In generale, il termine "al volo" si riferisce all'esecuzione di attività in modo dinamico e in tempo reale, senza fermare o interrompere il processo complessivo. Nel mondo della produzione automatizzata, la saldatura laser al volo incar na questo concetto, consentendo una saldatura continua mentre il pezzo o la testa di saldatura rimangono in movimento.
Poiché le industrie continuano a spingere per una produzione più veloce e intelligente, questo metodo di saldatura sta guadagnando terreno negli ambienti di produzione avanzati. Questo articolo spiega cos'è la saldatura laser al volo, come funziona e quali vantaggi offre ai produttori.
Che cos'è la saldatura laser al volo (OTF)?
La saldatura al volo (OTF), detta anche saldatura al volo e talvolta saldatura con scanner, è un processo di saldatura laser automatizzato che utilizza un sistema di scansione laser per eseguire le saldature mentre la testa del processo di saldatura o i componenti target sono in continuo movimento.
Per comprendere il principio di base della saldatura al volo, è necessario esaminare prima altri metodi di saldatura laser automatizzati comuni. Questi metodi possono essere considerati come approcci "stop-and-start" alla saldatura laser.
Alta velocità: saldatura laser stop-and-start con testa di saldatura fissa
Le teste di saldatura laser fisse, il metodo più semplice e comune di saldatura laser, dirigono il fascio in una posizione fissa direttamente sotto l'ottica. Esistono alcune eccezioni, soprattutto per le teste di saldatura progettate per la "saldatura a oscillazione", che utilizzano un campo visivo ridotto per creare modelli di cordoni di saldatura.
Per realizzare saldature di dimensioni superiori a quelle del punto della trave o per eseguire una serie di saldature singole, è necessario spostare la testa di saldatura fissa o le parti da saldare. La prima soluzione è più comune, poiché è abbastanza facile da realizzare.
Maggiore velocità: saldatura laser stop-and-start con testa di scansione
Conosciute anche come scanner e teste di scansione galvanica, le teste di scansione laser utilizzano un galvanometro per deviare i raggi laser attraverso la rotazione di una serie di specchi accuratamente posizionati. Questo design consente di guidare o "scansionare" il raggio in un ampio campo visivo. Ciò consente alle ottiche di scansione di creare lunghe cuciture, schemi di saldatura complessi e molte singole saldature, mentre la testa di scansione e i pezzi rimangono fermi.
La saldatura con scanner è comunemente utilizzata per applicazioni avanzate e ad alta produttività, come la saldatura delle batterie. Tuttavia, se da un lato la saldatura con una testa di scansione riduce la frequenza con cui un sistema deve fermarsi, dall'altro non ne elimina completamente la necessità. Inoltre, la saldatura ai margini del campo visivo di una testa di scansione provoca sottili distorsioni nella messa a fuoco del fascio, che possono causare problemi in applicazioni di alta precisione con finestre di processo strette.
I problemi che si incontrano ai margini del campo visivo possono essere ridotti utilizzando solo una piccola porzione del campo dello scanner. In questo modo si ottiene un punto più uniforme, ma è necessario riposizionare lo scanner più frequentemente per coprire l'area di saldatura. Il riposizionamento dello scanner è un processo relativamente lento che riduce significativamente la produttività complessiva.
Massima velocità: Saldatura al volo con testa di scansione
Fortunatamente, la potenza della scansione laser può essere ulteriormente potenziata per consentire la creazione di modelli di saldatura complessi mentre le ottiche sono in movimento o i pezzi si muovono sotto di esse. Questo metodo riduce notevolmente la frequenza di arresto del sistema.
Quando si utilizza una testa di scansione laser per la saldatura al volo, in genere si utilizza solo una porzione ristretta del campo visivo. In altre parole, l'ottica viene mantenuta per lo più direttamente sopra il bersaglio di saldatura, anche quando gli elementi del sistema sono in movimento. In questo modo si eliminano praticamente le distorsioni delle caratteristiche del punto laser causate dall'indirizzamento del fascio verso i bordi del campo visivo dello scanner.
Poiché la saldatura al volo regola dinamicamente sia la messa a fuoco che il percorso del raggio laser, questo metodo consente anche di tenere automaticamente conto delle variazioni di altezza e delle geometrie tridimensionali del pezzo senza modificare la distanza relativa della testa di scansione dal pezzo.
Come funziona la saldatura al volo
Quando si salda mentre lo scanner o i pezzi sono in movimento, il fascio di luce creato dall'ottica deve compensare il movimento. Ciò richiede una stretta integrazione dei componenti del sistema.
Per applicazioni di elevata precisione e produttività, come la saldatura di batterie, la combinazione gantry-scanner è spesso ottimale. In questo caso, il controller dello scanner tiene traccia della posizione e della velocità dello scanner e compensa la traiettoria del fascio per creare la forma di saldatura corretta nel punto giusto. Mentre le tecniche tradizionali di saldatura con scanner hanno il compito relativamente semplice di "disegnare" la forma desiderata da una posizione fissa, la saldatura al volo deve guidare il fascio lungo un percorso che differisce dalla saldatura finale in base a calcoli in tempo reale.
Per illustrare questo concetto, si consideri un cordone di saldatura circolare, una forma piuttosto comune nelle applicazioni di saldatura con scanner. Come mostrato a sinistra nell'immagine precedente, il software dello scanner guida il raggio per creare una forma ad anello. La saldatura finale risultante, mostrata a destra, è il cerchio perfetto desiderato.
