Laser welding and monitoring of aluminum alloy 5754 in double lap-joint configuration

In the work carried out, the application under study was laser welding of the aluminum alloy 5754 in double lap-joint configuration. The process is widespread in the automotive sector, in particular for electric vehicles, in the production of car bodies and casings for batteries. Initially, the process parameters window was identified, which considers both full penetration and partial penetration cases. The process parameters that have been varied are the welding speed and the focal position of the laser beam. Once the different conditions to be investigated were identified, an experimental plan was performed in order to extract data on the geometry of the sections of the welding seams and on the mechanical resistance in the various conditions. The monitoring was performed thanks to the possibility offered by the source that is provided with an internal photodiode system able to read the value of Back Reflection, the reflected and emitted radiation from the process, and directly supply a signal in volts. Each trial was monitored. After the analysis of the collected data, a relevant result was achieved by correlating signals with maximum load values of the welding through a regression curve. Furthermore, the monitoring proved to be able to distinguish a good welding condition from conditions in which defects were simulated such as the focal position shifting or the presence of a gap between the aluminum layers.

Nel lavoro svolto, l’applicazione oggetto di studio è stata la saldatura laser della lega di alluminio 5754 nella configurazione di double lap-joint. Il processo è diffuso nel settore automotive, in particolare per i veicoli elettrici, nella produzione delle carrozzerie e degli involucri per le batterie. Inizialmente è stata eseguita un’identificazione della finestra dei parametri di processo che considera sia i casi di saldatura a completa penetrazione che quelli a penetrazione parziale. I parametri di processo che sono stati variati sono la velocità di saldatura e la posizione del fuoco del fascio laser. Una volta identificate le differenti condizioni da investigare è stato eseguito un piano sperimentale al fine di estrarre dati sulla geometria delle sezioni del cordone di saldatura e sulla resistenza meccanica nelle varie condizioni. Il monitoraggio è stato eseguito grazie alla possibilità offerta dalla sorgente che è provvista di un sistema di fotodiodi interni in grado di leggere il valore di Back Reflection, cioè di radiazione riflessa ed emessa dal processo, e fornire direttamente un segnale in volt. Ogni prova è stata monitorata. Dopo aver svolto un’analisi dei dati raccolti, il risultato più rilevante è stato ottenuto correlando il segnale con il valore di forza massima sopportato dalla saldatura attraverso una curva di regressione. Inoltre, il monitoraggio si è rivelato in grado di distinguere una condizione di buona saldatura da condizioni in cui sono stati simulati dei difetti come la perdita della corretta posizione del fuoco o la presenza di un gap tra le lastre da lavorare.