1. Parámetros del proceso de soldadura láser.
1.1 Densidad de potencia
La densidad de potencia es un parámetro crucial en el procesamiento láser. Una mayor densidad de potencia puede calentar rápidamente la capa superficial hasta su punto de ebullición en microsegundos, lo que resulta en una vaporización significativa. Como resultado, una alta densidad de potencia resulta ventajosa para procesos de eliminación de material como corte, entallado y perforación.
Por otro lado, una densidad de potencia más baja tarda unos milisegundos en alcanzar el punto de ebullición a temperatura superficial. Esto permite que la capa inferior alcance el punto de fusión antes de que la capa superficial se vaporice, lo que facilita la creación de una soldadura de fusión fuerte. Por lo tanto, la densidad de potencia para la soldadura láser por conducción suele estar en el rango de 10^4 a 10^6 W/cm².
1.2 Forma de onda del pulso láser
La forma de onda del pulso láser es un factor decisivo en la soldadura láser, especialmente en la soldadura de chapa.
Cuando un rayo láser de alta intensidad incide en la superficie del material, entre el 60% y el 98% de la energía láser en la superficie del metal se refleja y se pierde. Esta reflectividad depende de la temperatura de la superficie y varía en consecuencia.
La reflectividad del metal fluctúa considerablemente durante un pulso láser.
1.3 Ancho del pulso láser
El ancho de pulso es un parámetro importante en la soldadura por láser pulsado. No sólo es distinto de la remoción y fusión de material, sino que también es un factor crucial que determina el costo y el volumen del equipo de procesamiento.
1.4 Efecto de la cantidad de desenfoque en la calidad de la soldadura
La soldadura láser generalmente requiere un cierto grado de desenfoque debido a la alta densidad de potencia del centro del punto de enfoque del láser, que puede causar fácilmente evaporación y poros. Por otro lado, la distribución de la densidad de potencia es relativamente uniforme en el plano alejado del foco láser.
Hay dos modos de desenfoque disponibles: desenfoque positivo y negativo. El desenfoque positivo ocurre cuando el plano focal está por encima de la pieza de trabajo, mientras que el desenfoque negativo ocurre cuando está debajo.
Según la teoría de la óptica geométrica, la densidad de potencia en los planos correspondientes es aproximadamente la misma cuando las separaciones positivas y negativas son iguales. Sin embargo, en realidad, la forma del baño de soldadura es diferente.
Un desenfoque negativo puede dar lugar a una mayor penetración, lo que está relacionado con el proceso de formación del baño fundido. Los resultados experimentales sugieren que el material comienza a fundirse entre 50 y 200 us después de ser calentado por el láser, formando metal en fase líquida y vaporización y vapor a presión comercial, que emite una luz blanca deslumbrante a muy alta velocidad.
Al mismo tiempo, la alta concentración de vapor hace que el metal líquido se mueva hacia el borde del baño de soldadura, creando una depresión en el centro del baño de soldadura.
Cuando se utiliza el desenfoque negativo, la densidad de potencia interna del material es mayor que la de la superficie, lo que facilita la producción de una fusión y vaporización más fuertes. Esto permite que la energía luminosa se transfiera más profundamente al material, lo que da como resultado una mayor penetración. Por lo tanto, se debe utilizar un desenfoque negativo para una mayor penetración, mientras que se debe utilizar un desenfoque positivo al soldar materiales delgados en aplicaciones prácticas.
dos . Tecnología de soldadura láser
1) Soldadura hoja a hoja
Incluye soldadura a tope, soldadura de extremos, soldadura por fusión de penetración central y soldadura por fusión de perforación central.
2) Soldadura cable a cable
Incluye soldadura a tope de cable a cable, soldadura cruzada, soldadura posterior paralela y soldadura tipo T.
3) Soldadura de alambre y elemento de bloque.
Se puede utilizar soldadura láser para conectar con éxito el cable y el elemento de bloque, y el tamaño del elemento de bloque puede ser arbitrario.
Se debe prestar atención a las dimensiones geométricas del elemento de alambre al soldar.
4) Soldar diferentes metales
Para soldar varios tipos de metales, es necesario determinar su soldabilidad y el rango de parámetros soldables.
Es importante tener en cuenta que la soldadura láser sólo se puede realizar entre determinadas combinaciones de materiales.
