Métodos de soldadura para micropezas e pezas pequenas. A soldadura láser é un método de soldadura eficiente e preciso que utiliza un raio láser de alta densidade de enerxía como fonte de calor. É unha das aplicacións importantes da tecnoloxía de procesamento de materiais láser. Na década de 1970, utilizábase principalmente para soldar materiais de paredes finas e soldadura a baixa velocidade, e o proceso de soldadura pertencía ao tipo de condución térmica. Especificamente, a radiación láser quenta a superficie da peza de traballo e a calor na superficie difúndese cara a dentro a través da condución térmica. Ao controlar parámetros como o ancho, a enerxía, a potencia máxima e a frecuencia de repetición dos pulsos láser, a peza de traballo fúndese para formar un baño fundido específico. Debido ás súas vantaxes únicas, aplicouse con éxito a...Soldadura de precisión de pezas micro e pequenas.A tecnoloxía de soldadura láser de China sitúase entre as máis avanzadas do mundo. Ten a tecnoloxía e a capacidade de formar compoñentes complexos de aliaxe de titanio de máis de 12 metros cadrados mediante láser e aplicouse na fabricación de prototipos e produtos de múltiples proxectos de investigación de aviación nacional. En outubro de 2013, un experto en soldadura chinés gañou o Premio Brook, o máximo galardón académico no campo da soldadura, o que confirmou o nivel de soldadura láser de clase mundial de China.
## Historia do desenvolvemento O primeiro raio láser do mundo xerouse en 1960 excitando cristais de rubí cunha lámpada de flash. Limitado pola capacidade térmica do cristal, só podía producir raios pulsados moi curtos con baixa frecuencia. Aínda que a enerxía máxima do pulso instantáneo podía alcanzar ata 10^6 vatios, seguía sendo de baixa enerxía de saída. Unha vara de cristal de granate de itrio e aluminio dopado con neodimio (Nd:YAG), con neodimio (Nd) como elemento de excitación, pode xerar un raio láser continuo dunha soa lonxitude de onda cunha potencia de 1-8 kW. O láser YAG, cunha lonxitude de onda de 1,06 μm, pódese conectar ao cabezal de procesamento láser a través dunha fibra óptica flexible, presentando unha disposición de equipo flexible e axeitado para soldar pezas cun grosor de 0,5-6 mm. O láser de CO₂, que emprega dióxido de carbono como excitante (cunha lonxitude de onda de 10,6 μm), pode alcanzar unha enerxía de saída de ata 25 kW e realizar soldadura de penetración total nunha soa pasada de placas de 2 mm de grosor. Utilizouse amplamente no procesamento de metais no sector industrial. A mediados da década de 1980, a soldadura por láser, como nova tecnoloxía, atraeu unha atención xeneralizada en Europa, Estados Unidos e Xapón. En 1985, ThyssenKrupp Steel AG (Alemaña) e Volkswagen AG (Alemaña) colaboraron para adoptar con éxito a primeira peza soldada por láser do mundo na carrozaría do Audi 100. Na década de 1990, os principais fabricantes de automóbiles de Europa, América do Norte e Xapón comezaron a utilizar amplamente a tecnoloxía de pezas soldadas por láser na fabricación de carrozarías de automóbiles. A experiencia práctica tanto de laboratorios como de fabricantes de automóbiles demostrou que as pezas soldadas por láser pódense aplicar con éxito na produción de carrozarías de automóbiles. A soldadura láser a medida emprega enerxía láser para empalmar e soldar automaticamente varios aceiros, aceiros inoxidables, aliaxes de aluminio, etc., con diferentes materiais, grosores e revestimentos nunha placa, perfil ou panel sándwich integrado. Isto cumpre cos diferentes requisitos de rendemento dos materiais dos compoñentes e consegue equipos lixeiros co peso máis baixo, unha estrutura óptima e o mellor rendemento. En países desenvolvidos como Europa e os Estados Unidos,soldadura láser a medidaNon só se usa na industria de fabricación de equipos de transporte, senón que tamén se aplica amplamente en campos como a construción, pontes, a produción de soldadura de placas de electrodomésticos e a soldadura de placas de aceiro en liñas de laminación (conexión de placas en laminación continua). Entre as empresas de soldadura por láser de renome mundial inclúense Soudonic (Suíza), ArcelorMittal Group (Francia), ThyssenKrupp TWB (Alemaña), Servo-Robot (Canadá) e Precitec (Alemaña). A aplicación da tecnoloxía de pezas soldadas por láser na China acaba de comezar. O 25 de outubro de 2002, púxose en funcionamento oficialmente a primeira liña de produción comercial profesional da China para pezas soldadas por láser. Foi introducida por Wuhan ThyssenKrupp Zhongren Laser Tailor Welding de ThyssenKrupp TWB (Alemaña). Posteriormente, Shanghai Baosteel Arcelor Laser Tailor Welding Co., Ltd., FAW Baoyou Laser Tailor Welding Co., Ltd. e outras empresas puxéronse en produción sucesivamente. En 2003, países estranxeiros decatáronse da soldadura con fío de recheo láser de CO₂ de dobre feixe eSoldadura con fío de recheo láser YAGpara a estrutura do panel de parede inferior de aliaxe de aluminio A318. Esta tecnoloxía substituíu a estrutura remachada tradicional, reducindo o peso da fuselaxe do avión nun 20 % e aforrando o 20 % do custo. Gong Shuili cría que a tecnoloxía de soldadura láser xogaría un papel significativo na transformación e mellora da industria manufactureira tradicional de aviación chinesa. Inmediatamente solicitou unha serie de proxectos de investigación previa relacionados, organizou