¿Cuáles son las ventajas y desventajas de la tecnología de soldadura láser?

Ventajas de la soldadura láser:

1. La cantidad de calor aportado se puede reducir al mínimo, el rango de cambios metalográficos en la zona afectada por el calor es pequeño y la deformación. causada por la conducción de calor también es mínima.

2. Se han verificado y calificado los parámetros del proceso de soldadura de una sola pasada con un espesor de placa de 32 mm, lo que puede reducir el tiempo necesario para la soldadura de placas gruesas e incluso eliminar el uso de metal de aportación.

3. No es necesario utilizar electrodos y no hay preocupación por la contaminación o daño de los electrodos. Y como no se trata de un proceso de soldadura por contacto, se puede minimizar el desgaste de las máquinas herramienta y las uniones deformadas.

4. El rayo láser es fácil de enfocar, alinear y guiar mediante instrumentos ópticos. Puede colocarse a una distancia adecuada de la pieza de trabajo y puede redirigirse entre máquinas u obstáculos alrededor de la pieza de trabajo. reglas No se puede utilizar debido a las restricciones de espacio mencionadas anteriormente.

5. La pieza de trabajo se puede colocar en un espacio cerrado (aspirado o controlado el ambiente interno de gas).

6. El rayo láser se puede enfocar en un área pequeña y puede soldar componentes pequeños y muy espaciados.

7. Se pueden soldar una amplia gama de materiales, pudiendo también unir entre sí diversos materiales heterogéneos.

8. Es fácil de automatizar la soldadura de alta velocidad y también se puede controlar digitalmente o por computadora.

9. Al soldar materiales delgados o alambres de diámetro fino, no hay problema de fusión como en la soldadura por arco.

10. No se ve afectado por los campos magnéticos (la soldadura por arco y la soldadura por haz de electrones son fáciles) y puede alinear con precisión las piezas soldadas.

11. Se pueden soldar dos metales con diferentes propiedades físicas (como diferentes resistencias).

12 No se requiere vacío ni protección contra la radiación.

13. Si se utiliza soldadura pasante, la relación profundidad-ancho del cordón de soldadura puede alcanzar 10:1.

14. rayo láser a múltiples estaciones de trabajo.

Desventajas de la soldadura láser

1. La posición de la soldadura debe ser muy precisa y debe estar dentro del rango de enfoque del rayo láser.

2. Cuando se requiera un fijador para la soldadura, se debe asegurar que la posición final de la soldadura esté alineada con el punto de soldadura donde incidirá el rayo láser.

3. El espesor máximo soldable es limitado. Las piezas de trabajo con un espesor de penetración superior a 19 mm no son adecuadas para la soldadura láser en la línea de producción.

4. La soldabilidad de materiales altamente reflectantes y de alta conductividad térmica como el aluminio, el cobre y sus aleaciones se cambiará mediante láser.

5. Al realizar soldadura con rayo láser de energía media a alta, es necesario utilizar un controlador de plasma para eliminar el gas ionizado alrededor del baño fundido para garantizar la reaparición del cordón de soldadura.

6. La eficiencia de conversión de energía es demasiado baja, normalmente inferior al 10%.

7. El cordón de soldadura se solidifica rápidamente y puede haber preocupaciones sobre porosidad y fragilidad.

8. El equipo es caro.

Con el fin de eliminar o reducir los defectos de la soldadura láser y aplicar mejor este excelente método de soldadura, se han propuesto algunos procesos de soldadura híbridos utilizando otras fuentes de calor y láseres, incluyendo principalmente láser y arco, láser y plasma. Soldadura híbrida con fuente de calor por arco, láser y por inducción, soldadura por haz láser dual y soldadura láser multihaz, etc. Además, se han propuesto varias medidas de proceso auxiliares, como la soldadura láser con alambre de relleno (que se puede subdividir en soldadura con alambre frío y soldadura con alambre caliente), soldadura láser mejorada asistida por un campo magnético externo, soldadura láser de profundidad de baño fundido controlada por gas protector y Espera de soldadura por fricción y agitación asistida por láser.

