El acero inoxidable, un nuevo tipo de material, se utiliza ampliamente en diversas industrias, incluidas la aeroespacial y la de autopartes, debido a su superior resistencia a la corrosión y su capacidad de moldearse en diversas formas.
La soldadura láser de acero inoxidable desempeña un papel crucial, especialmente en la industria del automóvil, donde toda la carrocería de un vehículo se une mediante soldadura.
Sin embargo, el proceso de soldadura puede provocar deformaciones importantes debido a varios factores, dificultando el control y obstaculizando el desarrollo sostenible de las industrias relacionadas.
En consecuencia, es crucial realizar más investigaciones sobre el control de la deformación durante la soldadura láser de placas de acero inoxidable para seguir avanzando en este campo.
1. Descripción general de la soldadura láser
La soldadura láser es un proceso en el que se utiliza un rayo láser como fuente de calor para fundir y unir dos piezas de trabajo.
Durante la soldadura láser, la energía láser se dirige a la superficie del material a soldar. Parte de la energía se refleja, mientras que el resto es absorbida por el material, finalizando el proceso de soldadura.
En esencia, el proceso de soldadura láser implica enfocar un rayo láser de alta potencia en la superficie del material a soldar, utilizar la absorción de energía luminosa del material para generar calor y luego formar una junta de soldadura después del enfriamiento.
La soldadura láser se puede clasificar en términos generales en dos categorías: soldadura por conducción térmica y soldadura de penetración profunda.
2. Daños causados por la deformación de la soldadura y principales factores que afectan la deformación de la soldadura.
Los principales factores que afectan la deformación de la soldadura son la corriente de soldadura, el ancho del pulso y la frecuencia.
Un aumento en la corriente de soldadura da como resultado un aumento en el ancho de la soldadura y la aparición gradual de salpicaduras, lo que conduce a deformación por oxidación y rugosidad en la superficie de la soldadura.
Cuando el ancho del pulso alcanza un cierto punto, el consumo de energía de conducción de calor de la superficie del material también aumenta, lo que hace que el líquido salga del charco fundido a través de la evaporación. Esto da como resultado una disminución en el área de la sección transversal de la junta soldada y afecta su resistencia.
La influencia de la frecuencia de soldadura en la deformación de las láminas de acero inoxidable está estrechamente relacionada con el espesor de la lámina de acero. Por ejemplo, una placa de acero inoxidable de 0,5 mm experimentará una mayor tasa de superposición cuando la frecuencia alcance los 2 Hz. Sin embargo, si la frecuencia alcanza los 5 Hz, la costura de soldadura se quemará gravemente, lo que provocará una amplia zona afectada por el calor y la deformación.
Por tanto, es fundamental controlar eficazmente la deformación de la soldadura.
3. Medidas efectivas para prevenir la deformación por soldadura láser.
Para reducir la deformación durante la soldadura láser y mejorar la calidad de la soldadura de láminas de acero inoxidable, se pueden seguir los siguientes pasos para optimizar los parámetros del proceso de soldadura:
3.1 Introducir activamente el método experimental ortogonal.
El método del experimento ortogonal es una técnica estadística matemática que implica el análisis y organización de experimentos multifactoriales utilizando una tabla ortogonal.
Este método permite la recopilación eficiente de resultados a través de menos experimentos y la identificación del mejor esquema de implementación. También permite un análisis más profundo y proporciona información relevante para respaldar trabajos específicos.
Normalmente, la corriente de soldadura, el ancho del pulso y la frecuencia del láser se seleccionan como variables clave, siendo la deformación de la soldadura el índice que se debe minimizar.
Es importante seguir el principio de racionalidad y controlar los factores dentro de un rango razonable. Por ejemplo, para una lámina de acero inoxidable de 0,5 mm de espesor, la corriente de soldadura se puede controlar entre 80 y 96 I/A y la frecuencia entre 2 y 5 f/Hz.
3.2 Selección de tabla ortogonal
En general, el número de niveles de factores experimentales debe corresponder al número de niveles de la tabla ortogonal, y el número de factores debe ser menor que el número de columnas de la tabla ortogonal.
Una tabla ortogonal bien diseñada proporciona apoyo y orientación adecuados para investigaciones posteriores.
3.3 Análisis del rango de resultados de la prueba
Según los resultados de la prueba para una placa de acero inoxidable de 0,5 mm de espesor, se encontró que el rango de cada columna era desigual, lo que indica que los diferentes niveles de cada factor tienen impactos únicos y no son igualmente influyentes.
El orden de influencia sobre la deformación de la soldadura láser es la corriente, el ancho del pulso y la frecuencia. Con base en estos factores, los parámetros ideales del proceso de soldadura para soldadura láser deben ser una corriente de 85 A, un ancho de pulso de 7 ms y una frecuencia de 3 Hz.
Para minimizar la deformación por soldadura de una lámina de acero inoxidable de 0,5 mm de espesor, estos parámetros deben controlarse dentro de estos valores.
Para una placa de acero inoxidable de 0,8 mm de espesor, la corriente, el ancho del pulso y la frecuencia deben controlarse a 124 A, 8 ms y 4 Hz respectivamente para minimizar la deformación y al mismo tiempo cumplir con la resistencia a la tracción requerida de la soldadura.
Para una placa de acero inoxidable de 1,6 mm de espesor, los parámetros deben controlarse a 160 A, 11 ms y 5 Hz.
Al controlar los parámetros dentro de un rango razonable durante la soldadura láser, se puede mejorar la calidad y eficiencia de la soldadura y al mismo tiempo prevenir la deformación de la placa de acero, satisfaciendo así las demandas de producción.
Con los avances tecnológicos, también se ha desarrollado el control de la deformación de la soldadura, por ejemplo, mediante la aplicación de simulación de elementos finitos. Esto permite mejorar el equilibrio tensional en la chapa de acero inoxidable, evitando la deformación de la soldadura controlando la temperatura y tensión de soldadura.
Al prevenir la deformación, se puede mejorar la calidad de la soldadura, promoviendo el crecimiento y desarrollo continuo de las industrias relacionadas.
4. Conclusión
Como tecnología de soldadura eficaz, la soldadura láser tiene un impacto positivo en la mejora de la calidad de la soldadura. Sin embargo, debido a la influencia de factores como la corriente láser, la soldadura láser de placas de acero inoxidable puede provocar deformaciones y otros problemas.
Para mitigar estos problemas, el personal de soldadura puede utilizar el método experimental ortogonal para determinar los mejores parámetros de proceso para diferentes espesores de láminas de acero y mejorar continuamente la calidad de la soldadura combinando estos parámetros con los parámetros de soldadura. Esto puede ayudar a prevenir la deformación de la placa de acero.
