Saldatura laser per trasmissione

Punti chiave

  • Un pezzo trasmette, l'altro assorbe. Il raggio attraversa il componente superiore e deposita la propria energia all'interfaccia.
  • Il calore è generato solo dove serve, quindi il processo non aggiunge vibrazioni né particolato.
  • Una volta adeguato l'assorbimento, è l'accoppiamento a decidere la qualità della saldatura: uno spazio non si colma con più potenza.
  • Il nerofumo è l'assorbitore tradizionale, ed è per questo che tanti assiemi saldati a laser sono scuri.

Saldatura laser per trasmissione

La saldatura laser per trasmissione è un processo di giunzione in cui un raggio nel vicino infrarosso attraversa un componente superiore trasmissivo e viene assorbito sulla superficie di un componente inferiore, generando calore con precisione all'interfaccia del giunto, così che entrambe le facce fondono e si uniscono sotto la pressione di serraggio. È la configurazione di saldatura laser dominante per i termoplastici e la ragione per cui la tecnica è addirittura praticabile su materiali che altrimenti verrebbero danneggiati dal riscaldamento superficiale.

Il valore di questa disposizione è che l'energia viene depositata all'interno dell'assieme e non all'esterno. Nulla sulla superficie visibile si riscalda in modo apprezzabile, quindi le facce estetiche restano intatte e non viene applicata alcuna energia meccanica all'assieme, motivo per cui il metodo è adatto a involucri contenenti elettronica, sensori o percorsi per fluidi che la saldatura a ultrasuoni o a vibrazione disturberebbe.

Cosa deve fare ciascuna metà del giunto

Pezzo trasmissivo Pezzo assorbente
Requisito ottico Far arrivare il raggio all'interfaccia con perdite minime Assorbire il raggio sulla superficie o molto vicino ad essa
Cosa lo compromette Spessore di parete, carico di pigmento, carica di vetro, cristallinità, linee di giunzione di stampaggio Carico di assorbitore insufficiente o assorbitore disperso troppo in profondità
Approccio abituale Resina naturale o poco pigmentata; i polimeri amorfi trasmettono meglio dei semicristallini Nerofumo o un additivo a doppia funzione dove il colore conta
Svista più comune Presumere che un pezzo dall'aspetto trasparente trasmetta bene: trasparenza visibile e trasmissione nel vicino infrarosso sono proprietà diverse Presumere che un carico tarato per il contrasto della marcatura vada bene anche per la saldatura

Entrambi i pezzi dovrebbero normalmente essere dello stesso polimero, oppure di polimeri di compatibilità dimostrata. Materiali dissimili con temperature di fusione e viscosità diverse producono raramente una saldatura sana, a prescindere dalla disposizione ottica.

Progettazione del giunto e accoppiamento

Una volta adeguato l'assorbimento, la qualità della saldatura è una questione meccanica. È qui che la maggior parte dei programmi riesce o fallisce davvero:

  • Il contatto intimo è obbligatorio. Il fuso deve colmare l'interfaccia e uno spazio non gli offre nulla su cui colmare. Aggiungere energia su uno spazio brucia il materiale anziché saldarlo.
  • La tolleranza sugli spazi è più stretta che per la saldatura a ultrasuoni o a vibrazione. Deformazione dei pezzi e tolleranza di stampaggio vanno controllate specificamente sul giunto, non solo sulle dimensioni complessive del pezzo.
  • Progetti un giunto di centraggio. Un gradino, un incastro maschio-femmina o un giunto a taglio posizionano i pezzi e concentrano il fuso dove serve, anziché affidarsi a facce piane che combacino perfettamente.
  • Il serraggio deve essere uniforme lungo il percorso di saldatura. Una pressione irregolare produce una saldatura resistente in alcuni punti e assente in altri.
  • L'attrezzatura di serraggio si trova nel percorso del raggio. Le piastre di pressione in vetro o acrilico vanno mantenute pulite e senza graffi, perché il loro stato modifica direttamente l'energia erogata.
  • Tenga il percorso di saldatura lontano da punti di iniezione e linee di giunzione di stampaggio nel pezzo trasmissivo, che diffondono il raggio localmente e producono un punto debole ripetibile.

