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Descripción general de la soldadura láser
La soldadura láser, como tecnología de soldadura moderna, tiene ventajas como penetración profunda, alta velocidad, pequeña deformación, alta densidad de potencia y no se ve afectada por los campos magnéticos. Se utiliza ampliamente en campos de fabricación de precisión de alta gama, como automóviles, barcos y aeroespacial. Este artículo presenta principalmente el principio de la soldadura láser, sus ventajas y desventajas, ayudando a las personas que no han utilizado la soldadura láser a tener una comprensión preliminar de esta tecnología de soldadura.
Principio de soldadura láser
La soldadura láser se puede lograr utilizando rayos láser continuos o pulsados, y el principio de la soldadura láser se puede dividir en soldadura por conducción de calor y soldadura por penetración profunda con láser.
- Una densidad de potencia inferior a 104-105 W/cm2 se considera soldadura por conducción térmica, donde la profundidad de fusión es baja y la velocidad de soldadura es lenta; El principio de la soldadura láser es: la radiación láser calienta la superficie a procesar y el calor de la superficie se dirige al interior para su difusión a través de la transferencia de calor. Al controlar parámetros como el ancho, la energía, la potencia y la frecuencia del pulso láser, la pieza de trabajo se funde para formar un baño de fusión específico.
- La soldadura por penetración profunda con láser generalmente utiliza un haz láser continuo para conectar materiales, y su proceso físico metalúrgico es muy similar a la soldadura por haz de electrones. El mecanismo de conversión de energía se logra a través de pequeños orificios. Bajo la irradiación de un láser de alta densidad de potencia, el material se evapora para formar pequeños orificios, que se llenan de vapor como un cuerpo negro y absorben casi toda la energía de la luz incidente. El calor se transfiere desde la pared exterior de la cavidad de alta temperatura, lo que hace que el metal que rodea la cavidad se derrita. Bajo la irradiación de un haz de luz, el material de la pared se evapora continuamente para producir vapor de alta temperatura. La tensión superficial de la capa de pared formada por el flujo de líquido fuera de la pared del orificio está en equilibrio constante con la presión de vapor generada continuamente dentro de la cavidad del orificio. El haz de luz ingresa continuamente al pequeño orificio, que siempre está en un estado de flujo estable. El metal fundido que rodea la pared del orificio avanza con el haz de luz principal, llenando el espacio dejado por el pequeño orificio y condensándose en consecuencia, formando así una costura de soldadura.
Campo de aplicación de la soldadura láser
La soldadura láser se ha utilizado ampliamente en diversas industrias, como:
- Industria automotriz: La soldadura láser puede lograr una conexión eficiente y precisa de los componentes automotrices, mejorar la productividad y la calidad, reducir los costos y la contaminación. La soldadura láser se puede utilizar para soldar componentes como carrocerías, chasis, motores, transmisiones, tubos de escape, airbags, paneles de instrumentos, etc. Por ejemplo, la soldadura láser puede lograr un diseño integrado de portones traseros de automóviles, reducir la cantidad y el peso de las piezas, mejorar la rigidez y la resistencia, y mejorar la apariencia y la seguridad.
- Construcción naval: La soldadura láser se puede utilizar para unir placas de barcos, solucionar los problemas de deformación y alabeo de la soldadura tradicional, mejorar la calidad y la resistencia de las soldaduras y reducir el consumo de material y los costes de mano de obra. La soldadura láser se puede utilizar para soldar estructuras de barcos, cubiertas, mamparos, sentinas, tuberías y otros componentes. Por ejemplo, la soldadura láser puede lograr un montaje rápido de estructuras de barcos de gran tamaño, acortar los ciclos de construcción y mejorar la eficiencia de la producción.
