La tecnologia di misurazione in tempo reale è pronta a contribuire a guidare il futuro della saldatura laser grazie a funzionalità mai viste prima. Questa tecnologia sviluppata da IPG Photonics, permette infatti una misurazione accurata entro pochi micron e con un impatto irrilevante o nullo sulla velocità del processo.
a cura di IPG Photonics
Nella lavorazione dei metalli sono pochi i processi delicati quanto la saldatura. Dai prodotti di consumo alle automobili, fino alle grandi navi, la saldatura è parte fondamentale della progettazione e della produzione dei prodotti in metallo e l’eventuale difettosità può essere critica inficiando forma, funzionalità e soprattutto sicurezza del componente saldato.
Come quasi tutti i processi di produzione di massa anche la saldatura è spesso automatizzata con sempre maggior diffusione di produttori che utilizzano strumenti sempre più avanzati e accessibili. In parallelo all’aumento del livello di automazione, la saldatura laser si è notevolmente diffusa, affiancando e in alcuni casi sostituendo i tradizionali processi di saldatura ad arco sia nelle applicazioni pesanti sia in quelle di precisione.
Nonostante l’elevata affidabilità del processo di saldatura laser automatizzato, la qualità non può essere garantita a priori. Tolleranze dimensionali, manipolazione dei componenti e pulizia delle parti possono influire sul risultato finale, causando penetrazione non adeguata e instabilità di processo. L’automazione del controllo di qualità nella saldatura laser si è rivelata, in molti casi, più complessa del processo di saldatura stesso.
Misurazione della saldatura laser in tempo reale
Esistono differenti approcci per il controllo di qualità nella saldatura laser. I metodi di verifica tradizionali offrono un’analisi dettagliata di una singola saldatura, a discapito della produttività. Le metodologie indirette di monitoraggio della saldatura sono compatibili con soluzioni caratterizzate da automazione spinta, ma si basano su indicatori come la valutazione del plasma emesso dal processo per valutare la conformità del giunto saldato, con un’accuratezza talvolta inadeguata al contesto applicativo. Entrambi gli approcci si fondano su compromessi in termini di velocità, confidenza nel risultato e accettazione di un fisiologico aumento del tasso di scarto.
Una terza opzione sta guadagnando terreno: la misurazione della saldatura laser in tempo reale, una tecnologia basata sul principio “Optical Coherent Tomography” (OCT) sviluppata da IPG Photonics che elimina i compromessi tipici del controllo di qualità applicato al processo di saldatura laser.
Impiegando un fascio di misura a bassa potenza accoppiato al fascio di saldatura, la valutazione della saldatura laser in tempo reale consente di misurare direttamente (non attraverso una stima) fattori critici come la profondità di penetrazione del giunto. Il risultato è una misurazione accurata entro pochi micron e con un impatto irrilevante o nullo sulla velocità del processo.
Secondo Shan Jhamandas, LDD General Manager in IPG Photonics “qualsiasi cosa tranne la misurazione diretta costringe i produttori a prendere decisioni difficili. La scelta più sicura è quella di mantenere un approccio cautelativo e scartare qualsiasi componente che abbia anche la minima possibilità di presentare un difetto di saldatura”.
Non bisogna stupirsi che la misurazione della saldatura laser in tempo reale sia stata adottata dai produttori in settori esigenti come quello della mobilità elettrica. Le batterie utilizzate nei veicoli elettrici contengono spesso centinaia o migliaia di saldature laser e un singolo difetto può causare la non conformità del prodotto finale. Per produttori di veicoli elettrici che saldano diversi milioni di celle all’anno, produttività e affidabilità nel controllo del processo sono pertanto diventate essenziali.
Fornire la soluzione completa
LDD è stata la prima tecnologia di misurazione della saldatura in tempo reale a entrare sul mercato e a offrire un prodotto per il monitoraggio della saldatura integrandosi perfettamente con altre soluzioni IPG. I sistemi LDD sono composti da tre elementi principali.
Il primo è una serie di ottiche integrate alla testa di saldatura laser che indirizzano il raggio di misura a bassa potenza nelle posizioni di interesse per valutare le metriche d’interesse.
Il secondo è un’unità di elaborazione compatta che fornisce indicazioni per controllare la radiazione e processare i dati tramite una serie di calcoli complessi.
Infine, il terzo elemento è un software integrato che registra i dati ed è in grado di gestire messaggi di segnalazione quando è probabile che si verifichi un difetto, causato da derive di processo.
La sola misurazione di ogni saldatura non è sufficiente per implementare con successo un’applicazione di saldatura laser. IPG collabora con i diversi produttori per sviluppare e realizzare soluzioni di saldatura laser efficaci, partendo dall’interazione laser-materia e sviluppando parametri di processo al fine di fornire sistemi laser e utensili personalizzati.
Guardando al futuro
“I sistemi LDD sono stati utilizzati per misurare ben oltre un miliardo di saldature in tutto il mondo. Ciò non significa che non stiamo lavorando per incrementare le nostre capacità al fine di affrontare in maniera consapevole un numero maggiore di applicazioni”, afferma Jhamandas.
I calcoli necessari per far funzionare questa tecnologia non sono semplici. Di conseguenza i primi sistemi LDD funzionavano bene per alcune applicazioni ma non sempre erano impiegabili in maniera universale. Una delle sfide era offrire un sistema in grado di acquisire dati sempre più precisi con l’aumento della velocità di saldatura. Lo sviluppo della tecnologia ha consentito di raggiungere produttività di mille saldature al minuto.
“I requisiti da soddisfare sono diventati più restrittivi che mai – afferma Jhamandas – e abbiamo lavorato con un cliente per sviluppare il processo di saldatura “on-the-fly” gestendo velocità elevate con percorsi di saldatura complessi e misurando direttamente ogni millimetro di ciascuna giunzione. È stata una sfida ma alla fine abbiamo raggiunto l’obiettivo”. I progressi nello sviluppo del sistema LDD hanno reso la soluzione di interesse per i settori che privilegiano processi di saldatura ad elevata penetrazione, rispetto alla velocità.
Secondo Jhamandas la nuova generazione di LDD fornisce misurazioni accurate della profondità di saldatura fino a ben oltre 40 mm. “Non siamo ancora riusciti a trovare il limite – afferma – continuiamo a ottenere misurazioni precise indipendentemente dalla profondità”. Grazie a queste nuove caratteristiche, i sistemi LDD sono ora pronti a supportare le industrie pesanti, come la cantieristica navale, dove le saldature strutturali devono sottostare a rigorosi requisiti e standard di qualità. Per queste applicazioni, l’utilizzo della saldatura laser automatizzata ad alta velocità volta a ottenere un’eccellente penetrazione e riducendo al contempo i tempi dedicati al controllo qualità, potrebbe rivoluzionare la produzione.
“Questa tecnologia permette ben più che fornire un vantaggio a chi salda con il laser, si tratta di cambiare ciò che è possibile con questi processi. Poterla portare in un numero sempre maggiore di industrie e settori è davvero entusiasmante”, conclude Jhamandas.
