STUDIO E SVILUPPO DELLA SALDATURA LASER DI PIASTRE IN ACCIAIO DI ELEVATO SPESSORE

The current landscape of the heavy engineering industry increasingly demands reliable structural joints on high-thickness steel plates (over 50 mm). Conventional arc welding processes (GMAW, SAW) applied to such thicknesses entail high production times and costs, alongside a severe heat input that degrades the mechanical properties of the material. Ultra-high-power laser welding (UHPLW) in keyhole mode represents a promising alternative, capable of reducing processing times by up to 80%. However, on extreme thicknesses such as 60 mm, the instability of the melt pool and vapor capillary favors the onset of severe morphological and structural defects (dropout, porosity, weld collapse). This thesis aims to optimize the laser butt welding process on 60 mm steel plates to overcome these limitations. The research and experimental activities are conducted at the Solution Lab of Castellini SpA Società Benefit, utilizing a single-mode laser source by Civan Lasers based on the innovative Coherent Beam Combining (CBC) technology. The primary objective is to investigate how the dynamic beam control provided by CBC technology and the optimization of process parameters can stabilize the fluid dynamics of the melt pool under ultra-high-power conditions. Following a review of the state of the art and defect mechanisms in heavy-section welding, the manuscript will present the experimental setup, a critical analysis of the obtained joints, and the definition of an optimization strategy for this complex industrial application.

L’attuale panorama dell’industria meccanica pesante richiede sempre più giunzioni strutturali affidabili su piastre di acciaio ad alto spessore (oltre i 50 mm). I processi di saldatura ad arco convenzionali (GMAW, SAW) applicati a tali spessori comportano elevati tempi e costi di produzione, oltre a un forte apporto termico che degrada le proprietà meccaniche del materiale. La saldatura laser ad ultra-alta potenza (UHPLW) in modalità keyhole rappresenta una promettente alternativa, capace di ridurre i tempi di lavorazione fino all’80%. Tuttavia, su spessori estremi come i 60 mm, l'instabilità del bagno fuso e del capillare di vapore favorisce l'insorgenza di gravi difetti morfologici e strutturali (dropout, porosità, weld collapse). Il presente lavoro di tesi si propone di ottimizzare il processo di saldatura laser di testa su piastre in acciaio da 60 mm per superare tali limitazioni. L’attività di ricerca e sperimentazione è svolta presso il Solution Lab di Castellini SpA Società Benefit, impiegando una sorgente laser singlemode di Civan Lasers basata sull'innovativa tecnologia Coherent Beam Combining (CBC). L'obiettivo centrale è indagare come il controllo dinamico del fascio offerto dalla tecnologia CBC e l'ottimizzazione dei parametri di processo possano stabilizzare la fluidodinamica del bagno fuso in condizioni di ultra-alta potenza. Dopo un'analisi dello Stato dell'Arte e dei meccanismi di difettologia su grossi spessori, l'elaborato presenterà il setup sperimentale, l'analisi critica dei giunti ottenuti e la definizione di una strategia di ottimizzazione per questa complessa applicazione industriale.