- Campo doméstico: La soldadura láser se puede utilizar para la fabricación de todas las casas de aluminio, logrando una conexión perfecta de los perfiles de aleación de aluminio, mejorando la estética y la durabilidad de las casas y satisfaciendo las necesidades de protección del medio ambiente y la salud. La soldadura láser se puede utilizar para la producción de productos para el hogar, como todos los armarios de aluminio, todas las estanterías de aluminio y todos los zapateros de aluminio. Por ejemplo, la soldadura láser puede lograr cero formaldehído, cero contaminación y valor de reciclaje en todas las casas de aluminio, creando un nuevo concepto de mobiliario para el hogar ecológico y de moda.
Clasificación de la soldadura láser
Según los diferentes modos de salida de energía de los láseres, la soldadura láser se puede dividir en soldadura láser continua y soldadura láser pulsada. La soldadura láser continua forma una morfología de soldadura continua e ininterrumpida durante el proceso de soldadura, mientras que la soldadura láser pulsada forma un punto de soldadura circular en la superficie de la pieza de trabajo soldada debido a la entrada de energía discontinua a la superficie de la pieza de trabajo. Se pueden obtener diferentes morfologías de soldadura en función de los cambios en los parámetros del láser. Según las diferentes densidades de potencia del punto enfocado por láser, la soldadura láser se puede dividir en soldadura por conductividad térmica y soldadura por penetración profunda.
1. Soldadura por conductividad térmica láser
La densidad de potencia del punto de soldadura por conductividad térmica láser en la superficie de la pieza de trabajo es relativamente baja, generalmente menos de 105 W/cm2. El láser suministra energía a la superficie de la pieza de trabajo soldada, calentando la superficie del metal a una temperatura entre los puntos de fusión y ebullición. La superficie de los materiales metálicos convierte la energía luminosa absorbida en energía térmica, lo que hace que la temperatura de la superficie del metal aumente continuamente y se derrita. Luego, la energía térmica se transfiere al interior del metal a través de la conducción térmica, expandiendo gradualmente el área de fusión. Después de enfriarse, se forma un punto de soldadura o soldadura. Este principio de soldadura es similar a la soldadura por arco de gas inerte de tungsteno (TIG), conocida como soldadura por conductividad térmica.
2. Soldadura por penetración profunda con láser (soldadura de orificios pequeños)
Cuando la densidad de potencia del láser aplicada a la superficie metálica es superior a 105 W/cm2, el haz láser de alta potencia actúa sobre la superficie del material metálico, provocando una fusión local y formando “pequeños agujeros”. El haz láser penetra en el interior del baño de fusión a través de los “pequeños agujeros”, mientras que el metal se funde delante de los pequeños agujeros. El metal fundido fluye alrededor de los pequeños agujeros hacia atrás, se solidifica de nuevo y forma una costura de soldadura.
Ventajas y desventajas de la soldadura láser
La soldadura láser es un método de soldadura eficiente y preciso que utiliza un haz láser de alta densidad de energía como fuente de calor. La soldadura láser es uno de los aspectos importantes de la aplicación de la tecnología de procesamiento de materiales láser, ampliamente utilizada en campos como la automoción, la aeroespacial, la electrónica y la medicina. Tiene las ventajas de alta velocidad, alta calidad, alta flexibilidad y protección del medio ambiente.
¿Cuáles son las ventajas de la soldadura láser en comparación con los métodos de soldadura tradicionales? ¿Cuáles son las dificultades que se presentan durante la soldadura láser y cómo se pueden solucionar? ¿Cuáles son las áreas de aplicación más comunes de la soldadura láser?
Ventajas de la soldadura láser
En comparación con los métodos de soldadura tradicionales, la soldadura láser tiene las siguientes ventajas:
- Alta velocidad, gran profundidad y pequeña deformación. La soldadura láser tiene una alta densidad de energía, velocidades rápidas de calentamiento y enfriamiento, una pequeña zona afectada por el calor y una baja tensión y deformación de la soldadura. La soldadura láser puede lograr soldaduras con una alta relación de aspecto, con un máximo de 10:1.
