A soldadura por puntos é un método de unión de alta velocidade e rendible. É axeitado para conectar compoñentes de chapa fina con unións de solape que non requiren hermeticidade. Existen moitos tipos de soldadura por puntos, como a soldadura por puntos por resistencia, a soldadura por puntos por arco, a soldadura por puntos adhesiva,soldadura por puntos compostae soldadura por puntos láser. Actualmente, a soldadura por puntos por resistencia úsase amplamente na produción. Tomando como exemplo a industria do automóbil, necesítanse de 3.000 a 4.000 puntos de soldadura durante a montaxe de compoñentes de paneis de carrozaría de automóbiles, o que require de 250 a 300 robots, xunto con sistemas de control de apoio e outros equipos auxiliares. Non obstante, a soldadura por puntos por resistencia ten pouca flexibilidade. Co rápido desenvolvemento económico, o ciclo de actualización das formas xeométricas e estruturas dos compoñentes do automóbil volveuse moi curto. A actualización de novos produtos e modelos require un novo tipo de tecnoloxía de soldadura por puntos que sexa eficiente e flexible. Polo tanto, a tecnoloxía de soldadura por puntos láser converteuse gradualmente no foco de atención e espérase que se aplique amplamente na produción industrial do automóbil. No campo aeroespacial, a soldadura por puntos láser tamén se está a probar como tecnoloxía alternativa. Durante moito tempo, as unións de solape dos produtos aeroespaciais xeralmente utilizaron remaches, o que implica moitos procesos de produción e unha carga de traballo pesada. Coa crecente aplicación de novos materiais como aliaxes de aluminio, aliaxes de titanio e materiais compostos, a adopción de novas tecnoloxías de soldadura para substituír os métodos de unión tradicionais converteuse nunha tendencia xeral. Isto non só mellora a eficiencia da produción, senón que tamén reduce o peso estrutural e cumpre os novos requisitos de deseño estrutural, o que é de grande importancia para os produtos aeroespaciais. A alta precisión e a alta flexibilidade da soldadura por puntos láser confírenlle vantaxes significativas na produción práctica, especialmente na industria da aviación, onde pode substituír os procesos tradicionais como a soldadura por puntos por resistencia e o remachado.
I. Definición e características da soldadura por puntos láser
Definición
A soldadura por puntos láser refírese ao proceso de fusión e unión de pezas mediante un único pulso láser (t > 1 ms) ou unha serie de pulsos láser na mesma posición.
A soldadura por puntos láser é basicamente similar a outros procesos de soldadura por láser; a única diferenza é que non hai desprazamento relativo entre o raio láser e a peza durante a soldadura por puntos. A soldadura por puntos láser divídese en dous tipos: soldadura por condución térmica e soldadura por burato de chave. Na soldadura por puntos por condución térmica, o láser só pode fundir o metal sen vaporizalo. Este método é máis axeitado para soldar metais cun grosor inferior a 0,5 mm, como a soldadura por puntos láser Nd:YAG de compoñentes electrónicos. Na soldadura por puntos láser por burato de chave, o láser pode entrar directamente no interior do material a través do burato da chave, aumentando a taxa de utilización da enerxía láser e conseguindo unha maior profundidade de penetración. A soldadura por puntos por resistencia tradicional funde as pezas para formar puntos de soldadura utilizando a calor de resistencia xerada pola corrente eléctrica, mentres que a fonte de calor da soldadura por puntos láser provén da radiación láser, o que resulta en formas de puntos de soldadura significativamente diferentes.
Os parámetros axustables da soldadura por puntos láser xeralmente inclúen a potencia do láser, o tempo de soldadura por puntos e a cantidade de desenfoque. Para a soldadura por puntos mediante o modo de pulso, os parámetros tamén inclúen a forma de onda do pulso, a frecuencia e o ciclo de traballo. Entre estes, a potencia do láser afecta principalmente á profundidade de penetración do punto de soldadura, mentres que o tempo de soldadura por puntos ten un maior impacto no tamaño lateral do punto de soldadura. Xeralmente, canto maior sexa o tempo de acción do láser, maior será o tamaño das superficies superior e inferior do punto de soldadura e o tamaño da superficie de fusión. Os cambios na cantidade de desenfoque afectan principalmente ao diámetro do punto e á densidade de enerxía que actúan sobre a superficie da peza de traballo, o que ten un impacto significativo na forma xeral do punto de soldadura.
