Introduzione:
Hai mai sentito parlare di saldatura laser a penetrazione profonda? La saldatura laser a penetrazione profonda è una tecnica di saldatura avanzata. La saldatura laser a penetrazione profonda (DPLW) utilizza un raggio laser ad alta energia per creare saldature profonde e strette in vari materiali, in genere metalli. In questo post, approfondiremo il suo funzionamento e i suoi pro e contro.
Il principio della saldatura laser
I raggi laser continui o pulsati possono realizzare la saldatura laser. Il principio della saldatura laser può essere suddiviso in saldatura a conduzione termica e saldatura laser a penetrazione profonda.
- Quando la densità di potenza è inferiore a 104~105 W/cm2, si tratta di saldatura a conduzione di calore. In questo momento, la profondità di penetrazione è bassa e la velocità di saldatura è lenta;
- Quando la densità di potenza è maggiore di 105~107 W/cm2, la superficie metallica viene sprofondata in "cavità" tramite riscaldamento, formando una saldatura a penetrazione profonda. Ha le caratteristiche di una velocità di saldatura elevata e un ampio rapporto di aspetto.
Il principio della saldatura laser a conduzione di calore è che la radiazione laser riscalda la superficie da lavorare. E il calore superficiale si diffonde all'interno attraverso la conduzione di calore. Controllando i parametri laser come larghezza dell'impulso laser, energia, potenza di picco e frequenza di ripetizione, il pezzo viene fuso per formare una specifica piscina fusa. La macchina per saldatura laser utilizzata per la saldatura di ingranaggi e lamiere sottili metallurgiche comporta principalmente la saldatura laser a penetrazione profonda.
Di seguito viene illustrato il principio della saldatura laser a penetrazione profonda.
Il principio della saldatura laser a penetrazione profonda
La saldatura laser a penetrazione profonda generalmente utilizza fasci laser continui per completare la connessione dei materiali. Il suo processo fisico metallurgico è molto simile alla saldatura a fascio di elettroni. Il meccanismo di conversione dell'energia è completato attraverso la struttura "key-hole". Sotto irradiazione laser a densità di potenza sufficientemente elevata, il materiale evapora e forma piccoli pori. Questo piccolo foro pieno di vapore è come un corpo nero, che assorbe quasi tutta l'energia del fascio incidente. La temperatura di equilibrio nella cavità raggiunge circa 2500℃. Il calore viene trasmesso dalla parete esterna della cavità ad alta temperatura per fondere il metallo che circonda la cavità.
Il piccolo foro è riempito con vapore ad alta temperatura generato dall'evaporazione continua del materiale della parete sotto l'irradiazione del raggio. Le pareti del piccolo foro sono circondate da metallo fuso. Il metallo liquido è circondato da materiali solidi (mentre nella maggior parte dei processi di saldatura convenzionali e nella saldatura a conduzione laser, l'energia viene prima depositata sulla superficie del pezzo e poi trasportata all'interno tramite trasmissione).
Il flusso di liquido all'esterno della parete del poro e la tensione superficiale dello strato di parete mantengono un equilibrio dinamico con la pressione di vapore generata continuamente nella cavità del poro. Il raggio entra continuamente nel piccolo foro e il materiale scorre dal piccolo foro. Mentre il raggio si muove, il piccolo foro è sempre in uno stato di flusso stabile. Vale a dire, il piccolo foro e il metallo fuso che circonda il foro si muoveranno in avanti con la velocità di avanzamento del raggio principale e il metallo fuso riempie lo spazio lasciato dal piccolo foro e si condensa di conseguenza in modo che la saldatura venga formata.
Caratteristiche della saldatura laser a penetrazione profonda
1) Elevato rapporto di aspetto
Man mano che il metallo fuso si forma attorno alla cavità cilindrica del vapore caldo e si estende verso il pezzo in lavorazione, la saldatura diventa profonda e stretta.
2) Minimo apporto termico
Poiché la temperatura nel piccolo foro è molto elevata, il processo di fusione avviene estremamente rapidamente, l'apporto di calore nel pezzo è molto basso e la deformazione termica e la zona termicamente alterata sono ridotte.
3) Alta densità
Poiché i piccoli pori riempiti di vapore ad alta temperatura favoriscono l'agitazione del bagno di saldatura e la fuoriuscita di gas, con conseguente saldatura di penetrazione senza pori. L'elevata velocità di raffreddamento dopo la saldatura può facilmente rendere la struttura della saldatura più fine.
4) Saldature resistenti
Grazie alla fonte di calore ardente e al sufficiente assorbimento di componenti non metallici, il contenuto di impurità viene ridotto e le dimensioni e la distribuzione delle inclusioni nella pozza fusa vengono modificate. Il processo di saldatura non richiede elettrodi o fili di riempimento e la zona di fusione è meno inquinata, così che la resistenza e la tenacità della saldatura sono almeno uguali o addirittura superiori a quelle del metallo di base.
5) Controllo preciso
Poiché il punto luminoso focalizzato è piccolo, la saldatura può essere posizionata con elevata precisione. L'uscita laser non ha "inerzia", può essere fermata e riavviata ad alta velocità. Il pezzo complesso può essere saldato con la tecnologia di movimento del raggio a controllo numerico.
6) Processo di saldatura atmosferica senza contatto
L'energia proviene dal fascio di fotoni, non c'è contatto fisico con il pezzo in lavorazione. Quindi non viene applicata alcuna forza esterna al pezzo in lavorazione. Inoltre, il magnetismo e l'aria non influenzano la luce laser.
Vantaggi e svantaggi della saldatura laser a penetrazione profonda
Vantaggi
1) Il laser focalizzato ha una densità di potenza molto più elevata rispetto ai metodi convenzionali. Quindi la velocità di saldatura è elevata e la zona interessata dal calore e la deformazione sono ridotte. E anche materiali difficili da saldare come il titanio possono essere saldati.
2) Il fascio luminoso è facile da trasmettere e controllare, non c'è bisogno di sostituire frequentemente la torcia e l'ugello. Non è richiesto alcun vuoto per la saldatura a fascio di elettroni. Ciò riduce significativamente i tempi di fermo ausiliari. Quindi il fattore di carico e l'efficienza di produzione sono elevati.
3) La resistenza della saldatura, la tenacità e le prestazioni complessive sono elevate grazie all'effetto di purificazione e all'elevata velocità di raffreddamento.
4) Grazie al basso apporto termico medio e all'elevata precisione di lavorazione, è possibile ridurre i costi di rilavorazione; inoltre, anche i costi operativi della saldatura laser sono bassi, il che può ridurre i costi di lavorazione del pezzo.
5) Può controllare efficacemente l'intensità del raggio e il posizionamento preciso, semplificando la realizzazione del funzionamento automatico.
Svantaggi
1) La profondità di saldatura è limitata.
2) I requisiti di assemblaggio del pezzo sono elevati.
3) L'investimento una tantum nel sistema laser è relativamente elevato.