A soldadura por láser é un dos aspectos importantes da aplicación da tecnoloxía de procesamento láser, pero tamén a tecnoloxía de soldadura máis rechamante e prometedora do século XXI. En comparación cos métodos de soldadura tradicionais, a soldadura por láser ten moitas vantaxes, unha maior calidade de soldadura e unha eficiencia máis rápida. Na actualidade, a tecnoloxía de soldadura por láser utilizouse amplamente na fabricación, a metalurxia do po, a industria automobilística, a industria electrónica, a biomedicina e outros campos.
Segundo o mecanismo de formación da piscina de soldadura, a soldadura por láser ten dous mecanismos básicos de soldadura: soldadura por condución térmica e soldadura por penetración profunda (burato pequeno). A calor xerada pola soldadura por condución térmica difúndese á peza de traballo mediante a transferencia de calor, de xeito que a superficie da soldadura se funde, basicamente sen fenómeno de vaporización, o que se usa a miúdo na soldadura de compoñentes de parede delgada de baixa velocidade. A soldadura por fusión profunda vaporiza o material e forma unha gran cantidade de plasma. Debido á gran calor, haberá buratos na parte dianteira da piscina fundida. A soldadura por penetración profunda pode soldar a peza de traballo completamente, e a enerxía de entrada é grande, a velocidade de soldadura é rápida, é o modo de soldadura láser máis utilizado.
Hai moitos parámetros do proceso que afectan á calidade da soldadura láser, como a densidade de potencia, a forma de onda do pulso láser, o desenfoque, a velocidade de soldadura e o gas auxiliar de soprado.
1. Densidade de potencia do láser A densidade de potencia é un dos parámetros máis críticos no procesamento por láser. Cunha maior densidade de potencia, a capa superficial pode quentarse ata o punto de ebulición nun rango de tempo de microsegundos, xerando unha gran cantidade de vaporización. Polo tanto, a alta densidade de potencia é moi vantaxosa para o procesamento de eliminación de material, como punzonado, corte e gravado. Para unha baixa densidade de potencia, a temperatura superficial tarda varios milisegundos en alcanzar o punto de ebulición e, antes de que a capa superficial se vaporice, a capa inferior alcanza o punto de fusión, o que facilita a formación dunha boa soldadura por fusión. Polo tanto, na soldadura por láser por condución de calor, o rango de densidade de potencia é de 104-106 W/cm2.
2. Forma de onda do pulso láser
A forma de onda do pulso láser non só é un parámetro importante para distinguir a eliminación de material da fusión de material, senón tamén un parámetro clave para determinar o volume e o custo do equipo de procesamento. Cando o raio láser de alta intensidade chega á superficie do material, esta superficie terá entre un 60 e un 90 % de reflexión e perda de enerxía láser, especialmente no ouro, a prata, o cobre, o aluminio, o titanio e outros materiais, cunha forte reflexión e unha rápida transferencia de calor. A reflectancia dun metal varía co tempo durante un sinal de pulso láser. Cando a temperatura da superficie do material se eleva ata o punto de fusión, a reflectividade diminúe rapidamente e, cando a superficie está no estado de fusión, a reflexión estabilízase nun certo valor.
3. Ancho do pulso O ancho do pulso é un parámetro importante da soldadura por láser pulsado. O ancho do pulso determínase pola profundidade de penetración e a zona afectada pola calor. Canto maior sexa o ancho do pulso, maior será a zona afectada pola calor e a profundidade de penetración aumentará coa metade da potencia do ancho do pulso. Non obstante, o aumento do ancho do pulso reducirá a potencia máxima, polo que o aumento do ancho do pulso úsase xeralmente para a soldadura por condución térmica, o que resulta nun tamaño de soldadura amplo e pouco profundo, especialmente axeitado para a soldadura por solape de placas delgadas e grosas. Non obstante, unha potencia máxima máis baixa resulta nun exceso de entrada de calor e cada material ten un ancho de pulso óptimo que maximiza a penetración.
4, a soldadura láser con desenfoque adoita requirir unha certa cantidade de desenfoque, porque o foco do láser no centro do punto de densidade de potencia é demasiado alto, polo que é doado que se evapore nos buratos. A distribución da densidade de potencia é relativamente uniforme en cada plano lonxe do foco do láser. Existen dous métodos de desenfoque: desenfoque positivo e desenfoque negativo. Se o plano focal está situado por riba da peza de traballo, hai desenfoque positivo; se non, hai desenfoque negativo. Segundo a teoría da óptica xeométrica, cando a distancia entre os planos de desenfoque positivo e negativo e o plano de soldadura é igual, a densidade de potencia no plano correspondente é aproximadamente a mesma, pero a forma real do baño de soldadura obtida é diferente. No caso do desenfoque negativo, pódese obter unha maior penetración, o que está relacionado co proceso de formación do baño de soldadura fundido.
5, velocidade de soldadura A velocidade de soldadura determina a calidade da superficie de soldadura, a penetración, a zona afectada pola calor, etc. A velocidade de soldadura afectará a entrada de calor por unidade de tempo. Se a velocidade de soldadura é demasiado lenta, a entrada de calor é demasiado grande, o que provocará que a peza se queime. Se a velocidade de soldadura é demasiado rápida, a entrada de calor é demasiado pequena, o que provocará que a peza se solde opaca. A redución da velocidade de soldadura adoita utilizarse para mellorar a penetración.
6, gas protector de insuflación auxiliar O gas protector de insuflación auxiliar é un proceso esencial na soldadura láser de alta potencia. Por unha banda, para evitar que os materiais metálicos se pulvericen e contaminen o espello de enfoque; por outra banda, para evitar que o plasma xerado no proceso de soldadura se centre demasiado e impida que o láser chegue á superficie do material. No proceso de soldadura láser, adoitan usarse helio, argón, nitróxeno e outros gases para protexer o baño fundido, de xeito que a peza de traballo estea protexida da oxidación na enxeñaría de soldadura. Factores como o tipo de gas protector, o tamaño do fluxo de aire e o ángulo de insuflación inflúen moito no resultado da soldadura. Os diferentes métodos de insuflación tamén inflúen na calidade da soldadura.
O helio non se ioniza facilmente (ten unha alta enerxía ionizante), o que permite que o láser pase suavemente e que a enerxía do feixe chegue á superficie da peza sen obstáculos. Este é o gas protector máis eficaz empregado na soldadura láser, pero o prezo é relativamente caro. O argón é máis barato e denso, polo que ten unha mellor protección. Non obstante, ionízase facilmente polo plasma metálico de alta temperatura, o que protexe parte do feixe da peza, o que reduce a potencia láser efectiva da soldadura, pero tamén prexudica a velocidade e a penetración da soldadura. As superficies das soldaduras protexidas por argón son máis lisas que as protexidas por helio. O nitróxeno é o gas protector máis barato, pero non é axeitado para algúns tipos de soldadura de aceiro inoxidable, principalmente debido a problemas metalúrxicos, como a absorción, que ás veces crea poros na zona de solape.
Como nova tecnoloxía de soldadura, a soldadura por láser ten as características de alta densidade de enerxía, alta velocidade, alta precisión, penetración profunda e forte adaptabilidade. A súa aplicación é cada vez máis extensa, o que non só pode mellorar a eficiencia da produción, senón tamén a calidade da soldadura. A tecnoloxía de soldadura por láser xogará sen dúbida un papel máis importante no campo do procesamento de materiais.
Data de publicación: 28 de marzo de 2023