Características
- Co láser como fonte de calor, a soldadura por puntos ofrece alta velocidade, alta precisión, baixa entrada de calor e mínima deformación da peza.
- O grao de liberdade nas posicións de soldadura por puntos mellorou moito, o que permite a soldadura por puntos en todas as posicións e a realización sinxelasoldadura por puntos dun só lado, mellorando así significativamente a liberdade de deseño de produtos.
- A soldadura por puntos láser ten poucos requisitos para o tamaño das unións de solape. Hai restricións mínimas en parámetros como a cantidade de unións de solape e a distancia entre os puntos de soldadura, e non hai necesidade de considerar o impacto da derivación de corrente.
- Para a soldadura de placas de grosor desigual, materiais disímiles e materiais especiais (aliaxes de aluminio, chapas galvanizadas), a soldadura por puntos láser ten un mellor rendemento que os métodos tradicionais de soldadura por puntos.
- Non require unha gran cantidade de equipos auxiliares, pode adaptarse rapidamente aos cambios do produto e satisfacer as demandas do mercado.
II. Análise de defectos da soldadura por puntos láser
As gretas, os poros e a flacidez son os defectos máis comúns na soldadura por puntos láser, que se analizan un por un a continuación.
1. Fendas
As gretas divídense en gretas superficiais e gretas lonxitudinais. As velocidades de quecemento e arrefriamento durante a soldadura por puntos láser son moi rápidas, o que resulta nun gran gradiente de temperatura entre a área quentada e o metal circundante, o que leva facilmente á formación de gretas. A aparición de gretas está estreitamente relacionada co material; por exemplo, as aliaxes de aluminio teñen unha tendencia moito maior a rachar durante a soldadura por puntos láser que o aceiro inoxidable. Un método eficaz para suprimir a formación de gretas é optimizar a forma de onda do pulso para controlar a velocidade de arrefriamento do proceso de solidificación do metal e reducir a tensión interna.
2. Poros
Os defectos porosos (poros) nas soldaduras por puntos láser pódense dividir en poros pequenos e poros grandes. Os poros pequenos débense principalmente á diminución da solubilidade do hidróxeno no metal líquido durante a solidificación do metal, así como á rápida evaporación do metal no burato da fechadura e á perturbación do charco fundido. Os poros grandes débense principalmente á velocidade de arrefriamento demasiado rápida durante a soldadura por puntos láser, o que deixa tempo insuficiente para que o metal arredor do burato da fechadura se volva encher. En xeral, os poros pequenos son propensos a formarse na soldadura por puntos de pulso longo, mentres que é probable que se formen poros grandes na soldadura por puntos de pulso curto.
Hai dous lugares onde é máis probable que aparezan poros na soldadura por puntos con láser: un está preto da zona de fusión no medio do punto de soldadura e o outro está na raíz da soldadura. As imaxes de fusión capturadas por raios X mostran que os poros preto da zona de fusión débense principalmente ao estreitamento cando se pecha o burato da fechadura; no caso dos poros na raíz da soldadura, fórmanse principalmente polo colapso do burato da fechadura debido á rápida desaparición do láser despois da formación do burato da fechadura.
3. Aflancamento
A flacidez é un fenómeno evidente na soldadura por puntos láser. A flacidez central na superficie do punto de soldadura e a acumulación de metal ao seu redor débense á forza de retroceso xerada pola vaporización do metal, que empurra o metal líquido cara á superficie do punto de soldadura. Durante o proceso de arrefriamento, o metal acumulado na superficie solidifícase rapidamente e non se pode volver encher por completo. Ademais, a perda de material causada pola rápida evaporación e salpicaduras do metal é outro factor que contribúe á flacidez central. O tempo de pulso ten un impacto significativo tanto na flacidez da superficie do punto de soldadura como na formación de poros. Pódense obter puntos de soldadura satisfactorios optimizando a forma de onda e o tempo de pulso.
