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Sunday, 28 Maggio 2017
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Un laser verde a impulsi per saldare il rame

Indipendentemente dal fatto che  la superficie sia ossidata, pressata, sabbiata, ruvida o lucidata a specchio, i fasci laser verdi permettono di creare dei giunti di saldatura del rame con una qualità sempre uniforme. Indipendentemente dal fatto che la superficie sia ossidata, pressata, sabbiata, ruvida o lucidata a specchio, i fasci laser verdi permettono di creare dei giunti di saldatura del rame con una qualità sempre uniforme.

Grazie al sistema a laser verde TruDisk 421 Pulse di TRUMPF, la saldatura del rame è diventata più efficiente, con meno schizzi e con una maggiore riproducibilità del giunto di saldatura. Il tutto, indipendentemente dalla natura della superficie.

di Laura Alberelli

Novembre-Dicembre 2015

Per saldare efficientemente il rame, TRUMPF ha sviluppato un laser verde a impulsi, tecnologia su cui si basa il nuovo sistema TruDisk 421 Pulse. Il laser a disco, in modalità pulsata, opera con una potenza media di 400 watt, generando una luce laser di 515 nanometri. La luce nello spettro verde risolve i problemi derivanti dall’utilizzo dei laser a infrarossi per la saldatura del rame.

Il problema sono gli infrarossi
Il rame è un eccellente conduttore sia del calore che della corrente, e questo lo rende un metallo perfettamente adatto a molte applicazioni, con vantaggi riscontrati in un’ampia gamma di industrie e settori. Oltre alla tecnologia medica e all’industria chimica, quella alimentare e quella dell’automotive, il rame è indispensabile anche all’elettronica e alla tecnologia elettrica. Questo perché il rame è considerato il materiale più importante per condurre la corrente. A causa della crescente compattezza delle abitazioni e delle prestazioni sempre più elevate dei componenti elettronici, anche le esigenze legate alle tecnologie di produzione e giunzione dei componenti in rame stanno crescendo. Per saldare il rame con il laser, attualmente si è soliti impiegare delle sorgenti del fascio con una lunghezza d’onda infrarossa. Le due “sfide” più grandi sono quelle di ottenere una buona riproducibilità e una quantità minima di schizzi. A una lunghezza d’onda di 1.000 nanometri (IR), il rame è altamente riflettente. L’uniformità dei giunti di saldatura, che dipende dalle proprietà della superficie, può essere garantita solo fino a un certo punto, spesso però insufficiente per l’industria. Inoltre, gli schizzi sono un problema durante la saldatura profonda. Questi schizzi possono danneggiare il componente e, nel peggiore dei casi, causare dei cortocircuiti nella scheda. Come si possono risolvere tali problemi? Possono essere contrastati adattando nella maniera giusta i parametri del laser - come la distribuzione della densità di potenza, la larghezza dell’impulso e la forma del canale vapore - ma ciò nonostante, i risultati sono spesso tutt’altro che ideali. A non poter essere influenzate sono poi la tensione superficiale e la viscosità del rame. Entrambe le proprietà sono più basse rispetto a quelle dell’acciaio, e portano a un bagno di saldatura meno stabile. Questa situazione viene aggravata dalla maggiore perdita di energia dovuta all’elevata conducibilità termica del rame. Il laser verde a impulsi di TRUMPF permette di migliorare in maniera significativa questo tipo di processo.

La soluzione è verde e pulsata
Per generare una lunghezza d’onda verde, nel sistema TruDisk 421 Pulse la frequenza del fascio laser viene raddoppiata all’interno del risonatore laser. Numerosi sono i vantaggi dell’utilizzo di questo tipo di laser. Il rame assorbe la luce verde molto meglio rispetto alla luce a infrarossi; ciò significa che il materiale raggiunge la sua temperatura di fusione più velocemente, che il processo di saldatura inizia prima e che è necessaria una minore potenza del laser. Mentre il laser a infrarossi lavora con 2,6 kW di potenza di picco dell’impulso, il laser verde richiede una potenza di solo 1,4 kW per lo stesso giunto di saldatura. Il processo è più efficiente dal punto di vista energetico, e causa molti meno schizzi. Il laser verde migliora anche la riproducibilità dei risultati. Indipendentemente dal fatto che la superficie sia ossidata, pressata, sabbiata, ruvida o lucidata a specchio, con i fasci laser verdi i giunti di saldatura del rame possono sempre essere creati con una qualità uniforme. Uno dei motivi che si cela dietro a questo risultato è che l’assorbimento a temperatura ambiente è indipendente dalle proprietà della superficie. Utilizzando dei gas di protezione come l’argo e l’azoto si otterrà un giunto di saldatura di qualità ancora migliore. Questi gas di protezione possono essere usati in maniera appropriata ed efficiente solo effettuando la saldatura con il laser verde, in quanto utilizzando l’infrarosso la superficie del bagno di saldatura riflette molto di più a causa del gas, il che renderebbe necessaria una maggiore potenza del laser per effettuare la saldatura.

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