(1) Densidad de potencia. La densidad de potencia es uno de los parámetros más críticos en el procesamiento láser. Usando una mayor densidad de potencia, la capa superficial se puede calentar hasta el punto de ebullición en un rango de tiempo de microsegundos, lo que resulta en una gran cantidad de vaporización. Por lo tanto, una alta densidad de potencia es beneficiosa para procesos de eliminación de material como perforación, corte y grabado. Para densidades de potencia más bajas, la temperatura de la superficie tarda varios milisegundos en alcanzar el punto de ebullición antes de que la capa superficial se vaporice, la capa inferior alcanza el punto de fusión, lo que facilita la formación de una buena soldadura fundida. Por tanto, en la soldadura láser conductiva, la densidad de potencia oscila entre 10^4 y 10^6W/CM^2.

(2) Forma de onda del pulso láser. La forma de onda del pulso láser es un tema importante en la soldadura láser, especialmente para la soldadura de láminas delgadas. Cuando un rayo láser de alta intensidad incide en la superficie de un material, entre el 60 y el 98% de la energía del láser se reflejará y se perderá en la superficie del metal, y la reflectividad cambia con la temperatura de la superficie. Durante la acción de un pulso láser, la reflectividad del metal cambia enormemente.

(3) Ancho de pulso láser. El ancho de pulso es uno de los parámetros importantes de la soldadura por láser de pulso. No solo es un parámetro importante diferente de la eliminación y fusión del material, sino también un parámetro clave que determina el costo y el volumen del equipo de procesamiento.

(4) El efecto del desenfoque en la calidad de la soldadura. La soldadura láser normalmente requiere una cierta distancia, porque la densidad de potencia en el centro del punto en el foco del láser es demasiado alta y puede evaporarse fácilmente en los agujeros. En cada plano alejado del foco láser, la distribución de la densidad de potencia es relativamente uniforme. Hay dos modos de desenfoque: desenfoque positivo y desenfoque negativo. Cuando el plano focal está por encima de la pieza de trabajo, se trata de un desenfoque positivo, y cuando está por encima de la pieza de trabajo, se trata de un desenfoque negativo. Según la teoría de la óptica geométrica, cuando la distancia entre los planos de desenfoque positivo y negativo y el plano de soldadura es igual, la densidad de potencia en los planos correspondientes es aproximadamente la misma, pero en realidad la forma del baño fundido obtenido es diferente. Cuando se produce un desenfoque negativo se puede obtener una mayor profundidad de penetración, lo que está relacionado con el proceso de formación del baño fundido. Los experimentos muestran que después de calentar con láser durante 50 a 200 us, el material comienza a fundirse, formando metal líquido y vaporizándose, formando vapor a presión comercial, que se expulsa a velocidades extremadamente altas y emite una luz blanca deslumbrante. Al mismo tiempo, la alta concentración de gas hace que el metal líquido se mueva hacia el borde del baño fundido, formando una depresión en el centro del baño fundido. Cuando se produce un desenfoque negativo, la densidad de potencia interna del material es mayor que la de la superficie, lo que fácilmente provoca una fusión y vaporización más fuertes, lo que permite que la energía luminosa se transmita más profundamente al material. Por lo tanto, en aplicaciones prácticas, cuando se requiere una mayor profundidad de penetración, se utiliza el desenfoque negativo; cuando se sueldan materiales delgados, el desenfoque positivo es apropiado;

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La tecnología de las máquinas de soldadura láser se utiliza ampliamente en campos de fabricación de alta precisión, como automóviles, barcos, aviones y ferrocarriles de alta velocidad, y Ha traído mejoras significativas a la calidad de vida de las personas y ha llevado a la industria de los electrodomésticos a la era del trabajo de precisión.