4. Impacto da cantidade de desenfoque nos puntos de soldadura
Os cambios na cantidade de desenfoque alteran directamente o diámetro do punto e a densidade de enerxía. Cando a cantidade de desenfoque aumenta tanto na dirección negativa como na positiva, significa que o diámetro do punto aumenta e a densidade de enerxía diminúe. Durante a soldadura por puntos láser, existe unha certa relación correspondente entre o diámetro do punto e o tamaño do burato inicial formado polo láser incidente na peza de proba, mentres que a densidade de enerxía determina a velocidade de expansión do charco fundido. Cando o valor absoluto da cantidade de desenfoque é pequeno, o diámetro do punto láser é pequeno, a densidade de potencia do láser é alta e a velocidade de expansión do charco fundido do punto de soldadura é rápida, pero o diámetro do burato inicial é pequeno. Pola contra, cando a cantidade de desenfoque é grande, o diámetro do burato inicial é grande, pero a velocidade de expansión do charco fundido diminúe e o tamaño do punto de soldadura resultante pode non ser grande. Polo tanto, durante o cambio de cantidade de desenfoque, o efecto integral do diámetro do punto e a densidade de potencia superficial do punto de soldadura determina o tamaño do punto de soldadura.
III. Aplicación da tecnoloxía de soldadura por puntos láser
A soldadura por puntos láser presenta alta velocidade, gran profundidade de penetración, mínima deformación e pódese realizar a temperatura ambiente ou en condicións especiais con equipos de soldadura sinxelos. Ademais, a aparición de láseres de pulsos de alta frecuencia (cunha frecuencia superior a 40 pulsos por segundo) permitiu a ampla aplicación da soldadura por puntos láser na montaxe e soldadura de compoñentes micro e pequenos na produción automatizada en masa. Ao soldar pequenos compoñentes electrónicos que requiren unha pequena zona afectada pola calor, como a conexión entre vidro e metal, a conexión de unións en circuítos semicondutores sensibles á calor e a conexión entre diferentes metais en fíos, a soldadura por puntos láser é máis vantaxosa que os procesos tradicionais de soldadura por puntos (por exemplo, a soldadura por puntos por resistencia), con puntos de soldadura libres de contaminación e alta calidade de soldadura. A figura 6-60 mostra un exemplo de aplicación da soldadura por puntos láser na produción de faros de automóbiles: un láser de pulsos de estado sólido de 500 W xera catro puntos de soldadura similares cunha frecuencia de pulso moi alta.
Ao realizar soldadura por puntos de alta precisión en microestruturas empregando alta enerxía de pulso, os láseres Nd:YAG pulsados teñen vantaxes técnicas e económicas. Na maioría das aplicacións industriais de soldadura por puntos, utilízanse basicamente láseres de estado sólido pulsados cunha potencia media de 50 W e unha potencia de pulso > 2 kW. O láser pode actuar directamente sobre a peza a través de fibras ópticas ou lentes de enfoque combinadas.
A soldadura por puntos láser é aplicable a unha ampla gama de materiais. Por exemplo, ao soldar por puntos baterías de litio, usando Nd:Tecnoloxía de soldadura por puntos láser YAGConectar diferentes metais é máis eficiente que a soldadura TIG e a soldadura por puntos por resistencia. En particular, dado que se usan fibras ópticas para transmitir láseres durante a produción, é conveniente moverse con rapidez e flexibilidade entre varias mesas de traballo.
En resumo, a soldadura por puntos láser ten as seguintes características:
- Co aumento da potencia do láser, o diámetro da superficie do punto de soldadura flutúa cara arriba e cara abaixo, mentres que o diámetro da superficie de fusión e a superficie inferior aumentan lentamente. O cambio na forma da sección transversal do punto de soldadura non é obvio. A medida que aumenta a duración, o tamaño do punto de soldadura aumenta rapidamente e a taxa de cambio do diámetro da superficie de fusión é maior que a dos diámetros das superficies superior e inferior. O cambio na cantidade de desenfoque ten un impacto significativo no tamaño do punto de soldadura. Altera directamente o diámetro do punto e a densidade de potencia do láser, e o efecto integral destes dous factores determina o tamaño do punto de soldadura.
- No caso de penetración completa, hai unha flacidez evidente na superficie da soldadura por punto láser. Co aumento da potencia e duración do láser, a profundidade de flacidez na superficie do punto de soldadura aumenta. Cando a duración ou o tamaño da fenda é grande, a superficie inferior tamén pode mostrar indentación.
- A medida que a fenda aumenta, a deformación xeral do punto de soldadura, a flacidez central e a indentación fanse evidentes. A superficie de fusión contrae e a resistencia diminúe rapidamente. Actualmente, na soldadura de resistencias, baterías e no campo da electrónica, úsase habitualmente o proceso de soldar dous puntos simultaneamente, que normalmente adopta un deseño con dúas fontes de luz láser.
Data de publicación: 27 de outubro de 2025