Strategie di saldatura

Strategia Come funziona Più adatta a
Saldatura a contorno Il raggio percorre una sola volta il tracciato del giunto, fondendo progressivamente Percorsi bidimensionali ampi o complessi; flessibile, costo di attrezzatura inferiore
Quasi simultanea Il raggio scansiona ripetutamente l'intero percorso ad alta velocità, così che l'intero giunto fonde insieme Assiemi che richiedono collasso del giunto e tenuta ermetica; tollera meglio piccoli spazi
Simultanea Schiere di diodi fisse o una sorgente mascherata scaldano l'intero giunto in una volta Alto volume, geometria fissa; tempo ciclo più breve, costo di attrezzatura più alto
Saldatura radiale e a maschera Esposizione rotazionale o mascherata Pezzi cilindrici o definizione molto fine dei dettagli

Diagnosi dei difetti di saldatura

Sintomo Causa probabile Correzione
Saldatura debole con carico di assorbitore corretto Accoppiamento, non ottica Controllare pressione di serraggio e spazio del giunto prima di aumentare la potenza.
La resistenza varia lungo la linea del giunto Trasmissione variabile attraverso il pezzo superiore Misurare la trasmissione lungo il componente trasmissivo; spessore di parete e dispersione del pigmento si vedono entrambi qui.
Vuoti o bruciature all'interfaccia Energia in eccesso o permanenza troppo lunga in un punto Ridurre la potenza o aumentare la velocità di avanzamento. I vuoti sono gas di decomposizione intrappolato.
Un punto debole ripetibile in una posizione Punto di iniezione o linea di giunzione di stampaggio che diffonde il raggio Spostare il punto di iniezione o deviare il percorso di saldatura lontano dalla caratteristica.
Le saldature peggiorano nel corso della produzione Vetro di serraggio sporco o graffiato Pulire e ispezionare l'attrezzatura di serraggio a intervalli programmati: è un componente ottico.
Supera il test di assemblaggio, perde in servizio Qualificata solo sulla resistenza iniziale Aggiungere alla qualificazione cicli termici ed esposizione chimica ed esaminare la modalità di cedimento e non solo il carico.
Impossibile saldare un assieme di colore chiaro Il nerofumo è l'unico assorbitore considerato Specificare un additivo a doppia funzione o assorbente nel vicino infrarosso che non sia visivamente nero.

Termini correlati e letture

Applicazione in produzione

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Domande frequenti

Perché un pezzo deve trasmettere e l'altro assorbire?

Perché il calore sia generato all'interfaccia del giunto e non all'esterno dell'assieme. Il raggio attraversa il componente superiore senza depositare energia apprezzabile, viene assorbito sulla superficie di quello inferiore e il calore risultante fonde le due facce insieme sotto la pressione di serraggio. È ciò che consente a superfici estetiche e componenti interni di sopravvivere a un processo che sta saldando a pochi millimetri di distanza.

Un pezzo trasparente trasmette necessariamente bene il raggio?

No, e questo presupposto causa molto sviluppo sprecato. Trasparenza visibile e trasmissione nel vicino infrarosso sono proprietà diverse: un pezzo può sembrare limpido come l'acqua e attenuare comunque a 1064 nm, e un polimero semicristallino diffonde il raggio attraverso le proprie zone cristalline indipendentemente dall'aspetto. Misuri la trasmissione alla lunghezza d'onda di lavoro anziché giudicare a occhio.

Perché la saldatura è debole se il carico di assorbitore è corretto?

Di solito per l'accoppiamento. Le facce devono essere in contatto intimo sotto la pressione di serraggio perché il fuso deve colmare l'interfaccia; dove c'è uno spazio, l'energia in più brucia il materiale anziché chiuderlo. La saldatura laser tollera gli spazi meno bene di quella a ultrasuoni o a vibrazione, quindi la tolleranza del giunto e la deformazione del pezzo vanno controllate specificamente sulla saldatura.

Un assieme saldato a laser deve essere nero?

Non più. Il nerofumo è l'assorbitore tradizionale e resta il più economico, ed è per questo che tanti assiemi saldati a laser sono scuri, ma gli additivi a doppia funzione e assorbenti nel vicino infrarosso oggi forniscono assorbimento senza essere visivamente neri. Ciò consente assiemi saldati chiari, colorati e, in alcuni sistemi, quasi trasparenti, a un costo di additivo più elevato.

Quale strategia di saldatura scegliere?

La saldatura a contorno si adatta a percorsi ampi o complessi con costo di attrezzatura contenuto; la scansione quasi simultanea fonde l'intero giunto insieme, il che consente il collasso del giunto e tollera meglio piccoli spazi, ed è la scelta abituale per le tenute ermetiche; la saldatura simultanea offre il ciclo più breve per geometrie fisse ad alto volume, al costo di attrezzatura più alto. Di norma decidono tolleranza sugli spazi e volume.


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