Especialmente después de que Volkswagen creara la tecnología de soldadura sin costura de 42 metros, que mejoró enormemente la integridad y estabilidad de la carrocería del automóvil, Haier Group, una empresa líder en electrodomésticos, lanzó grandiosamente la primera lavadora producida con láser sin costura. Tecnología de soldadura, este electrodoméstico valora el avance de la ciencia y la tecnología para las personas, y la tecnología láser avanzada puede traer grandes cambios en la vida de las personas. A medida que se continúa consolidando el estatus de marca global de las lavadoras, su liderazgo en la industria está comenzando a demostrarse plenamente. Sin embargo, con el apoyo de la tecnología de las máquinas de soldadura láser, también traerá una reforma más profunda en la industria de los electrodomésticos. Según el personal de I+D de Haier, la mayor parte de la tecnología de fabricación de los cilindros internos de las lavadoras totalmente automáticas en el mercado adopta la tecnología "clip and snap". Habrá espacios o irregularidades en las uniones de los cilindros internos, lo que resultará en una baja resistencia. de los barriles y desgaste innecesario de la ropa. Para mejorar aún más la confiabilidad y el refinamiento del cilindro interior, las lavadoras Haier utilizaron las industrias automotriz y de construcción naval como materiales de referencia para aplicar tecnología de soldadura láser sin costuras a nuevas lavadoras de potencia uniforme, evitando la aparición de espacios e irregularidades en el cilindro interior. , y mejorando integralmente el Mejora la confiabilidad del producto mientras cuida mejor la ropa. Debido a la mayor resistencia del cilindro interior, la velocidad máxima durante el proceso de deshidratación de la lavadora de potencia uniforme es un 25% mayor que la de las lavadoras completamente automáticas comunes. La eficiencia de la deshidratación mejora considerablemente, consume menos energía y ahorra. tiempo.

Además, también aprendimos que la "tecnología de máquina de soldadura láser de alta potencia" desarrollada conjuntamente por la industria de construcción naval chino-alemana garantiza la seguridad del barco y fortalece aún más la estructura del casco en el campo de la aviación; La tecnología de soldadura láser sin costura también se ha utilizado ampliamente en la fabricación de motores de aviones. Al mismo tiempo, la tecnología de soldadura láser sin costura para fuselajes de aleación de aluminio puede reemplazar los remaches, reduciendo así el peso del fuselaje en un 20%; Las vías del tren también han introducido la tecnología de soldadura láser sin costuras, al tiempo que mejoran el rendimiento de seguridad y también reducen en gran medida el ruido, proporcionando a los pasajeros un entorno de conducción tranquilo y cómodo.

Con el desarrollo integral de la ciencia y la tecnología, la continua consolidación y aplicación de la tecnología de las máquinas de soldadura láser también ha llevado a la industria mundial de electrodomésticos a una nueva era. El nuevo proceso no es solo una actualización de productos, pero también más visualización y aplicación de tecnología.

1. Aplicación de fabricación La tecnología de soldadura láser Bland personalizada se ha utilizado ampliamente en la fabricación de automóviles en el extranjero. Según las estadísticas, en el año 2000 había más de 100 líneas de producción de soldadura láser en blanco en todo el mundo, con una producción anual de 1.000 unidades. El número de piezas brutas soldadas a medida para componentes de turismos alcanzó los 70 millones y continúa creciendo a un ritmo elevado. Los modelos importados de producción nacional Passat, Buick, Audi, etc. también utilizan algunas estructuras en blanco cortadas. Japón utiliza soldadura láser de CO2 en lugar de soldadura a tope por chispa para conectar bobinas de acero laminado en la industria del acero. La investigación sobre soldadura de placas ultrafinas, como láminas con un espesor de placa de menos de 100 micrones, no se puede soldar, sino a través de una salida especial. Forma de onda de potencia El éxito de la soldadura láser YAG muestra el amplio futuro de la soldadura láser. Japón también ha desarrollado con éxito la soldadura láser YAG por primera vez en el mundo para reparar tubos delgados de generadores de vapor en reactores nucleares. En China, Su Baorong y otros también han desarrollado tecnología de soldadura láser para engranajes.

2. En el campo de la pulvimetalurgia, con el continuo desarrollo de la ciencia y la tecnología, muchas tecnologías industriales tienen requisitos especiales para los materiales, y los materiales fabricados mediante métodos de fundición y fundición ya no pueden satisfacer las necesidades. Debido a las propiedades especiales y las ventajas de fabricación de los materiales pulvimetalúrgicos, están reemplazando a los materiales de fundición tradicionales en ciertos campos como automóviles, aviones y industrias de fabricación de herramientas y herramientas de corte. Con el creciente desarrollo de los materiales pulvimetalúrgicos, existen problemas con su. conexión con otras partes se vuelve cada vez más prominente, lo que limita la aplicación de materiales de pulvimetalurgia. A principios de la década de 1980, la soldadura láser ingresó al campo del procesamiento de materiales pulvimetalúrgicos con sus ventajas únicas, abriendo nuevas perspectivas para la aplicación de materiales pulvimetalúrgicos. Por ejemplo, el método de soldadura fuerte comúnmente utilizado en la conexión de materiales pulvimetalúrgicos se utiliza para soldar diamante. La resistencia es baja, la zona afectada por el calor es amplia y no puede adaptarse a altas temperaturas y requisitos de alta resistencia, lo que hace que la soldadura se derrita y se caiga. La soldadura por láser puede mejorar la resistencia de la soldadura y la resistencia a altas temperaturas.

