Saldatura a deposizione
con laser a diodi

La saldatura a deposizione laser genera rivestimenti di alta qualità, di cui alcuni hanno una durata superiore a quella dei rivestimenti galvanici.

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Realizzazione di strati protettivi mediante saldatura a deposizione

La saldatura a deposito si riferisce al rivestimento di componenti mediante saldatura con un materiale di riempimento. La saldatura a deposito può essere utilizzata per la riparazione o anche per la produzione di superfici con determinate funzioni. L'applicazione di rivestimenti con un materiale più resistente all'usura rispetto al materiale di base si chiama armatura.  Della saldatura a deposito con materiali per aumentare la resistenza chimica delle superfici, si parla anche di rivestimento.

Saldatura a deposito di polvere con laser

Una delle più importanti applicazioni dei laser a diodi nel settore industriale è il rivestimento laser, chiamato anche "laser cladding".  Si tratta di un processo consolidato per la produzione o il restauro di rivestimenti a laser di alta qualità. I componenti finiti con la saldatura a deposizione sono utilizzati in  vari settori: dall'industria pesante, alla produzione di veicoli, all'agricoltura.

Nella saldatura a deposito con laser, il raggio laser crea un bagno di fusione sulla superficie del pezzo, al quale il materiale di rivestimento viene contemporaneamente alimentato e fuso dal laser. Il materiale aggiuntivo, fornito come filo o polvere, produce uno strato sul materiale di base dopo la saldatura con il laser. Il breve tempo di reazione causa solo una leggera distorsione e il raffreddamento avviene rapidamente. Il risultato è uno strato legato metallurgicamente al materiale di base. E' più resistente dei rivestimenti prodotti a spruzzo termico e, a differenza della cromatura dura, è innocuo per la salute.

Protezione delle superfici e costruzione di strutture complesse

I laser a diodi sono gli strumenti ideali per tutte le variazioni di saldatura a deposito. I vantaggi fondamentali sono l'elevata flessibilità e tempi di lavorazione brevi, la bassa distorsione dei pezzi trattati e i rivestimenti a grana fine con un'eccellente adesione. Le superfici molto resistenti non richiedono quasi nessuna rifinitura. La motivazione per i strati supplementari è molto diversa. Tutti i rivestimenti che proteggono le superfici dei pezzi metallici dall'usura e dalla corrosione, le riparazioni di componenti di alta qualità, ma anche la produzione generativa di strutture complesse possono essere eseguite in modo molto efficace con il laser.

Motivazione protezione anticorrosione

Il rivestimento con laser è molto adatto per prevenire la corrosione da scorrimento e la corrosione interstiziale grazie agli strati aggiunti. A tale scopo, sia gli acciai inossidabili che le leghe di nichel vengono applicati agli acciai a bassa lega. Quando i laser a diodi sono utilizzati come fonte di energia, la miscelazione dei materiali è in genere inferiore al 5 %. Per una buona protezione anticorrosione è sufficiente uno strato di circa 1 mm, mentre per i processi alternativi e convenzionali sono necessari almeno due strati.

Motivazione protezione dall'usura

Un'altra motivazione è la protezione delle superfici dall'usura. In questo caso, la saldatura a deposizione laser è in concorrenza, tra l'altro, con la spruzzatura termica. Poiché la saldatura a deposizione laser crea un legame metallurgico tra il materiale di base e lo strato aggiuntivo, raggiunge una durata molto più lunga rispetto al processo di spruzzatura puramente meccanico. I materiali sono spesso leghe a base di Ni (In 625) con carburi di tungsteno. Questi possono essere fino al 60% in peso dello strato applicato.

Riparazione di componenti

Oltre ai rivestimenti iniziali, anche la saldatura di riparazione viene eseguita come saldatura a filo o a polvere laser. Dopo la rimozione del vecchio rivestimento e la bonifica della superficie del pezzo, è possibile creare nuovi rivestimenti estremamente stabili, in cui il materiale applicato è legato metallurgicamente al materiale di base.  A differenza della protezione contro l'usura o la corrosione, per riparare una superficie usurata, pezzi rotti o altri danni ai componenti solitamente viene applicato lo stesso materiale al materiale di base. Finché il materiale in questione è saldabile, praticamente non ci sono limiti.

