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Descrizione Tempra Laser

DESCRIZIONE TEMPRA LASER

I sistemi laser destinati al trattamento termico superficiale dei componenti metallici destinati alla meccanica, vengono ritenuti anti economici a causa di un elevato consumo di energia, motivo per cui non hanno preso piede in tutte le aree di produzione. I laser a diodi ad alta potenza, tuttavia, possono superare questo pregiudizio poiché consentono un trattamento di indurimento efficiente sia dal punto di vista energetico sia dal punto di vista di geometrie complesse dei componenti, offrendo quindi un’alternativa economica e interessante alla tempra ad induzione.

STORIA

Il trattamento termico è un metodo comunemente usato per aumentare la resistenza all’usura e alla fatica dei componenti in acciaio. In questo caso, per mezzo di una sorgente di calore, le zone prossime alla superficie del pezzo vengono riscaldate fino ad un range compreso tra 900 e 1500 ° C, tanto che la struttura in acciaio, ferritica a temperatura ambiente, cambia in austenite.
Successivamente, si raffredda fino a temperature inferiori a 100 ° C. Durante questo processo, gli atomi di carbonio vengono depositati in una struttura reticolare ad alta temperatura e non possono più diffondersi verso l’esterno a causa del rapido raffreddamento. Il risultato è martensite dura.
Un metodo consolidato è il processo di tempra con raggio laser.
Una volta un’applicazione di nicchia, oggi viene applicata con successo grazie alla sua alta precisione, eppure il metodo non ha preso piede ovunque. In molti casi, vengono ancora utilizzati metodi di trattamento termico alternativi come la tempra a induzione. In questo metodo di applicazione, il componente si trova solitamente in una bobina di rame, dove una corrente alternata scorre con una certa frequenza. Insieme, la bobina con il componente, completano un circuito oscillante. Questo processo porta ad una rimagnetizzazione ad alta frequenza, che porta nuovamente al riscaldamento del pezzo. Il disaccoppiamento del campo magnetico dipende in modo significativo dalla geometria del componente e
può eventualmente avvenire in zone che normalmente non dovrebbero essere riscaldate affatto o almeno non così tanto. Gli input energetici locali troppo alti durante la tempra a induzione, possono portare a una distorsione indesiderata del materiale, soprattutto nelle strutture con delle sezioni molto sottili. Tale deformazione può essere sistemata solo con un’ulteriore lavorazione da effettuare in seguito, la raddrizzatura. Inoltre, i componenti devono essere raffreddati dopo il riscaldamento tramite immersione in un liquido di tempra. Per questa operazione, viene normalmente utilizzato una soluzione a base d’acqua, ma la sua circolazione e il raffreddamento costerebbe energia aggiuntiva. Perché allora la tempra a induzione è ancora spesso preferita nonostante il suo elaborato processo di lavorazione? La ragione può essere trovata nel fatto che i laser sono, a causa del loro elevato consumo di energia, antieconomici mentre i metodi induttivi sono quindi, nonostante il lavoro extra, l’opzione più conveniente. Tuttavia, questa ipotesi ha avuto origine da un’epoca in cui i laser a CO2 erano le uniche sorgenti ad alta potenza disponibili in commercio. Con un’efficienza elettrica di circa il 10% e un disaccoppiamento ottico in acciaio del 40% massimo (senza il rivestimento aggiuntivo che aumenta l’assorbimento), questo tipo di laser in realtà offre
solo una bassa efficienza energetica. Inoltre è costoso. La tempra a induzione, tuttavia, raggiunge efficienze comprese tra il 15 e il 63 percento, a seconda della geometria del componente. Pertanto, lo sforzo aggiuntivo per la post-elaborazione e il raffreddamento è stato stimato essere inferiore ai costi di investimento e operativi per i sistemi laser. Quindi, è comprensibile che molti utenti abbiano preferito la tempra induttiva rispetto alla tempra laser finora.

Laser a diodi come alternativa efficiente dal punto di vista energetico alla tempra a induzione

Ma questa visione non riflette gli attuali sviluppi della tecnologia laser. In particolare, i moderni laser a diodi ad alta potenza sono chiaramente superiori al laser a CO2: con un’efficienza del 50 percento hanno la più
alta efficienza delle prestazioni dei sistemi laser odierni. Ciò ha un impatto sui costi energetici. Sono anche il tipo di laser oggi più favorevole in termini di costi di investimento. Durante la tempra di pezzi identici, ad esempio, la tempra laser basata sul laser a diodi richiede, a seconda dell’applicazione, solo un decimo dell’energia di un processo di induzione. Uno dei motivi è l’elevato consumo di energia sproporzionato all’indurimento induttivo di geometrie complesse quando devono essere utilizzate le sezioni esterne della bobina meno efficienti. Componenti come le cremagliere – con diverse aree adiacenti strettamente collegate e che devono essere temprate individualmente – non possono essere trattate con tempra a induzione a causa della loro geometria esigente. In questo caso, i sistemi laser hanno un chiaro vantaggio: il raggio laser insieme all’ottica di sagomatura del fascio focalizzabile con precisione consente un trattamento
termico selettivo, in cui vengono elaborate solo aree selezionate dei componenti. Con la combinazione di sistemi ottici di monitoraggio della temperatura come termocamere o pirometri con controllori di processo
rapidi, l’apporto di calore può essere dosato in modo più preciso. Per questo motivo è possibile evitare temperature troppo basse ma anche surriscaldamenti locali. Rispetto alla tempra induttiva, ci sono ulteriori
risparmi. A causa del riscaldamento rapido, dell’elaborazione selettiva e del controllo preciso della temperatura, il calore immesso dal raggio laser viene dissipato nel più breve tempo e senza mezzi di spegnimento aggiuntivi in ​​altri strati di materiale (autoestinguenza). Non ci sono costi energetici aggiuntivi per il raffreddamento dei pezzi.
In conclusione, non c’è nessuna distorsione del materiale e il processo di raddrizzatura risulterebbe un’operazione ridondante. La conseguenza è una chiara riduzione del tempo di realizzazione delle
cremagliere, portando un enorme vantaggio in termini di costo e di consegna.