3. Industria del automóvil A finales de la década de 1980, los láseres de kilovatios se utilizaban con éxito en la producción industrial. Hoy en día, las líneas de producción de soldadura láser han aparecido a gran escala en la industria de fabricación de automóviles, convirtiéndose en una de las más destacadas. Logros de la industria manufacturera del automóvil. Los fabricantes de automóviles europeos, como Audi, Mercedes-Benz, Volkswagen y Volvo de Suecia, tomaron la delantera en el uso de soldadura láser de techos, carrocerías, marcos laterales y otras soldaduras de chapa metálica ya en los años 1980. En los años 1990, la estadounidense General Motors, Ford y Chrysler hicieron lo mismo. La introducción de la soldadura láser en la fabricación de automóviles, aunque empezó tarde, se está desarrollando rápidamente. La italiana Fiat utiliza soldadura láser en la soldadura y el ensamblaje de la mayoría de los componentes de placas de acero. Nissan, Honda y Toyota Motor Corporation de Japón utilizan procesos de soldadura y corte por láser en la fabricación de paneles de carrocería. Los conjuntos de soldadura láser de acero de alta resistencia tienen un rendimiento excelente. Se utiliza cada vez más en la fabricación de carrocerías de automóviles. Según las estadísticas del mercado de metales de Estados Unidos, a finales de 2002, el consumo de estructuras de acero soldadas por láser alcanzará las 70.000 toneladas, tres veces más que en 1998. De acuerdo con las características de los grandes lotes y el alto grado de automatización en la industria del automóvil, los equipos de soldadura láser se están desarrollando hacia alta potencia y multicanal. En términos de tecnología, el Laboratorio Nacional Sandia en los Estados Unidos y Pratt Witney realizaron conjuntamente una investigación sobre la adición de polvo metálico y alambre durante el proceso de soldadura láser. El Instituto de Tecnología Aplicada de Haz en Bremen, Alemania, ha realizado muchas investigaciones sobre su uso. de soldadura láser de marcos de carrocería de aleación de aluminio. Se cree que agregar metal de aportación a la soldadura puede ayudar a eliminar grietas calientes, aumentar la velocidad de soldadura y resolver problemas de tolerancia. La línea de producción desarrollada se ha puesto en producción en la fábrica de Mercedes-Benz.

4. Industria electrónica La soldadura láser se utiliza ampliamente en la industria electrónica, especialmente en la industria microelectrónica. Debido a la pequeña zona afectada por el calor de la soldadura láser, la rápida concentración de calentamiento y el bajo estrés térmico, muestra ventajas únicas en el embalaje de circuitos integrados y carcasas de dispositivos semiconductores. En el desarrollo de dispositivos de vacío, también se ha aplicado la soldadura láser, como por ejemplo. como electrodo de enfoque de molibdeno y anillo de soporte de acero inoxidable, conjunto de filamento catódico de calentamiento rápido, etc. El espesor de las láminas corrugadas elásticas de paredes delgadas en sensores o termostatos es de 0,05 a 0,1 mm, lo que es difícil de resolver con métodos de soldadura tradicionales, la soldadura TIG es fácil de soldar, la estabilidad del plasma es deficiente y hay muchos factores que influyen. , la soldadura láser tiene un buen efecto y se utiliza ampliamente.