Le modalità specifiche di calcolo dei percorsi e delle velocità dei fasci dipendono da una serie di fattori quali la velocità, la traiettoria e la forma desiderata della saldatura finale. Anche il tipo di movimento - a portale, robotico o a nastro - è importante.
Vantaggi della saldatura al volo
Maggiore efficienza e produttività: Riducendo drasticamente il numero di avviamenti e arresti necessari, la saldatura al volo elimina efficacemente gli intervalli non produttivi che altrimenti sarebbero dedicati a cambiare la posizione dei pezzi o delle ottiche. Per le linee di produzione che devono saldare volumi elevati di pezzi singoli, eseguire molte saldature sullo stesso pezzo o molte saldature lunghe e continue, è generalmente possibile moltiplicare la produttività di diverse volte con la saldatura al volo.
Maggiore precisione e affidabilità: la saldatura al volo calcola e regola continuamente i parametri di saldatura per tenere conto del movimento continuo. Di conseguenza, il raggio laser viene indirizzato con precisione, mantenendo le proprietà ottimali del raggio. Inoltre, poiché la testa di scansione utilizza un campo visivo limitato, i risultati di saldatura sono più coerenti e prevedibili, rendendo più facile rimanere all'interno di finestre di processo ristrette.
Flessibilità: la saldatura al volo può essere utilizzata mentre la testa di scansione è in movimento in applicazioni in cui è necessario eseguire molte singole saldature su un pezzo di grandi dimensioni, come nel caso della saldatura delle sbarre delle batterie. La saldatura OTF può essere utilizzata anche quando la testa di scansione rimane ferma e molti pezzi più piccoli vengono spostati al di sotto, come nel caso della saldatura di singole celle di batteria che viaggiano lungo un trasportatore rotante.
Inoltre, la saldatura al volo funziona sia con il movimento del sistema a portale e cartesiano a 3 assi sia con il movimento del sistema robotico.
Compatibilità con altre tecnologie di saldatura laser: la saldatura al volo può essere utilizzata con altre vantaggiose tecnologie di saldatura laser che modificano le caratteristiche del fascio e monitorano il processo di saldatura.
Ad esempio, la saldatura al volo è compatibile con i laser a doppio raggio che migliorano la qualità della saldatura e riducono gli schizzi. La saldatura OTF può anche essere integrata con la misurazione diretta della saldatura laser in tempo reale, una forma di monitoraggio del processo che aiuta i produttori a tenere traccia delle caratteristiche chiave della saldatura, come la profondità della saldatura.
Le attuali capacità della saldatura al volo
La tecnologia di saldatura al volo è offerta da un numero limitato di fornitori di tecnologia laser. I calcoli e la programmazione avanzati che alimentano la saldatura al volo fanno sì che, pur essendo potenti, le capacità e le funzionalità esatte siano strettamente protette.
Nel caso della tecnologia di saldatura al volo sviluppata da IPG Photonics, sono state dimostrate velocità di saldatura fino a 1.000 saldature al minuto, anche quando si saldano schemi di saldatura più complessi come le spirali.
La tecnologia di saldatura on-the-fly di IPG è inoltre compatibile in modo unico con i laser AMB a doppio raggio monomodale e con la misurazione della saldatura in tempo reale LDD (in attesa di brevetto).
Quali sono i settori e le applicazioni che traggono vantaggio dalla saldatura al volo?
La saldatura al volo è una tecnologia relativamente nuova, ma offre notevoli vantaggi in termini di produttività, qualità e affidabilità per una serie di settori e applicazioni.
Saldatura di veicoli elettrici e batterie: utilizzata da alcuni dei più grandi produttori di veicoli elettrici del mondo, la saldatura OTF si sposa naturalmente con i requisiti di produttività e precisione estremamente esigenti dell'industria della mobilità elettrica e delle batterie.
La saldatura al volo, in particolare in combinazione con tecnologie a doppio raggio e di misurazione della saldatura in tempo reale, è un metodo di saldatura potente per applicazioni come la saldatura tra celle di batteria e busbar, la saldatura tra coperchi di celle di batteria, la saldatura di piastre fredde di batteria e la saldatura di piastre bipolari per celle a combustibile.
Automotive: pur essendo correlata all'industria dei veicoli elettrici, anche l'industria automobilistica nel suo complesso beneficia delle migliori capacità produttive offerte dalla saldatura al volo. La saldatura OTF è particolarmente indicata per la saldatura body-in-white di componenti in lamiera. La saldatura OTF è promettente anche per la saldatura di varie altre parti automobilistiche utilizzate nei motori e nelle trasmissioni dei veicoli.
Aerospaziale: molti degli stessi vantaggi offerti dalla saldatura OTF possono essere applicati all'ampia varietà di saldature richieste dall'industria aerospaziale. Analogamente all'industria della mobilità elettrica, l'industria aerospaziale richiede spesso sia un'elevata produttività che un'alta precisione.
Produzione generale: come metodo di saldatura flessibile utilizzato sia per la microsaldatura che per la saldatura strutturale, la saldatura al volo è adatta a molte applicazioni generali che beneficiano di una maggiore produttività.
Come iniziare con la saldatura al volo
La tecnologia di saldatura al volo IPG è un componente chiave utilizzato nelle soluzioni di saldatura laser ad alta produttività. Siete interessati a saperne di più su come la saldatura al volo possa essere vantaggiosa per la vostra applicazione?
Iniziare è facile: inviateci dei pezzi campione, visitate uno dei nostri laboratori applicativi globali o parlateci della vostra applicazione.
