fonte di calore di a saldatura à punti laser vene da a radiazione laser, risultendu in forme di punti di saldatura significativamente diverse.
I parametri regulabili di a saldatura à punti laser includenu generalmente a putenza laser, u tempu di saldatura à punti è a quantità di sfocu. Per a saldatura à punti chì usa a modalità impulsiva, i parametri includenu ancu a forma d'onda di l'impulsu, a frequenza è u ciclu di travagliu. Frà questi, a putenza laser influenza principalmente a prufundità di penetrazione di u puntu di saldatura, mentre chì u tempu di saldatura à punti hà un impattu più grande nantu à a dimensione laterale di u puntu di saldatura. In generale, più longu hè u tempu d'azione laser, più grande hè a dimensione di e superfici superiore è inferiore di u puntu di saldatura è a dimensione di a superficia di fusione. I cambiamenti in a quantità di sfocu influenzanu principalmente u diametru di u puntu è a densità di energia chì agiscenu nantu à a superficia di a pezza, avendu cusì un impattu significativu nantu à a forma generale di u puntu di saldatura.
Caratteristiche
- Cù u laser cum'è fonte di calore, a saldatura à punti offre alta velocità, alta precisione, bassu apportu di calore è minima deformazione di a pezza.
- U gradu di libertà in e pusizioni di saldatura à punti hè assai migliuratu, permettendu a saldatura à punti in tutte e pusizioni è realizendu facilmentesaldatura à punti à una sola faccia, aumentendu cusì significativamente a libertà di cuncepimentu di u produttu.
- A saldatura à punti laser hà esigenze minime per a dimensione di i giunti di sovrapposizione. Ci sò restrizioni minime nantu à i parametri cum'è a quantità di sovrapposizione di i giunti è a distanza trà i punti di saldatura, è ùn ci hè bisognu di cunsiderà l'impattu di a derivazione di corrente.
- Per a saldatura di piastre di spessore ineguale, materiali dissimili è materiali speciali (leghe d'aluminiu, lamiere galvanizzate), a saldatura à punti laser offre prestazioni megliu cà i metudi tradiziunali di saldatura à punti.
- Ùn richiede micca un gran numeru di attrezzature ausiliarie, pò adattassi rapidamente à i cambiamenti di u produttu è risponde à e richieste di u mercatu.
II. Analisi di i difetti di a saldatura à punti laser
Crepe, pori è cedimenti sò i difetti più cumuni in a saldatura à punti laser, chì sò analizati unu per unu quì sottu.
1. Crepe
E crepe sò divise in crepe superficiali è crepe longitudinali. I tassi di riscaldamentu è di raffreddamentu durante a saldatura à punti laser sò assai rapidi, ciò chì porta à un grande gradiente di temperatura trà a zona riscaldata è u metallu circundante, ciò chì porta facilmente à a furmazione di crepe. L'occorrenza di crepe hè strettamente ligata à u materiale; per esempiu, e leghe d'aluminiu anu una tendenza assai più alta à crepà durante a saldatura à punti laser chè l'acciaio inox. Un metudu efficace per supprime a furmazione di crepe hè di ottimizà a forma d'onda di l'impulsu per cuntrullà a velocità di raffreddamentu di u prucessu di solidificazione di u metallu è riduce u stress internu.
2. Pori
I difetti porosi (pori) in e saldature laser à punti ponu esse divisi in pori chjuchi è pori grandi. I pori chjuchi sò causati principalmente da a diminuzione di a solubilità di l'idrogenu in u metallu liquidu durante a solidificazione di u metallu, è ancu da a rapida evaporazione di u metallu in u bucu di a serratura è da u disturbu di u bagnu fusu. I pori grandi sò principalmente dovuti à a velocità di raffreddamentu troppu rapida durante a saldatura laser à punti, chì lascia un tempu insufficiente per chì u metallu intornu à u bucu di a serratura si riempia. In generale, i pori chjuchi sò propensi à furmassi in a saldatura à punti à impulsi longhi, mentre chì i pori grandi sò prubabili di verificassi in a saldatura à punti à impulsi corti.
Ci sò dui lochi induve i pori sò più propensi à cumparisce in a saldatura à punti laser: unu hè vicinu à a zona di fusione in u mezu di u puntu di saldatura, è l'altru hè à a radica di a saldatura. L'imagine di fusione catturate da i raggi X mostranu chì i pori vicinu à a zona di fusione sò principalmente causati da u necking quandu u bucu di a serratura si chjude; per i pori à a radica di a saldatura, sò principalmente furmati da u crollu di u bucu di a serratura per via di a rapida sparizione di u laser dopu a furmazione di u bucu di a serratura.
3. Affundamentu
U cedimentu hè un fenomenu evidente in a saldatura à punti laser. U cedimentu cintrale nantu à a superficia di u puntu di saldatura è l'accumulazione di metallu intornu à questu sò causati da a forza di rinculu generata da a vaporizazione di u metallu chì spinge u metallu liquidu versu a superficia di u puntu di saldatura. Durante u prucessu di raffreddamentu, u metallu accumulatu nantu à a superficia si solidifica rapidamente è ùn pò esse riempitu cumpletamente. Inoltre, a perdita di materiale causata da a rapida evaporazione è u spruzzamentu di u metallu hè un altru fattore chì cuntribuisce à u cedimentu cintrale. U tempu di l'impulsu hà un impattu significativu sia nantu à u cedimentu di a superficia di u puntu di saldatura sia nantu à a furmazione di pori. Punti di saldatura soddisfacenti ponu esse ottenuti ottimizendu a forma d'onda è u tempu di l'impulsu.
