Soldadura láserpódese conseguir mediante raios láser continuos ou pulsados. Os principios desoldadura por láserpódese dividir en soldadura por condución de calor e soldadura por penetración profunda con láser. Cando a densidade de potencia é inferior a 104 ~ 105 W/cm2, é soldadura por condución de calor. Neste momento, a profundidade de penetración é pouca e a velocidade de soldeo é lenta; cando a densidade de potencia é superior a 105 ~ 107 W/cm2, a superficie metálica é cóncava en "buratos" debido á calor, formando soldadura de penetración profunda, que ten as características de velocidade de soldeo rápida e relación de aspecto grande. O principio de condución térmicasoldadura por láseré: a radiación láser quenta a superficie a procesar, e a calor superficial difúndese cara ao interior a través da condución térmica. Ao controlar os parámetros do láser, como o ancho do pulso do láser, a enerxía, a potencia máxima e a frecuencia de repetición, a peza de traballo fúndese para formar unha piscina fundida específica.
A soldadura de penetración profunda con láser normalmente usa un raio láser continuo para completar a conexión dos materiais. O seu proceso físico metalúrxico é moi similar ao da soldadura por feixe de electróns, é dicir, o mecanismo de conversión de enerxía complétase a través dunha estrutura de "burato de chave".
Baixo a irradiación con láser cunha densidade de potencia suficientemente alta, o material evapórase e fórmanse pequenos buratos. Este pequeno burato cheo de vapor é como un corpo negro, que absorbe case toda a enerxía do feixe incidente. A temperatura de equilibrio no burato alcanza uns 2500°C. A calor transfírese desde a parede exterior do buraco de alta temperatura, o que fai que o metal que rodea o buraco se derrita. O pequeno buraco énchese con vapor de alta temperatura xerado pola evaporación continua do material da parede baixo a irradiación do feixe. As paredes do pequeno buraco están rodeadas de metal fundido e o metal líquido está rodeado de materiais sólidos (na maioría dos procesos de soldadura convencionais e de soldadura por condución láser, a enerxía depositada primeiro na superficie da peza de traballo e despois transportada ao interior por transferencia). ). O fluxo de líquido fóra da parede do burato e a tensión superficial da capa da parede están en fase coa presión de vapor xerada continuamente na cavidade do burato e manteñen un equilibrio dinámico. O feixe de luz entra continuamente no pequeno burato e o material fóra do pequeno burato flúe continuamente. A medida que o feixe de luz se move, o pequeno burato está sempre nun estado de fluxo estable.
É dicir, o pequeno burato e o metal fundido que rodea a parede do burato avanzan coa velocidade de avance do feixe piloto. O metal fundido enche o oco que queda despois de eliminar o pequeno buraco e condénsase en consecuencia e fórmase a soldadura. Todo isto ocorre tan rápido que as velocidades de soldadura poden alcanzar facilmente varios metros por minuto.
Despois de comprender os conceptos básicos de densidade de potencia, soldadura por condutividade térmica e soldadura por penetración profunda, a continuación realizaremos unha análise comparativa da densidade de potencia e as fases metalográficas de diferentes diámetros de núcleo.
Comparación de experimentos de soldadura baseados en diámetros de núcleo láser comúns no mercado:
Densidade de potencia da posición do punto focal de láseres con diferentes diámetros de núcleo
Desde a perspectiva da densidade de potencia, baixo a mesma potencia, canto menor sexa o diámetro do núcleo, maior será o brillo do láser e máis concentrada será a enerxía. Se o láser se compara cun coitelo afiado, canto menor sexa o diámetro do núcleo, máis afiado será o láser. A densidade de potencia do láser de diámetro de núcleo de 14 um é máis de 50 veces a do láser de diámetro de núcleo de 100 um, e a capacidade de procesamento é máis forte. Ao mesmo tempo, a densidade de potencia calculada aquí é só unha densidade media simple. A distribución de enerxía real é unha distribución gaussiana aproximada, e a enerxía central será varias veces a densidade de potencia media.
Diagrama esquemático da distribución de enerxía láser con diferentes diámetros de núcleo
A cor do diagrama de distribución de enerxía é a distribución de enerxía. Canto máis vermella sexa a cor, maior será a enerxía. A enerxía vermella é o lugar onde se concentra a enerxía. A través da distribución de enerxía láser de raios láser con diferentes diámetros de núcleo, pódese ver que a fronte do raio láser non é nítida e o raio láser é nítido. Canto máis pequena, máis concentrada está a enerxía nun punto, máis nítida é e máis forte é a súa capacidade de penetración.
Comparación dos efectos de soldadura de láseres con diferentes diámetros de núcleo
Comparación de láseres con diferentes diámetros de núcleo:
(1) O experimento usa unha velocidade de 150 mm/s, soldadura de posición de foco e o material é de aluminio da serie 1, de 2 mm de espesor;
(2) Canto maior sexa o diámetro do núcleo, maior será o ancho de fusión, maior será a zona afectada pola calor e menor será a densidade de potencia unitaria. Cando o diámetro do núcleo supera os 200 um, non é fácil conseguir unha profundidade de penetración en aliaxes de alta reacción como o aluminio e o cobre, e só se pode conseguir unha soldadura de penetración profunda máis alta con alta potencia;
(3) Os láseres de núcleo pequeno teñen unha alta densidade de potencia e poden perforar rapidamente buratos na superficie de materiais con alta enerxía e pequenas zonas afectadas pola calor. Non obstante, ao mesmo tempo, a superficie da soldadura é áspera e a probabilidade de colapso da chaveira é alta durante a soldadura a baixa velocidade e o oco da chave está pechado durante o ciclo de soldadura. O ciclo é longo e son propensos a producirse defectos como defectos e poros. É axeitado para procesamento de alta velocidade ou procesamento cunha traxectoria de balance;
(4) Os láseres de gran diámetro de núcleo teñen puntos de luz máis grandes e enerxía máis dispersa, o que os fai máis axeitados para a refusión de superficies con láser, revestimento, recocido e outros procesos.
Hora de publicación: 06-Oct-2023
