CNR Omeco Optoprim lunghezza d’ onda di emissione diminuisce, passando dal vicino infrarosso( NIR) fino al campo dell’ ultravioletto( UV).
L’ adozione di laser blu Alla luce di queste considerazioni, negli ultimi anni la soluzione più promettente per l’ unione di tali materiali è risultata l’ adozione di laser blu, caratterizzati dall’ emissione di radiazione a lunghezze d’ onda ridotte( ovvero intorno ai 450 nm). Il loro vantaggio principale risiede nel notevole incremento del coefficiente di assorbimento delle leghe altamente riflettenti, che risulta fino a dieci volte superiore rispetto a quello osservato nel campo del vicino infrarosso( n-IR). Per contro, il limite maggiore legato all’ impiego dei laser blu nella lavorazione dei materiali è costituito dalla qualità del fascio, che tende a favorire la saldatura in regime di conduzione termica piuttosto che in quello a penetrazione profonda. Tale modalità risulta particolarmente vantaggiosa nella saldatura per conduzione di componenti sottili, come gli hairpins, i quali richiedono un’ adeguata resistenza meccanica associata a un cordone di saldatura di alta qualità su geometrie complesse. Al contrario, la limitata zona di fattibilità e le relative problematiche a livello metallurgico sono tipicamente correlate alla gestione dell’ apporto termico durante la saldatura, per cui diventa strategico gestire in modo oculato il calore e quindi il ciclo termico proveniente dal fascio laser. In questo caso, oggigiorno queste problematiche possono essere gestite ed almeno in parte superate implementando tecniche di beam shaping, che prevede gestione della distribuzione della potenza per controllare il flusso termico trasmesso al pezzo e il conseguente profilo di temperatura durante la fusione e la successiva solidificazione del bagno fuso. Tutto questo può essere correlato ad un beam shaping di tipo statico, ovvero in cui le caratteristiche del fascio laser rimangono invariate lungo la direzione di saldatura, sfruttando sia a livello di ottiche che a livello di architettura della sorgente laser la generazione di fasci laser con distribuzioni
di potenza complesse. In modo alternativo, si parla di beam shaping di tipo dinamico, in cui la gestione della distribuzione di potenza viene accoppiata ad un movimento, tipicamente rapido del fascio laser con percorsi oscillanti, per ottenere un effetto termico equivalente a quello di una sorgente di calore più estesa durante la fusione. A questo secondo caso si può fare riferimento al cosiddetto wobbling, in cui il fascio laser viene movimentato lungo una traiettoria ellittica ad alta velocità, creando una sorgente di calore apparente con caratteristiche diverse rispetto a quelle del fascio di partenza. Questo percorso del fascio laser provoca un allargamento della zona coinvolta dalla fusione, senza dover defocalizzare il fascio laser, e quindi limitare fortemente la relativa densità di potenza. La regolazione del flusso termico durante il percorso wobbling indotto al fascio laser può apportare vantaggi in molte fasi dell’ unione di metalli dissimili, tra cui l’ ottimizzazione del profilo del bagno di fusione e il controllo di porosità. Inoltre, un altro aspetto rilevante riguarda il controllo della composizione chimica finale nella saldatura di materiali dissimili. Esistono differenti lavori in letteratura, che hanno esplorato l’ impiego del * wobbling * utilizzando laser nel vicino infrarosso( n-IR) con risultati promettenti, grazie alla possibilità di modulare l’ energia in funzione dell’ ampiezza e della frequenza di oscillazione del fascio laser. Tuttavia, la combinazione tra fascio laser emessi con radiazione blu e gestione del percorso secondo la strategia wobbling è ancora poco esplorata, soprattutto per la saldatura di materiali dissimili altoriflettenti, come rame ed
Figura 1. Caustica del fascio emesso dalla sorgente laser blu ad alta potenza impiegata per la saldatura dissimile Cu / Al
alluminio. Pertanto, il presente lavoro ha lo scopo di confrontare le prestazioni della saldatura laser wobbling, confrontate con l’ approccio tradizionale( inteso come percorso lineare, privo di oscillazioni) di un fascio laser emesso da sorgente blu a d alta potenza. La qualifica dei cordoni di saldatura ottenuti in queste due condizioni di processo ha previsto l’ analisi della forma e dimensione dei cordoni, della distribuzione dei difetti indotti dalla saldatura all’ interno dei cordoni stessi, ed un’ analisi della microstruttura e relativa composizione chimica, nonché di resistenza meccanica a taglio.
Figura 2. Schema delle strategie di scansione esaminate nella saldatura laser Cu / Al
Tabella 1. Principali caratteristiche del sistema laser utilizzato per la saldatura rame su alluminio Potenza max. [ kW ]
Lunghezza d’ onda [ nm ]
Beam product parameter [ mm · mrad ]
Diametro di core della fibra, dfo, [ mm ]
Lunghezza di focalizzazione, ffoc, [ mm ]
Lunghezza di collimazione, fcol, [ mm ]
Distanza di lavoro, wD, [ mm ]
Dimensione fascio laser [ �m ]
3 450 30 0.6 133 112 182.8 725
21 TECNOLOGIE LASER- novembre