- Procesamiento sin contacto, alta flexibilidad. La soldadura láser no requiere contacto con la pieza de trabajo, ni electrodos ni materiales de relleno, lo que puede reducir la contaminación y las pérdidas. La soldadura láser se puede transmitir y transformar a través de componentes ópticos, lo que facilita la cooperación con robots y la automatización y el procesamiento en múltiples estaciones. La soldadura láser también se puede realizar a temperatura ambiente o en condiciones especiales, lo que es adecuado para soldar piezas de difícil acceso o materiales refractarios.
- Alta calidad y buen rendimiento. La soldadura láser, debido a su bajo aporte de calor y su rápida velocidad de enfriamiento, puede reducir defectos como porosidad y grietas, y mejorar la densidad y la resistencia de la costura de soldadura. La soldadura láser también puede lograr la conexión de diferentes metales o materiales diferentes, mejorando la estructura y las propiedades.
- Ecológico y respetuoso con el medio ambiente, seguro y libre de contaminación. La soldadura láser no produce gases nocivos ni ruido, no se ve afectada por campos eléctricos o magnéticos y es inocua para la salud humana y el medio ambiente.
Dificultades y soluciones en la soldadura láser
Aunque la soldadura láser tiene muchas ventajas, todavía existen algunos problemas durante la soldadura:
- Salpicaduras de soldadura: se refiere a la aparición de muchas partículas metálicas en la superficie del material después de que se completa la soldadura, que se adhieren a la superficie del material. Esto afectará la calidad de la superficie de la costura de soldadura y también contaminará y dañará la lente. La razón de las salpicaduras puede ser que la superficie del material no esté limpia, haya manchas de aceite o contaminantes o la volatilización de la capa galvanizada.
La solución es limpiar la superficie del material antes de soldar, reducir la energía de soldadura adecuadamente y minimizar las salpicaduras.
- Grietas: Se refiere a grietas térmicas generadas por la soldadura láser continua, como grietas de cristal, grietas de licuefacción, etc. La principal causa del agrietamiento es la fuerza de contracción excesiva de la soldadura antes de que se solidifique por completo.
La solución es utilizar medidas como el relleno de alambre y el precalentamiento para reducir o eliminar las grietas.
- Poros: se refiere a la aparición de poros en la superficie de la costura de soldadura. La razón de la formación de poros puede ser que el baño de fusión de la soldadura láser es profundo y estrecho, con una velocidad de enfriamiento rápida y el gas generado en el baño de fusión líquida no puede escapar a tiempo; o bien la superficie de la costura de soldadura no se limpia a fondo o el vapor de zinc se evapora de la chapa galvanizada.
La solución es limpiar la superficie de la costura de soldadura, mejorar la volatilización del zinc cuando se calienta y ajustar la dirección del soplado.
- Mordedura de borde: se refiere a una unión deficiente entre la soldadura y el metal base, lo que da como resultado una ranura con una profundidad mayor a 0,5 mm, una longitud total mayor a 10% de la longitud de la soldadura o una longitud mayor que los requisitos estándar de aceptación. La razón de la aparición de socavación puede ser que la velocidad de soldadura es demasiado rápida, lo que impide que el metal líquido se redistribuya en la parte posterior del pequeño orificio; o el espacio entre el conjunto de unión puede ser demasiado grande, lo que da como resultado una disminución del metal fundido en el proceso de llenado; o el tiempo de caída de energía al final de la soldadura láser es demasiado rápido, lo que hace que el pequeño orificio colapse.
La solución es controlar la correspondencia de máquina de soldadura láser potencia y velocidad de procesamiento para evitar mordeduras en los bordes; pulir, limpiar y reparar los bordes de mordida encontrados durante la inspección.
Conclusión
La soldadura láser es una tecnología de soldadura de alta precisión y alta eficiencia con amplias perspectivas de aplicación. Diferentes métodos de soldadura y escenarios de aplicación requieren la selección de diferentes métodos de soldadura láser para lograr el mejor efecto de soldadura. La tecnología de soldadura láser sigue desarrollándose e innovando constantemente, y habrá más tipos nuevos de láseres y procesos que surjan en el futuro, proporcionando soluciones de soldadura de mayor calidad, mayor eficiencia y menor costo para varias industrias.
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