La produzione generativa

L'ultima area importante della saldatura a deposizione laser è la generazione di componenti, spesso nominata additive manufacturing (AM) o stampa 3D. Anche in questo caso vengono applicati strati dello stesso materiale. La miscelazione non deve quindi essere considerata separatamente e strato per strato possono essere generati, con un'adeguata programmazione del sistema di lavorazione, anche componenti con strutture complesse. Oltre agli acciai inossidabili, vengono utilizzati sempre più spesso anche l'alluminio, il titanio e le superleghe, come quelle utilizzate nelle turbine, nelle fusoliere e nelle ali per la costruzione di aerei.

Saldatura con laser a deposito di polvere

Il raggio laser collega il pezzo da lavorare metallico con la polvere applicata. Come materiali di base possono essere utilizzati diversi acciai, ghisa, rame, alluminio, leghe a base di nichel e cobalto. Gli strati sono formati da leghe a base di ferro (acciai a bassa lega, acciai per utensili, acciai inossidabili), leghe a base di nichel come Inconell (625, 718, 738), leghe a base di cobalto come stellite, leghe ad alta temperatura, leghe di alluminio, leghe di titanio e materiali contenenti carburi come ulteriore protezione antiusura. Il fattore decisivo è la disponibilità del materiale d'apporto in polvere, con una granulometria tipica di 40-120 µm, per consentire l'utilizzo di un ugello coassiale per polveri. I laser a diodi Laserline LDM e LDF raggiungono risultati eccellenti nella fusione di polveri metalliche: Eccellente adesione, alta precisione, praticamente nessuna porosità e criccabilità limitata con un alto grado di durezza e deformazione minima. Nella maggior parte dei casi, la superficie risultante dalla miscelazione non richiede ulteriori lavorazioni. I processi convenzionali di riporto, come la saldatura al plasma per la deposizione di polveri, non raggiungono invece una durata di vita sufficientemente lunga per molte applicazioni. 

Saldatura con laser a deposito di filo metallico

In questo processo, il raggio laser fonde un filo fornito e il materiale del componente da rivestire. Viene utilizzato filo con diametri da 0,8 a 1,6 mm circa, che viene convogliato al processo di saldatura ad accumulo con gli alimentatori di filo disponibili in commercio. Oggi si stima che il 90% delle applicazioni siano rivestite con polvere e il 10% con filo metallico. I campi di applicazione della saldatura a deposito laser con filo sono la riparazione di componenti e la funzionalizzazione di superfici. Il processo è particolarmente economico, pulito e la rilavorazione è ridotta al minimo.

Laser a diodi nell'industria petrolifera e del gas

Lo sfruttamento di giacimenti di petrolio e gas naturale richiede l'utilizzo di utensili di foratura molto potenti. Questi ultimi vengono infatti sottoposti a notevoli sollecitazioni e non durerebbero a lungo senza un'adeguata protezione antiusura. Per questo motivo, da tempo si prevede l'applicazione di base di rivestimenti speciali che sempre più spesso vengono realizzati tramite saldatura laser a riporto.  In questa procedura, i laser a diodi Laserline delle serie LDM ed LDF permettono di ottenere risultati eccezionali.

Saldatura di crepe in condizioni molto difficili

Oltre ai danni che interessano i rivestimenti protettivi, anche le crepe che si formano nei componenti possono richiedere una saldatura di riparazione. Non sempre però i componenti coinvolti sono facili da raggiungere: laddove ad esempio non è chiaramente possibile smontare una ruota dentata crepata, in caso di dubbio è necessario intervenire sul pezzo servendosi del laser. Con i laser a diodi Laserline tutto ciò non rappresenta assolutamente un problema. In caso di necessità, questi laser leggeri, compatti e mobili possono persino essere collocati in modo sicuro su strutture sottili a un'altezza aerea, a supporto di tutte le operazioni di saldatura necessarie.

Un sistema diodo laser LDF 3000-60 mobile e un robot per eseguire i comandi sono stati installati ad un'altezza di 25 m per saldare le crepe nelle ruote dentate.