Soluzioni efficienti e innovative

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aperturaLe tecnologie più recenti, dalla placcatura laser alla saldatura ibrida laser-arco fino alla placcatura laser a filo caldo, offrono una produttività superiore rispetto a quella ottenibile con i sistemi di saldatura tradizionali. maggiore velocità, tassi di deposizione più elevati e una migliore qualità, sin dall’inizio del processo, si traducono in prodotti finiti realizzati più velocemente.

Con l’avvento dei laser ad alta potenza e i costi di gestione più bassi, la saldatura laser robotizzata sta portando maggiore flessibilità e produttività sul posto di lavoro. Le nuove tecnologie consentono di effettuare la saldatura di materiali prima impossibili da saldare, come i metalli esotici o quelli inclini alla rottura, che richiedono meno calore e maggiore controllo. «I nuovi laser a fibra e a disco sono dal 25 al 30 per cento più efficienti in termini di consumo energetico, contro l’8% dei laser CO2 e NdYAG», afferma Paul Denney, Senior Laser Applications Engineer in Lincoln Electric, «Presentano una qualità molto superiore del fascio, il che significa che in molti casi è possibile operare con maggiori profondità e velocità». Il laser basato su fibra di itterbio, o laser a fibra, utilizza l’itterbio (Yb) come agente dopante: viene inserito nella fibra per consentire la creazione della luce visibile. Nei laser CO2 l’eccitante è il gas, mentre nei NdYAG è un cristallo. «Anche il laser a fibra può essere eccitato con un cristallo ma, invece di usare lampade o luce che sono meno efficienti, si utilizza un gruppo di diodi laser che sono connessi, tramite fibra ottica, alla fibra più grande che deve essere eccitata», spiega Denney, «Anche il laser a disco si basa sull’itterbio, ma il cristallo viene tagliato in wafer molto sottili, in cui il lato riflettente agisce anche come dissipatore di calore». Sempre secondo il manager, i laser a fibra e a disco sono oggi le due grandi tecnologie concorrenti.

Robot e laser: una buona accoppiata

Nella maggior parte delle applicazioni industriali, in particolare nei settori auto, aerospaziale e produzione di attrezzature per l’industria pesante, la saldatura laser robotizzata gioca un ruolo fondamentale. «Si aumentano velocità e produttività: è molto difficile per un essere umano tenere una pistola di saldatura e lavorare fino a 1,5 metri al minuto», precisa Michael Flagg, Manager, Application Engineering in Lincoln Electric, «Ma i robot o le gru a ponte operano a velocità elevate, in maniera molto fluida e con una precisione eccellente nel seguire il percorso». Lincoln Electric e una delle sue controllate, la Tennessee Rand, si occupano di robot a controllo remoto e di saldatura laser remota basata su scanner per i componenti delle industrie automobilistica e degli elettrodomestici. «Spesso questi laser vengono utilizzati per sostituire la saldatura a resistenza, non necessariamente quella ad arco», spiega Paul Denney, «La saldatura laser remota è davvero adatta a sostituire la saldatura a punti in molte applicazioni». Tennessee Rand ha realizzato un sistema che utilizza un procedimento a laser in fibra accoppiata con ottiche di scansione, montato su un robot con braccio articolato Fanuc, che è in grado di saldare 77 giunture in meno di trenta secondi da più trenta centimetri di distanza.