un equipo de investigación e liderou a introdución da tecnoloxía de "soldadura láser de dobre feixe" en proxectos de investigación en China. Desde o principio, planeou aplicar esta tecnoloxía á fabricación de aeronaves. O equipo de expertos chineses informou da tecnoloxía preliminar a un instituto de deseño de aeronaves e promoveu as vantaxes e a viabilidade da soldadura láser de dobre feixe. Despois de múltiples verificacións e avaliacións, o instituto de deseño decidiu aplicar esta tecnoloxía á fabricación de paneis de parede acanalados para un determinado avión, acadando o obxectivo inicial de aplicar a tecnoloxía de "soldadura láser de dobre feixe" á fabricación de aeronaves. Abriu camiño en tecnoloxías clave como o control de precisión do arame de recheo para soldadura láser de aliaxes lixeiras, desenvolveu un dispositivo de soldadura híbrido de arame de recheo láser de dobre feixe integrado e innovador, estableceu a primeira plataforma de soldadura de arame de recheo láser de dobre feixe de alta potencia de China, realizou a soldadura síncrona de dobre feixe e dobre cara de unións en T en grandes estruturas de paredes delgadas e aplicouna con éxito á fabricación de soldadura de pezas estruturais clave de paneis de parede nervados para aviación por primeira vez, desempeñando un papel importante no desenvolvemento de novos avións de China. En 2003, o primeiro conxunto completo de equipos de soldadura de tiras en liña a grande escala nacional proporcionado por HG Laser superou a aceptación fóra de liña. Este equipo integra corte por láser, soldadura e tratamento térmico, convertendo a HG Laser nunha das cuartas empresas do mundo capaces de producir este tipo de equipos. En 2004, o proxecto "Tecnoloxía e equipos de procesamento de corte por láser de alta potencia, soldadura e corte-soldadura combinados" de HG Laser Farley Laserlab gañou o segundo premio do Premio Nacional ao Progreso da Ciencia e a Tecnoloxía, converténdose na única empresa láser de China coa capacidade de I+D desta tecnoloxía e equipos. Co rápido desenvolvemento da industria láser industrial, o mercado presentou requisitos máis elevados para a tecnoloxía de procesamento láser. A tecnoloxía láser pasou gradualmente dunha aplicación única a aplicacións diversificadas. En termos de procesamento láser, xa non se limita a un só corte ou soldadura. A demanda do mercado de equipos integrados de procesamento láser que combinen corte e soldadura está a aumentar, e polo tanto xurdiron equipos integrados de corte e soldadura por láser. HG Laser Farley Laserlab desenvolveu a máquina de corte e soldadura integrada Walc9030, cun formato ultragrande de 9 × 3 metros, que actualmente é o equipo integrado de corte e soldadura por láser de maior formato do mundo. O Walc9030 é un equipo de corte e soldadura de gran formato que integrafuncións de corte por láser e soldadura por láserEstá equipado cun cabezal de corte profesional e un cabezal de soldadura, e os dous cabezales de procesamento comparten un feixe. A tecnoloxía de control numérico garante que non interfiran entre si. O equipo pode completar dous procesos que requiren corte e soldadura simultaneamente. Pode cambiar libremente entre cortar primeiro e logo soldar, ou soldar primeiro e logo cortar, realizando as funcións de corte por láser e soldadura cun só equipo sen necesidade de equipos adicionais. Isto aforra custos de equipos para os fabricantes de aplicacións, mellora a eficiencia do procesamento e o rango de procesamento. Ademais, debido á integración do corte e a soldadura, a precisión do procesamento está totalmente garantida e o rendemento do equipo é eficiente e estable. Ademais, superou as dificultades da deformación térmica das placas durante a soldadura a medida de placas ultragrandes e a realización estable de traxectorias ópticas voadoras ultralongas. Pode soldar dúas placas planas de 6 metros de lonxitude e 1,5 metros de ancho á vez, e a superficie soldada é lisa e plana sen posprocesamento adicional. Ao mesmo tempo, pode cortar placas cun ancho de 3 metros, unha lonxitude de máis de 6 metros e un grosor de menos de 20 mm nun proceso de conformado sen posicionamento secundario. O Instituto de Automatización de Shenyang, da Academia Chinesa das Ciencias, levou a cabo unha cooperación internacional coa Corporación IHI (Xapón). Seguindo a estratexia nacional de desenvolvemento científico e tecnolóxico de "introdución, dixestión, absorción e reinnovación", superou varias tecnoloxías clave desoldadura láser a medida, desenvolveu o primeiro conxunto completo de liñas de produción de soldadura láser personalizada da China en setembro de 2006 e desenvolveu con éxito un sistema robótico de soldadura láser, realizando a soldadura láser de curvas planas e espaciais. En outubro de 2013, un experto en soldadura chinés gañou o premio Brook, o maior galardón académico no campo da soldadura. O Welding Institute (TWI, Reino Unido) recomenda e nomea candidatos cada ano de máis de 4.000 unidades membro en máis de 120 países e, finalmente, outorga este premio a un experto en recoñecemento das súas destacadas contribucións á ciencia e á tecnoloxía da soldadura ou unión e á súa aplicación industrial. Este premio non só é un recoñecemento a Gong Shuili e ao seu equipo, senón tamén unha afirmación do papel de AVIC na promoción do progreso da tecnoloxía de unión de materiais.