Aunque la soldadura fuerte con láser puede no ser apropiada para conectar ciertos componentes, los láseres se pueden usar como fuente de calor tanto para soldar como para soldar, lo que también ofrece los beneficios de la soldadura láser.
Hay varios métodos de soldadura disponibles y la soldadura láser se utiliza principalmente para soldar placas de circuito impreso (PCB), especialmente para la tecnología de ensamblaje de obleas.
3 . Las ventajas de la soldadura láser.
- El calentamiento local reduce el riesgo de daño térmico al elemento y da como resultado una pequeña zona afectada por el calor, lo que permite soldar cerca del elemento térmico.
- El calentamiento sin contacto puede fundir el ancho de banda sin necesidad de herramientas auxiliares. Esto permite el procesamiento en placas de circuito impreso de doble cara después de instalar los componentes de doble cara.
- La naturaleza estable de la operación repetida junto con la mínima contaminación del flujo en las herramientas de soldadura hace que la soldadura fuerte por láser sea una opción favorable. Además, el tiempo de irradiación del láser y la potencia de salida se controlan fácilmente, lo que da como resultado un alto rendimiento de soldadura fuerte por láser.
- El rayo láser se puede dividir fácilmente mediante elementos ópticos como medias lentes, espejos, prismas y espejos de escaneo. Esto permite la soldadura simétrica simultánea de múltiples puntos.
- La soldadura fuerte por láser utiliza principalmente un láser con una longitud de onda de 1,06 um como fuente de calor, que puede transmitirse a través de fibra óptica. Esto permite procesar piezas difíciles de soldar utilizando métodos convencionales, proporcionando una mayor flexibilidad.
- El rayo láser está bien enfocado y se automatiza fácilmente para dispositivos multiestación.
4 . Soldadura por penetración profunda con láser
4.1 Teoría de la tecnología y procesos metalúrgicos
El proceso metalúrgico de la soldadura láser de penetración profunda es similar a la soldadura por haz de electrones en el sentido de que ambos dependen de la estructura de "pequeños orificios" para completar la conversión de energía.
Cuando la densidad de potencia es lo suficientemente alta, el material se evapora, creando un pequeño agujero. Este agujero está lleno de vapor y actúa como un cuerpo negro, absorbiendo casi toda la energía de la luz incidente. La temperatura de equilibrio dentro de la cavidad del agujero es de unos 25.000 grados.
El calor se transfiere desde la pared exterior de la cavidad de alta temperatura para fundir el metal circundante. El agujero se llena continuamente con vapor de alta temperatura generado por la evaporación del material de la pared bajo la irradiación del haz de luz.
Las cuatro paredes del agujero están rodeadas de metal fundido, que a su vez está rodeado de material sólido. El metal líquido fuera del agujero fluye y se mantiene en equilibrio dinámico con la presión de vapor continua dentro de la cavidad del agujero.
A medida que la viga se mueve, el agujero permanece estable. Esto significa que el ojo de la cerradura y el metal fundido alrededor del ojo de la cerradura avanzan con la velocidad de la viga principal. El metal fundido llena el espacio dejado por el ojo de la cerradura en movimiento y se condensa, formando la soldadura.
4.2 Factores que influyen
Los factores que influyen en la soldadura por penetración profunda con láser son la potencia del láser, el diámetro del rayo láser, la absortividad del material, la velocidad de soldadura, el gas protector, la distancia focal de la lente, la posición del enfoque, la posición del rayo láser y el control del aumento y disminución de la potencia del láser en el principio y fin. de soldadura.
4.3 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 a alta temperatura y se extiende hacia la pieza de trabajo, la soldadura se vuelve profunda y estrecha.
2) Aporte mínimo de calor
Debido a la alta temperatura de la cavidad fuente, la rápida velocidad del proceso de fusión y el bajo aporte de calor a la pieza de trabajo, la deformación térmica y la zona afectada por el calor son muy pequeñas.
3) alta densidad
Porque el pequeño orificio lleno de vapor a alta temperatura favorece la agitación del baño de soldadura y el escape de gas, dando lugar a la formación de soldaduras de penetración no porosas.
La alta velocidad de enfriamiento después de la soldadura facilita el refinamiento de la microestructura de la soldadura.
4) Reforzar la soldadura.
5) Control preciso.
6) Es un proceso de soldadura atmosférica sin contacto.
