La soldadura láser es una técnica de soldadura altamente eficiente y precisa que utiliza un rayo láser de alta densidad de energía como fuente de calor. Este método es un aspecto importante de la tecnología de procesamiento de materiales con láser.
Inicialmente, en la década de 1970, la soldadura láser se utilizaba principalmente para soldar materiales de paredes delgadas y para operaciones de soldadura a baja velocidad. Este proceso es un tipo de soldadura por conducción de calor, es decir, la radiación láser calienta la superficie de la pieza y el calor se transfiere internamente por conducción.
Al controlar cuidadosamente parámetros como el ancho del pulso del láser, la energía, la potencia máxima y la frecuencia de repetición, la pieza de trabajo se funde y se forma un baño fundido específico.
Debido a sus ventajas únicas, la soldadura láser se ha aplicado con éxito a la soldadura de precisión de micropiezas y piezas pequeñas.
1. Principio técnico
La soldadura láser se puede realizar mediante un rayo láser continuo o pulsado. El principio de la soldadura láser se puede dividir en dos categorías: soldadura por conducción de calor y soldadura láser de penetración profunda.
Cuando la densidad de potencia es inferior a 104 a 105 W/cm 2 , se considera soldadura por conducción de calor. A esta densidad de potencia, la penetración es superficial y la velocidad de soldadura es más lenta.
Por otro lado, cuando la densidad de potencia excede de 105 a 107 W/cm 2 , la superficie del metal se volverá cóncava y formará "agujeros" debido al efecto de calentamiento, lo que resultará en una soldadura de penetración profunda. Este tipo de soldadura se caracteriza por su rápida velocidad de soldadura y su gran relación profundidad/ancho.
El principio de la soldadura láser por conducción de calor es:
La superficie a mecanizar se calienta mediante radiación láser y el calor se difunde internamente mediante transferencia de calor. Luego, la pieza de trabajo se funde para formar un baño fundido específico controlando parámetros del láser como el ancho del pulso del láser, la energía, la potencia máxima y la frecuencia de repetición.
La máquina de soldadura láser utilizada principalmente para soldadura de engranajes y soldadura de láminas metalúrgicas se refiere a la soldadura láser de penetración profunda, que generalmente emplea un rayo láser continuo para conectar materiales.
El proceso físico metalúrgico de la soldadura por penetración profunda con láser es similar al de la soldadura por haz de electrones, donde la conversión de energía se produce mediante la formación de una estructura en forma de "ojo de cerradura".
Bajo irradiación láser de alta densidad de potencia, el material se evapora y forma pequeños agujeros llenos de vapor. Estos agujeros actúan como cuerpos negros, absorbiendo casi toda la energía del haz incidente y alcanzando una temperatura de equilibrio de unos 2.500 grados.
Luego se transmite calor desde la pared exterior de la cavidad del orificio de alta temperatura para fundir el metal circundante, mientras que el pequeño orificio se llena con vapor de alta temperatura generado por la evaporación continua del material de la pared bajo la irradiación del haz de luz.
En la mayoría de los procesos de soldadura convencionales y en la soldadura por conducción láser, la energía se deposita en la superficie de la pieza y luego se transmite hacia el interior. Sin embargo, en la soldadura láser de penetración profunda, las cuatro paredes del pequeño orificio están rodeadas de metal fundido, que a su vez está rodeado de materiales sólidos.
El flujo de líquido y la tensión superficial de la pared fuera de la pared del agujero están en equilibrio dinámico con la presión de vapor continua dentro de la cavidad del agujero. El haz de luz entra continuamente por el pequeño orificio mientras el material externo sale continuamente. Con el movimiento del haz de luz, el pequeño orificio se encuentra en un estado de flujo estable y avanza a la velocidad del haz principal. El metal fundido llena el espacio dejado por el pequeño agujero y se condensa para formar la soldadura.
Todos estos procesos ocurren a un ritmo tan rápido que la velocidad de soldadura puede alcanzar fácilmente varios metros por minuto.
2. Principio de la soldadura por conducción de calor.
Superficie del material calefactor
La potencia térmica superficial requerida es mayor que la suma de la reflexión del calor y la divergencia del calor.
El calor se conduce tanto en la superficie como profundamente.
La temperatura de la superficie alcanza el punto de fusión (TM, para el acero es 1490°C).
La absortividad varía con la temperatura: para un láser semiconductor varía del 38% a 20°C al 36% a 1500°C. Para un láser de CO 2 cambia del 5% a 20°C al 12% a 1500°C, momento en el que comienza a formarse un charco fundido.
cordón de soldadura
El movimiento de avance da forma a la soldadura.
La profundidad y el ancho de la grieta están relacionados con la potencia y la velocidad.
Velocidad de soldadura típica: 1-3 metros por minuto.
La soldadura tiene una superficie lisa y está libre de impurezas.
La relación profundidad-ancho es inferior a 1.
