Gli acciai a medio-alto contenuto di carbonio sono comunemente utilizzati nell’industria meccanica grazie alla buona durezza, alla buona resistenza all’usura e al costo relativamente contenuto. Nell’ambito delle costruzioni saldate, tuttavia, questi materiali risultano di difficile applicabilità a causa della forte propensione a generare cricche sia a caldo che a freddo e, per tale motivo, vengono frequentemente sostituiti da acciai di maggior costo, ma a minore tenore di carbonio equivalente, quali gli HSLA, TRIP e DP. Nell’ambito della costruzione di componenti miniaturizzati, l’utilizzo di acciai ad elevato contenuto di carbonio è altrettanto diffuso, soprattutto nella meccanica di precisione, nell’orologeria e nella produzione di dispositivi MEMS. Considerando i ridotti spessori caratteristici di questi tipi di componente, recenti studi hanno portato a valutare l’applicabilità delle sorgenti laser ad impulsi corti, tipicamente utilizzate nelle operazioni di marcatura, nella microsaldatura di tali acciai. Le suddette sorgenti, traendo vantaggio da impulsi con lunghezza nell’ordine delle decine di ns e da frequenze di pulsazione fino anche a 1 MHz, consentono un accuratissimo controllo della cessione di energia verso il materiale e possono, di conseguenza, aprire nuove strade nella saldatura di componenti miniaturizzati in acciaio a medio-alto tenore di carbonio. Il presente articolo riguarda l’applicazione di una sorgente laser infrarossa da 20 W ad impulsi corti nella saldatura di acciaio al carbonio C70 bonificato, di piccolo spessore. Il processo viene studiato valutando l’influenza dei parametri di processo e mettendo in evidenza come questi entrino in gioco nel definire la fattibilità del processo stesso. Lo studio ha posto in evidenza come, attraverso un’accurata ottimizzazione dei parametri, si possano ottenere cordoni di saldatura con profondità fino a 200 µm e larghezza fino a 150 µm caratterizzati da ZTA ridottissima, al limite dell’otticamente misurabile, privi di cricche e porosità. L’interesse nella realizzazione di questo tipo di saldature è ulteriormente rafforzato dal fatto che su una stessa cella di lavorazione, agendo semplicemente sui parametri di processo, possono essere implementati cicli di lavorazione ad elevata produttività che comprendano operazioni di taglio, saldatura e marcatura eseguibili su uno stesso piazzamento e con lo stesso attrezzaggio di macchina. High carbon steels are commonly used in modern mechan- ical industry due to their good mechanical properties and to their relatively low cost. Unfortunately, when dealing with welding processes, these materials must be set aside because of their very high crack susceptibility and more re- fined and expensive steels must be taken into consideration, such as HSLA, DP and TRIP ones, thanks to their lower carbon equivalent and similar, or even better, mechanical properties. In micro-scale components industry the use of high carbon steels is also very common, in particular in precision mechanics, watch and MEMS industry. Consid- ering the very low thicknesses typical of these components and the intrinsic welding difficulty related to the material, several studies stressed on the possibility to exploit nano- second pulsed lasers in welding this kind of steels. These sources, taking advantage from the short duration of the pulse and from a repetition rate as high as 1 MHz, allow a very accurate control of the heat input delivered to the material and pave new ways in micro-welding of medium and high carbon steels. The present paper deals with the exploitation of a 20 W nanosecond pulsed laser source in welding low thickness C70 (AISI 1070) plain carbon steel. The process is studied by evaluating the influence of the main parameters on its feasibility. The activity pointed out that, by properly selecting the main parameters, it is pos- sible to achieve sound and crack-free weld beads with a maximum penetration as high as 200 µm and a very small heat affected zone. The main interesting point concerning this specific welding process is related to the fact that, by simply selecting the proper process parameters, it is pos- sible to achieve high productivity working cycles involving laser cutting, welding and marking on the same machine and exploiting the same workpiece positioning
A. Ascari, A. Fortunato, L. Orazi (2013). Microsaldatura laser di acciai ad elevato tenore di carbonio [Laser micro-welding of high carbon steels]. RIVISTA ITALIANA DELLA SALDATURA, 65(4), 507-513.