4.4 Ventajas de la soldadura láser de penetración profunda
- La velocidad de soldadura es más rápida con un rayo láser enfocado debido a su mayor densidad de potencia en comparación con los métodos convencionales. Además, puede soldar materiales refractarios como titanio y cuarzo con zonas afectadas por el calor más pequeñas y menos deformación.
- La fácil transmisión y control del rayo láser elimina la necesidad de cambios frecuentes de antorcha y boquilla, lo que reduce el tiempo de inactividad y aumenta el factor de carga y la eficiencia de producción.
- La purificación y las altas tasas de enfriamiento contribuyen a la resistencia de la costura de soldadura y al rendimiento general.
- El bajo aporte de calor y la alta precisión del mecanizado de la soldadura láser reducen los costos de reprocesamiento, lo que la convierte en una solución económica.
- La soldadura láser permite una fácil automatización y un control eficaz de la intensidad del haz y un posicionamiento preciso.
4.5 Equipos de soldadura láser de penetración profunda
En general, el acero al carbono tiene buenos efectos de soldadura láser y la calidad de la soldadura depende principalmente del contenido de impurezas.
Al igual que con otros procesos de soldadura, el azufre y el fósforo son factores que pueden afectar la sensibilidad a las grietas de la soldadura.
Para obtener una calidad de soldadura satisfactoria, se requiere precalentamiento cuando el contenido de carbono excede el 0,25%.
Al soldar aceros con diferentes contenidos de carbono, se recomienda inclinar ligeramente el soplete hacia el lado con materiales bajos en carbono para garantizar la calidad de la unión.
Debido a su alto contenido de azufre y fósforo, el acero para bordes con bajo contenido de carbono no es adecuado para la soldadura láser.
Debido al bajo contenido de impurezas, el efecto de soldadura del acero muerto con bajo contenido de carbono es excelente.
Los aceros de medio y alto carbono y los aceros de aleación comunes también se pueden soldar con láser de manera efectiva. Sin embargo, el precalentamiento y el tratamiento posterior a la soldadura son necesarios para eliminar tensiones y prevenir la formación de grietas.
5 . Soldadura láser de materiales de acero.
5.1 Soldadura láser de acero al carbono y acero aleado común.
En general, el acero al carbono funciona bien en la soldadura láser y la calidad de la soldadura está influenciada por el contenido de impurezas.
Al igual que con otras técnicas de soldadura, el azufre y el fósforo son los principales factores que pueden provocar grietas en la soldadura.
Cuando el contenido de carbono excede el 0,25%, es necesario precalentar para lograr la calidad de soldadura deseada.
Al soldar aceros con diferente contenido de carbono, inclinar el soplete hacia el lado con menor contenido de carbono puede garantizar la calidad de la unión.
No se recomienda la soldadura láser para aceros con cantos bajos en carbono debido a su alto contenido de azufre y fósforo.
El acero muerto con bajo contenido de carbono proporciona excelentes resultados de soldadura debido a su bajo contenido de impurezas.
Los aceros con medio y alto contenido de carbono, así como los aceros aleados comunes, se pueden soldar con láser de manera efectiva, pero se requiere un tratamiento de precalentamiento y possoldadura para eliminar tensiones y prevenir la formación de grietas.
5.2 Soldadura láser de acero inoxidable
En general, con la soldadura láser de acero inoxidable es más fácil obtener uniones de alta calidad que con la soldadura convencional. Esto se debe a que la pequeña zona afectada por el calor debido a la soldadura a alta velocidad hace que la sensibilización sea menos problemática.
En comparación con el acero al carbono, el acero inoxidable, con su menor conductividad térmica, permite una penetración profunda más fácil y soldaduras estrechas.
5.3 Soldadura láser entre diferentes metales
La alta velocidad de enfriamiento y la pequeña zona afectada por el calor de la soldadura láser crean condiciones favorables para la compatibilidad de materiales con diferentes estructuras después de fundir muchos metales diferentes.
Se ha demostrado que se pueden soldar con éxito los siguientes metales: acero inoxidable y acero bajo en carbono, acero inoxidable 416 y acero inoxidable 310, acero inoxidable 347 y aleación de níquel hastelloy, electrodo de níquel y acero forjado en frío, y tiras bimetálicas con diferentes níquel feliz. .
