Introducción:
¿Has oído hablar de la soldadura láser de penetración profunda? La soldadura láser de penetración profunda es una técnica de soldadura avanzada. La soldadura láser de penetración profunda (DPLW) utiliza un rayo láser de alta energía para crear cordones de soldadura profundos y estrechos en diversos materiales, generalmente metales. En esta publicación, profundizaremos en cómo funciona y sus pros y contras.
El principio de la soldadura láser
Los rayos láser continuos o pulsados pueden lograr soldadura láser. El principio de la soldadura láser se puede dividir en soldadura por conducción de calor y soldadura láser de penetración profunda.
- Cuando la densidad de potencia es inferior a 104~105 W/cm2, se trata de soldadura por conducción de calor. En este momento, la profundidad de penetración es poco profunda y la velocidad de soldadura es lenta;
- Cuando la densidad de potencia es superior a 105~107 W/cm2, la superficie del metal se hunde en "cavidades" mediante calentamiento, formando una soldadura de penetración profunda. Tiene las características de una rápida velocidad de soldadura y una gran relación de aspecto.
El principio de la soldadura láser por conducción de calor es que la radiación láser calienta la superficie a procesar. Y el calor de la superficie se difunde hacia el interior mediante conducción de calor. Al controlar los parámetros del láser, como el ancho del pulso del láser, la energía, la potencia máxima y la frecuencia de repetición, la pieza de trabajo se funde para formar un baño fundido específico. La máquina de soldadura láser utilizada para la soldadura metalúrgica de engranajes y placas delgadas implica principalmente la soldadura láser de penetración profunda.
Lo siguiente se centra en el principio de la soldadura láser de penetración profunda.
El principio de la soldadura láser de penetración profunda
La soldadura láser de penetración profunda generalmente utiliza rayos láser continuos para completar la conexión de materiales. Su proceso físico metalúrgico es muy similar a la soldadura por haz de electrones. El mecanismo de conversión de energía se completa a través de la estructura de "ojo de cerradura". Bajo irradiación láser de densidad de potencia suficientemente alta, el material se evapora y forma pequeños poros. Este pequeño agujero lleno de vapor es como un cuerpo negro, absorbiendo casi toda la energía del haz incidente. La temperatura de equilibrio en la cavidad alcanza aproximadamente 2500 ℃. El calor se transmite desde la pared exterior de la cavidad de alta temperatura para fundir el metal que rodea la cavidad.
El pequeño agujero se llena con vapor de alta temperatura generado por la evaporación continua del material de la pared bajo la irradiación del haz. Las paredes del pequeño agujero están rodeadas de metal fundido. El metal líquido está rodeado de materiales sólidos (mientras que en la mayoría de los procesos de soldadura convencionales y en la soldadura por conducción láser, la energía se deposita primero en la superficie de la pieza y luego se transporta al interior por transmisión).
El flujo de líquido fuera de la pared del poro y la tensión superficial de la capa de la pared mantienen un equilibrio dinámico con la presión de vapor generada continuamente en la cavidad del poro. El haz entra continuamente en el pequeño orificio y el material fluye desde el pequeño orificio. A medida que el haz se mueve, el pequeño orificio siempre se encuentra en un estado de flujo estable. Es decir, el pequeño orificio y el metal fundido que rodea el orificio avanzarán con la velocidad de avance de la viga principal, y el metal fundido llena el espacio dejado por el pequeño orificio y se condensa en consecuencia para que se forme la soldadura.
Características de la soldadura láser de penetración profunda
1) Alta relación de aspecto
A medida que el metal fundido se forma alrededor de la cavidad cilíndrica de vapor caliente y se extiende hacia la pieza de trabajo, la soldadura se vuelve profunda y estrecha.
2) Aporte mínimo de calor
Debido a que la temperatura en el pequeño orificio es muy alta, el proceso de fusión ocurre extremadamente rápido, la entrada de calor a la pieza de trabajo es muy baja y la deformación térmica y la zona afectada por el calor son pequeñas.
3) alta densidad
Porque los pequeños poros llenos de vapor a alta temperatura favorecen la agitación del baño de soldadura y el escape de gas, lo que da como resultado una soldadura de penetración sin poros. La alta velocidad de enfriamiento después de la soldadura puede hacer que la estructura de la soldadura sea más fina.
4) Soldaduras fuertes
Debido a la fuente de calor abrasadora y la absorción suficiente de componentes no metálicos, se reduce el contenido de impurezas y se modifica el tamaño y la distribución de las inclusiones en el baño fundido. El proceso de soldadura no requiere electrodos ni alambres de relleno, y la zona de fusión está menos contaminada, de modo que la resistencia y tenacidad de la soldadura son al menos iguales o incluso superiores a las del metal base.
5) control preciso
Debido a que el punto de luz enfocado es pequeño, la costura de soldadura se puede posicionar con alta precisión. La salida del láser no tiene "inercia", se puede detener y reiniciar a alta velocidad. La compleja pieza de trabajo se puede soldar con la tecnología de movimiento del haz de control numérico.
6) Proceso de soldadura atmosférica sin contacto.
La energía proviene del haz de fotones, no hay contacto físico con la pieza de trabajo. Por tanto, no se aplica ninguna fuerza externa a la pieza de trabajo. Además, el magnetismo y el aire no afectan a la luz láser.
Ventajas y desventajas de la soldadura láser de penetración profunda
Ventajas
1) El láser enfocado tiene una densidad de potencia mucho mayor que los métodos convencionales. Por lo tanto, la velocidad de soldadura es rápida y la zona afectada por el calor y la deformación son pequeñas. Y también se pueden soldar materiales difíciles de soldar como el titanio.
2) El haz de luz es fácil de transmitir y controlar, no es necesario reemplazar la antorcha y la boquilla con frecuencia. No se requiere vacío para la soldadura por haz de electrones. Esto reduce significativamente el tiempo de inactividad auxiliar. Por tanto, el factor de carga y la eficiencia de producción son altos.
3) La resistencia de la soldadura, la tenacidad y el rendimiento integral son altos debido al efecto de purificación y la alta velocidad de enfriamiento.
4) Debido al bajo aporte de calor promedio y la alta precisión del mecanizado, se puede reducir el costo del reprocesamiento; Además, el costo operativo de la soldadura láser también es bajo, lo que puede reducir el costo del procesamiento de la pieza de trabajo.
5) Puede controlar eficazmente la intensidad del haz y el posicionamiento fino, lo que facilita la realización de la operación automática.
Desventajas
1) La profundidad de soldadura es limitada.
2) Los requisitos de montaje de la pieza de trabajo son elevados.
3) La inversión única en el sistema láser es relativamente alta.