Microsaldatura laser di acciai ad elevato tenore di carbonio [Laser micro-welding of high carbon steels]
ASCARI, ALESSANDRO;FORTUNATO, ALESSANDRO;ORAZI, LEONARDO
2013
Abstract
Gli acciai a medio-alto contenuto di carbonio sono comunemente utilizzati nell’industria meccanica grazie alla buona durezza, alla buona resistenza all’usura e al costo relativamente contenuto. Nell’ambito delle costruzioni saldate, tuttavia, questi materiali risultano di difficile applicabilità a causa della forte propensione a generare cricche sia a caldo che a freddo e, per tale motivo, vengono frequentemente sostituiti da acciai di maggior costo, ma a minore tenore di carbonio equivalente, quali gli HSLA, TRIP e DP. Nell’ambito della costruzione di componenti miniaturizzati, l’utilizzo di acciai ad elevato contenuto di carbonio è altrettanto diffuso, soprattutto nella meccanica di precisione, nell’orologeria e nella produzione di dispositivi MEMS. Considerando i ridotti spessori caratteristici di questi tipi di componente, recenti studi hanno portato a valutare l’applicabilità delle sorgenti laser ad impulsi corti, tipicamente utilizzate nelle operazioni di marcatura, nella microsaldatura di tali acciai. Le suddette sorgenti, traendo vantaggio da impulsi con lunghezza nell’ordine delle decine di ns e da frequenze di pulsazione fino anche a 1 MHz, consentono un accuratissimo controllo della cessione di energia verso il materiale e possono, di conseguenza, aprire nuove strade nella saldatura di componenti miniaturizzati in acciaio a medio-alto tenore di carbonio. Il presente articolo riguarda l’applicazione di una sorgente laser infrarossa da 20 W ad impulsi corti nella saldatura di acciaio al carbonio C70 bonificato, di piccolo spessore. Il processo viene studiato valutando l’influenza dei parametri di processo e mettendo in evidenza come questi entrino in gioco nel definire la fattibilità del processo stesso. Lo studio ha posto in evidenza come, attraverso un’accurata ottimizzazione dei parametri, si possano ottenere cordoni di saldatura con profondità fino a 200 µm e larghezza fino a 150 µm caratterizzati da ZTA ridottissima, al limite dell’otticamente misurabile, privi di cricche e porosità. L’interesse nella realizzazione di questo tipo di saldature è ulteriormente rafforzato dal fatto che su una stessa cella di lavorazione, agendo semplicemente sui parametri di processo, possono essere implementati cicli di lavorazione ad elevata produttività che comprendano operazioni di taglio, saldatura e marcatura eseguibili su uno stesso piazzamento e con lo stesso attrezzaggio di macchina. High carbon steels are commonly used in modern mechan- ical industry due to their good mechanical properties and to their relatively low cost. Unfortunately, when dealing with welding processes, these materials must be set aside because of their very high crack susceptibility and more re- fined and expensive steels must be taken into consideration, such as HSLA, DP and TRIP ones, thanks to their lower carbon equivalent and similar, or even better, mechanical properties. In micro-scale components industry the use of high carbon steels is also very common, in particular in precision mechanics, watch and MEMS industry. Consid- ering the very low thicknesses typical of these components and the intrinsic welding difficulty related to the material, several studies stressed on the possibility to exploit nano- second pulsed lasers in welding this kind of steels. These sources, taking advantage from the short duration of the pulse and from a repetition rate as high as 1 MHz, allow a very accurate control of the heat input delivered to the material and pave new ways in micro-welding of medium and high carbon steels. The present paper deals with the exploitation of a 20 W nanosecond pulsed laser source in welding low thickness C70 (AISI 1070) plain carbon steel. The process is studied by evaluating the influence of the main parameters on its feasibility. The activity pointed out that, by properly selecting the main parameters, it is pos- sible to achieve sound and crack-free weld beads with a maximum penetration as high as 200 µm and a very small heat affected zone. The main interesting point concerning this specific welding process is related to the fact that, by simply selecting the proper process parameters, it is pos- sible to achieve high productivity working cycles involving laser cutting, welding and marking on the same machine and exploiting the same workpiece positioningI documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