Placcatura laser robotizzata

La saldatura laser è ormai una pratica consolidata, specialmente nella produzione automobilistica, settore in cui i robot sono stati utilizzati per primi, mentre la placcatura laser è meno diffusa. È un processo di saldatura simile alla spruzzatura termica, in quanto utilizza polvere di metallo come materia prima, che viene applicata allo strato superficiale di un componente metallico per proteggerlo e migliorarne le proprietà superficiali, oppure per riparare le imperfezioni causate da usura o danneggiamento. A differenza della spruzzatura termica, utilizza un fascio laser focalizzato come fonte di calore. Il risultato è un legame metallico tra lo strato superficiale e il materiale applicato con una forza di adesione superiore e, in molti casi, con proprietà della superficie migliori rispetto a quelle originali. Nella placcatura laser si ha una zona termicamente alterata di piccole dimensioni. Questo significa meno diluizione, ossidazione e decarbonizzazione, che possono compromettere le proprietà del materiale applicato e di quello sottostante, causando potenziali screpolature. Un’altra prerogativa importante è la precisione. L’azienda americana FW Gartner propone da quasi un decennio un braccio robotico per placcatura laser. «I robot fanno la differenza. Il mantenimento della velocità e della distanza relative tra il laser e il pezzo in lavorazione sono fondamentalmente ciò che rende il processo riproducibile. Una persona non è in grado di farlo», spiega Michael Breitsameter, Direttore Vendite e Marketing di FW Gartner, «Poter installare un laser su un robot a sei assi ha cambiato l’intera dinamica e la versatilità del processo». Un ambito in cui la placcatura laser è fondamentale è quello delle parti interne: robot e laser raggiungono punti impossibili per l’essere umano. F.W. Gartner dichiara di essere uno dei cinque stabilimenti in Nord America in grado di effettuare con successo la placcatura del diametro interno. «Quando si cerca di saldare in uno spazio ristretto lo strumento si comporta in modo molto simile a un periscopio. La stabilità e il preciso posizionamento sono molto importanti», afferma il manager, «Abbiamo la capacità di placcare componenti da 2,54 centimetri fino a circa 2,5 metri di diametro, e fino a 10 centimetri di diametro interno. Tutti con una vasta gamma di materiali».

Saldatura ibrida laser-arco

Lincoln Electric sta integrando sistemi robotizzati per la saldatura ibrida laser-arco (HLAW – Hybrid Laser Arc-Welding). È un processo di saldatura automatizzato che combina la penetrazione profonda e l’intensità altamente concentrata del laser con la capacità di riempimento congiunta del tradizionale MIG – Metal arc Inert Gas. In quest’ultimo processo tra il componente e il filo di alluminio scocca un arco elettrico, che funge da apporto e da elettrodo allo stesso tempo. L’ossidazione è evitata grazie a un’atmosfera protettiva di gas inerte, in genere argon o elio, che avvolge la zona. «Quando si tratta di materiali più spessi, diciamo tre o quattro millimetri, e si ha un giunto di testa, la capacità di ottenere una giuntura perfetta senza lavorazione diventa più difficile», spiega Paul Denney, «Se i bordi sono un po’ ruvidi e si tenta di saldarli insieme, si rischia che rimangano degli spazi e di avere un riempimento minore o incompleto». Con l’HLAW si ottengono una zona esposta al calore molto limitata e saldature più spesse, anche se è una tecnologia relativamente nuova e il suo uso non si è ancora diffuso perché ci sono poche specifiche. AWS – American Welding Society e ASME – American Society of Mechanical Engineers stanno lavorando su questo fronte.

Placcatura laser a filo caldo

Un altro procedimento di saldatura che si sta diffondendo nell’industria è la placcatura laser a filo caldo. A questo proposito alcuni ritengono che appartenga alla stessa categoria della saldatura laser ibrida. «Recentemente abbiamo aggiornato e introdotto una variante al sistema, che utilizza il filo come materiale per la placcatura. Il laser effettua la fusione. Il filo ha il vantaggio di riuscire a depositare una maggiore quantità di polvere. In questo modo si completa la stessa parte in metà tempo», spiega Kyle Taylor, Project Manager in Wolf Robotics LLC, «Con la placcatura laser a filo non si sta effettivamente creando un arco con il filo di saldatura, ma si fa passare la corrente attraverso di esso. Si utilizza un filo preriscaldato, così quando il laser lo colpisce questo si scioglie e penetra completamente». Lincoln Electric è molto interessata a questa tecnologia. «Il fatto di ottenere un tasso di deposizione molto più alto e con il materiale più puro rispetto al GMAW (Gas Metal Arc Welding – saldatura ad arco con metallo sotto protezione di gas) o al GTAW (Gas Tungsten Arc Welding – saldatura ad arco con elettrodo di tungsteno in atmosfera di gas inerte)», afferma Paul Denney, «ci fa ritenere che abbia un potenziale nei settori del petrolio e del gas, nella produzione di attrezzature per l’industria pesante, e la generazione di energia».

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