4. Impattu di a quantità di sfocu nantu à i punti di saldatura
I cambiamenti in a quantità di defocus alteranu direttamente u diametru di u puntu è a densità di l'energia. Quandu a quantità di defocus aumenta in e direzzione negativa è positiva, significa chì u diametru di u puntu aumenta è a densità di l'energia diminuisce. Durante a saldatura à punti laser, ci hè una certa relazione currispundente trà u diametru di u puntu è a dimensione di u foru di serratura iniziale furmatu da u laser incidente nantu à u pezzu di prova, mentre chì a densità di l'energia determina a velocità di espansione di u bagnu fusu. Quandu u valore assolutu di a quantità di defocus hè chjucu, u diametru di u puntu laser hè chjucu, a densità di putenza laser hè alta, è a velocità di espansione di u bagnu fusu di u puntu di saldatura hè rapida, ma u diametru di u foru di serratura iniziale hè chjucu. À u cuntrariu, quandu a quantità di defocus hè grande, u diametru di u foru di serratura iniziale hè grande, ma a velocità di espansione di u bagnu fusu rallenta, è a dimensione di u puntu di saldatura risultante pò ùn esse micca grande. Dunque, durante u cambiamentu di a quantità di defocus, l'effettu cumpletu di u diametru di u puntu è a densità di putenza superficiale di u puntu di saldatura determina a dimensione di u puntu di saldatura.
III. Applicazione di a tecnulugia di saldatura à punti laser
A saldatura à punti laser hà una velocità elevata, una grande prufundità di penetrazione, una deformazione minima è pò esse realizata à temperatura ambiente o in cundizioni speciali cù un apparecchiu di saldatura simplice. Inoltre, l'emergenza di laser à impulsi d'alta frequenza (cù una frequenza superiore à 40 impulsi per seconda) hà permessu l'ampia applicazione di a saldatura à punti laser in l'assemblaggio è a saldatura di micro è picculi cumpunenti in a pruduzzione automatizata di massa. Quandu si saldanu picculi cumpunenti elettronichi chì richiedenu una piccula zona affettata da u calore, cum'è a cunnessione trà u vetru è u metallu, a cunnessione di giunti in circuiti semiconduttori sensibili à u calore è a cunnessione trà diversi metalli in i fili, a saldatura à punti laser hè più vantaghjosa di i prucessi tradiziunali di saldatura à punti (per esempiu, a saldatura à punti à resistenza), cù punti di saldatura senza inquinamentu è alta qualità di saldatura. A Figura 6-60 mostra un esempiu d'applicazione di a saldatura à punti laser in a pruduzzione di fari automobilistici: un laser à impulsi à statu solidu di 500 W genera quattru punti di saldatura simili cù una frequenza di impulsi assai alta.
Quandu si esegue a saldatura à punti d'alta precisione nantu à microstrutture aduprendu alta energia impulsiva, i laser Nd:YAG pulsati anu vantaghji tecnichi è ecunomichi. In a maiò parte di l'applicazioni industriali di saldatura à punti, si utilizanu basicamente laser à statu solidu pulsati cù una putenza media di 50 W è una putenza impulsiva > 2 kW. U laser pò agisce direttamente nantu à a pezza per mezu di fibre ottiche o lenti di focalizzazione cumminate.
A saldatura à punti laser hè applicabile à una larga gamma di materiali. Per esempiu, quandu si saldanu à punti batterie Li, aduprendu Nd:Tecnulugia di saldatura à punti laser YAGCunnette diversi metalli hè più efficiente chè a saldatura TIG è a saldatura à punti di resistenza. In particulare, postu chì e fibre ottiche sò aduprate per trasmette i laser durante a pruduzzione, hè cunveniente di spustassi rapidamente è in modu flessibile trà i vari banchi di travagliu.
In riassuntu, a saldatura à punti laser hà e seguenti caratteristiche:
- Cù l'aumentu di a putenza di u laser, u diametru di a superficia di u puntu di saldatura fluttua in su è in giù, mentre chì u diametru di a superficia di fusione è di a superficia inferiore aumentanu pianu pianu. U cambiamentu in a forma di a sezione trasversale di u puntu di saldatura ùn hè micca evidente. Cù l'aumentu di a durata, a dimensione di u puntu di saldatura aumenta rapidamente, è a velocità di cambiamentu di u diametru di a superficia di fusione hè più grande di quella di i diametri di a superficia superiore è inferiore. U cambiamentu in a quantità di sfocu hà un impattu significativu nantu à a dimensione di u puntu di saldatura. Altera direttamente u diametru di u puntu è a densità di putenza di u laser, è l'effettu cumpletu di sti dui fattori determina a dimensione di u puntu di saldatura.
- In casu di penetrazione cumpleta, ci hè un cedimentu evidente nantu à a superficia di a saldatura laser à puntu. Cù l'aumentu di a putenza è di a durata di u laser, a prufundità di cedimentu nantu à a superficia di u puntu di saldatura aumenta. Quandu a durata o a dimensione di u spaziu hè grande, a superficia inferiore pò ancu mustrà indentazione.
- Quandu u spaziu aumenta, a deformazione generale di u puntu di saldatura, u cedimentu cintrali è l'indentazione diventanu evidenti. A superficia di fusione si restringe è a forza diminuisce rapidamente. Attualmente, in a saldatura di resistenze, batterie è u campu di l'elettronica, u prucessu di saldatura di dui punti simultaneamente hè cumunemente adupratu, chì di solitu adotta un cuncepimentu cù duie fonti di luce laser.
Data di publicazione: 27 d'ottobre di u 2025
