Il laser si è affermato come strumento preciso e altamente efficiente nella lavorazione dei metalli, in particolare nella saldatura. L’elevata densità energetica, le elevate velocità di lavorazione e la minima distorsione termica sono chiari vantaggi. Tuttavia, l’uso dei laser richiede tradizionalmente misure di sicurezza estese e costose. Una nuova ottica per saldatura laser di Scansonic semplifica notevolmente questo processo.
di Axel Luft, General Manager Scansonic MI GmbH
Lo sviluppo di laser ad alta potenza e la capacità di focalizzare i raggi laser con estrema precisione li hanno resi uno strumento ideale per la lavorazione dei metalli. Durante la saldatura laser, l’energia necessaria viene introdotta con estrema precisione. Il metodo è senza contatto, estremamente preciso e altamente efficiente.
Una sicurezza rigorosa
Allo stesso tempo, le misure di sicurezza per la manipolazione delle radiazioni laser sono molto rigorose. In particolare, i laser di Classe 4 secondo la norma EN 60825-1, comunemente utilizzati nella lavorazione dei metalli, richiedono una protezione contro le radiazioni dirette o riflesse che potrebbero mettere in pericolo la pelle o gli occhi.
Pertanto, i sistemi di saldatura laser industriali devono essere tipicamente completamente chiusi. Tali involucri devono garantire che non vi siano fughe di radiazioni pericolose e che l’ambiente in cui sono presenti i dipendenti soddisfi i requisiti per i laser di Classe 1. Ciò comporta requisiti rigorosi in termini di materiali, soprattutto quando si lavora con moderni laser ad alta potenza. Si applicano anche ulteriori funzioni di sicurezza per i sistemi di automazione e controllo, come specificato nella norma IEC 62061. Per esempio, i sistemi di controllo devono impedire l’apertura delle porte mentre il raggio laser è attivo.
Questi e altri requisiti rendono le cabine di sicurezza laser un fattore di costo significativo, che spesso rappresenta oltre il 10% dell’investimento complessivo in un sistema di saldatura laser, a seconda dell’applicazione.
Nuovo approccio: ottica per saldatura laser con sicurezza integrata
Scansonic, uno dei principali produttori mondiali di ottiche per la lavorazione laser, ha introdotto una nuova ottica per saldatura laser che elimina la necessità di un involucro di sicurezza separato. L’ottica compatta SCW (Safe Component Welding) soddisfa i requisiti dei laser di Classe 1, consentendo la saldatura senza un alloggiamento aggiuntivo.
Ciò è reso possibile da un accessorio protettivo appositamente progettato e montato direttamente sull’ottica. Questo ugello sagomato racchiude completamente l’area di saldatura e impedisce la fuoriuscita di radiazioni pericolose. È adattato alla geometria di ogni specifico pezzo da lavorare. Di conseguenza, il personale operativo rimane protetto in modo affidabile in ogni momento, senza la necessità di un involucro completo. È sufficiente una semplice cella di sicurezza robotizzata o una recinzione protettiva, riducendo significativamente i costi del sistema rispetto alle soluzioni di saldatura laser convenzionali.
Definire con precisione le posizioni di saldatura
La nuova ottica è basata sul collaudato sistema FCW di Scansonic, migliorato con un design integrato per la sicurezza laser. L’ottica SCW utilizza la stessa tecnologia di scansione 3D ad alta precisione per garantire processi di saldatura accurati. Nonostante il suo design compatto, offre un ampio campo di scansione. L’elaborazione integrata delle immagini copre un’area di lavoro di 5×25 mm, consentendo agli utenti di definire con precisione le posizioni di saldatura utilizzando una procedura di apprendimento.
La funzione dell’ugello protettivo è monitorata continuamente da un sistema di sicurezza per mantenere le condizioni dei laser Classe 1. Come richiesto dalla norma IEC 62061, il sistema è completamente ridondante. I sensori misurano continuamente sia la temperatura che la distanza tra il pezzo e l’ugello. Se la distanza consentita di 0,2 mm viene superata, la sorgente laser non viene rilasciata. La soluzione soddisfa quindi tutti i requisiti per la produzione industriale in serie.
Sforzo di progettazione minimo
La saldatura dei componenti prevede diverse fasi di lavorazione. Innanzitutto, l’ottica si sposta nella posizione desiderata e viene posizionata a filo contro il contorno del pezzo da lavorare. In questa fase, sia il flusso di gas di processo che l’estrazione dei fumi sono già attivi. Il controller di sicurezza verifica quindi la sicurezza del laser controllando lo spazio e rilevando i bordi. Solo una volta confermata la sicurezza, ha inizio il processo di saldatura. Dopo la saldatura, il laser viene spento e l’ottica si sposta nella posizione successiva.
La nuova ottica SCW è offerta come sistema completamente integrato che include i controlli di sicurezza, una sorgente laser adeguata di Brightlight Laser Systems, il raffreddamento e l’attrezzatura di estrazione. Durante la progettazione è necessario collegare solo poche interfacce: alimentazione elettrica, connessione di rete per il PC dell’operatore, interfaccia robotica inclusa la connessione Profinet a un PLC e una linea di aria compressa. Ciò riduce al minimo lo sforzo di progettazione e consente una rapida messa in servizio.
Una soluzione ideale per l’industria automotive
Un’applicazione tipica si trova nell’industria automobilistica, dove i pannelli interni ed esterni delle portiere vengono fissati insieme dopo la bordatura. Questi pannelli sono solitamente incollati, con l’adesivo che polimerizza solo durante il processo di verniciatura. Fino a quel momento, i componenti non devono spostarsi, quindi vengono saldati insieme in diversi punti. Queste saldature non richiedono una resistenza rilevante in caso di urto; sono necessari solo pochi punti di fissaggio.
In precedenza si utilizzava la saldatura a punti o ad arco, che spesso causava distorsioni dovute all’elevato apporto di calore; distorsioni che possono diventare visibili sulla superficie esterna e che devono essere evitate. Con l’ottica SCW, i punti di saldatura possono ora essere impostati con un apporto di energia molto basso, eliminando efficacemente la deformazione.
La saldatura diventa più economica
L’ottica di saldatura laser SCW con attacco protettivo integrato amplia i casi d’uso della saldatura laser e rende il processo più economico eliminando la necessità di costosi involucri di sicurezza laser. Il suo design completamente integrato riduce anche il carico di lavoro ingegneristico. Le prime applicazioni nella produzione di scocche automobilistiche dimostrano il suo potenziale. Gli sviluppatori stanno già lavorando su ulteriori applicazioni.
Per esempio, le saldature di rigidità e i giunti sovrapposti vengono spesso realizzati utilizzando pinze di saldatura a resistenza. Se le lamiere vengono pressate insieme con una forza definita utilizzando l’ugello SCW, questo processo potrebbe essere notevolmente semplificato in futuro.