## Parámetros estruturais
### Equipo de traballo Está composto por un oscilador óptico e un medio colocado entre os espellos en ambos extremos da cavidade do oscilador. Cando o medio se excita a un estado de alta enerxía, comeza a xerar ondas de luz en fase, que se reflicten entre os espellos en ambos extremos, formando un efecto de concatenación fotoeléctrica. Isto amplifica as ondas de luz e, cando se obtén enerxía suficiente, emítese o láser. O láser tamén se pode definir como un dispositivo que converte fontes de enerxía primarias como enerxía eléctrica, enerxía química, enerxía térmica, enerxía luminosa ou enerxía nuclear en feixes de radiación electromagnética de frecuencias ópticas específicas (luz ultravioleta, luz visible ou luz infravermella). Esta conversión pódese levar a cabo facilmente en certos medios sólidos, líquidos ou gasosos. Cando estes medios se excitan en forma de átomos ou moléculas, producen un feixe de luz con case a mesma fase e case unha soa lonxitude de onda: láser. Debido á súa propiedade en fase e á súa soa lonxitude de onda, o ángulo de diverxencia é moi pequeno e pode transmitirse a longa distancia antes de estar altamente concentrado para proporcionar funcións como soldadura, corte e tratamento térmico. ### Clasificación dos láseres Existen principalmente dous tipos de láseres para a soldadura, concretamente os láseres de CO₂ e os láseres de Nd:YAG. Tanto os láseres de CO₂ como os láseres de Nd:YAG son luz infravermella invisible a simple vista. O feixe xerado polo láser de Nd:YAG é principalmente luz infravermella próxima cunha lonxitude de onda de 1,06 μm. Os condutores térmicos teñen unha taxa de absorción relativamente alta para a luz desta lonxitude de onda e, para a maioría dos metais, a reflectividade é do 20 % ao 30 %. O feixe infravermello próximo pódese enfocar a un diámetro de 0,25 mm usando lentes ópticas estándar. O feixe do láser de CO₂ é luz infravermella afastada cunha lonxitude de onda de 10,6 μm. A maioría dos metais teñen unha reflectividade do 80 % ao 90 % para este tipo de luz, polo que se requiren lentes ópticas especiais para enfocar o feixe a un diámetro de 0,75 a 1,0 mm. A potencia dos láseres Nd:YAG pode alcanzar xeralmente uns 4.000-6.000 W, e a potencia máxima xa chegou aos 10.000 W. En contraste, a potencia dos láseres de CO₂ pode alcanzar facilmente os 20.000 W ou incluso máis. Os láseres de CO₂ de alta potencia resolven o problema da alta reflectividade a través do efecto burato da fechadura. Cando a superficie do material irradiada polo punto de luz se funde, fórmase un burato da fechadura. Este burato da fechadura cheo de vapor é como un corpo negro, que absorbe case toda a enerxía da luz incidente. A temperatura de equilibrio dentro do burato da fechadura alcanza uns 25.000 °C, e a reflectividade diminúe rapidamente en poucos microsegundos. Aínda que o foco de desenvolvemento dos láseres de CO₂ aínda se centra no desenvolvemento e a investigación de equipos, xa non se trata de aumentar a potencia máxima de saída, senón de como mellorar a calidade do feixe e o seu rendemento de enfoque. Ademais, cando se emprega argón como gas de protección para a soldadura láser de CO₂ cunha potencia superior a 10 kW, adoita inducirse un plasma forte, o que reduce a profundidade de penetración. Polo tanto, o helio, que non xera plasma, adoita empregarse como gas de protección para a soldadura láser de CO₂ de alta potencia. A aplicación de combinacións de láseres de díodos para excitar cristais Nd:YAG de alta potencia é un tema importante de investigación e desenvolvemento, que mellorará enormemente a calidade dos feixes láser e formará un procesamento láser máis eficiente. O uso de matrices de díodos directas para excitar e emitir láseres na rexión do infravermello próximo alcanzou unha potencia media de 1 kW e unha eficiencia de conversión fotoeléctrica de case o 50 %. Os díodos tamén teñen unha vida útil máis longa (10 000 horas), o que axuda a reducir o custo de mantemento dos equipos láser. O desenvolvemento de equipos láser de estado sólido bombeados por díodos (DPSSL) tamén está a avanzar.
Data de publicación: 27 de agosto de 2025