5. La soldadura láser de tejidos biológicos biomédicos comenzó en la década de 1970. Klink et al. y Jain [13] soldaron con éxito trompas de Falopio y vasos sanguíneos con láser y demostraron superioridad, lo que impulsó más investigaciones. soldar varios tejidos biológicos y lo extendió a la soldadura de otros tejidos. La investigación nacional y extranjera sobre la soldadura láser de nervios se centra principalmente en la longitud de onda del láser, la dosis y su efecto en la recuperación funcional y la selección de la soldadura láser. Liu Tongjun realizó investigaciones básicas sobre la soldadura láser de pequeños vasos sanguíneos y la piel y se llevaron a cabo otros aspectos. en el conducto biliar común de la rata. En comparación con los métodos de sutura tradicionales, la soldadura láser tiene las ventajas de una anastomosis rápida, sin reacción de cuerpo extraño durante el proceso de curación, manteniendo las propiedades mecánicas de la parte soldada y el tejido reparado que crece de acuerdo con sus propiedades biomecánicas originales. La biomedicina se utilizará más ampliamente en el futuro.

6. Otros campos En otras industrias, la soldadura por láser también está aumentando gradualmente, especialmente en la soldadura de materiales especiales, se han realizado muchos estudios en China, como la soldadura por láser de aleación de titanio BT20, aleación HEl30. Baterías de iones de litio, etc., el fabricante alemán de maquinaria para vidrio GlamacoCoswig Company y el Instituto de Investigación Experimental de Materiales y Tecnología IFW han desarrollado una nueva tecnología de soldadura láser para vidrio plano.

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La tecnología de soldadura híbrida por láser tiene importantes ventajas. Para la mezcla láser, las ventajas se reflejan principalmente en: mayor penetración/mayor capacidad de soldadura de espacios; mejor tenacidad de la soldadura, y la estructura reticular de la soldadura puede verse afectada agregando materiales auxiliares en la parte posterior de la soldadura sin quemarse; Fenómeno de flacidez; ámbito de aplicación más amplio; menor inversión con la ayuda de la tecnología de reemplazo por láser. Para la soldadura híbrida con protección de gas inerte MIG, las ventajas se reflejan principalmente en: mayor velocidad de soldadura; mayor profundidad de soldadura; alta resistencia de la costura de soldadura; pequeña protuberancia de la costura de soldadura; Como resultado, el proceso de producción de todo el sistema tiene buena estabilidad y disponibilidad del equipo; la carga de trabajo de preparación de la costura de soldadura y el procesamiento posterior de la costura de soldadura es pequeña, el tiempo de producción de la soldadura es corto, el costo es bajo y la eficiencia de producción es alta; alto; tiene buen rendimiento de configuración del equipo óptico.

Sin embargo, el coste de inversión en equipos de alimentación para soldadura híbrida láser es relativamente elevado. A medida que el mercado se expanda aún más, el precio de los equipos eléctricos también disminuirá, lo que permitirá que la tecnología de soldadura híbrida láser se aplique en más campos. Al menos la tecnología de soldadura híbrida con láser es un proceso de soldadura muy adecuado para la soldadura de materiales de aleación de aluminio y se convertirá en la principal herramienta de producción de soldadura a largo plazo.

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La tecnología láser y la industria manufacturera extranjeras están relativamente desarrolladas Ya en la década de 1980, habían comenzado a estudiar cómo aplicar la tecnología láser moderna a la tradicional. fabricación. Los países occidentales como la Unión Europea, los Estados Unidos y Japón en Asia han confiado en su fuerza científica y tecnológica desarrollada y su buena base de fabricación, y con la orientación razonable y el apoyo financiero del gobierno, la tecnología de soldadura láser se ha desarrollado muy rápidamente, especialmente Después de entrar en el nuevo siglo, la aplicación de la tecnología de soldadura láser se puede ver en muchas industrias manufactureras y otras, incluida la industria electrónica, la industria de la construcción naval, la industria automotriz, etc., donde se puede ver la aplicación de la tecnología moderna de soldadura láser. Y se ha creado inicialmente un estándar industrial para la tecnología de soldadura, que permite su aplicación dentro de un rango razonable y controlable. Al mismo tiempo, para mejorar aún más la eficiencia de la soldadura y permitir que la tecnología de soldadura láser se aplique mejor a la producción moderna a gran escala, especialmente a las industrias manufactureras y de construcción a gran escala, los países desarrollados occidentales han estado estudiando activamente cómo mejorar la eficiencia de soldadura láser a través de la producción a gran escala en los últimos años. La investigación sobre láseres de potencia promueve y realiza aún más la realización de tecnología de soldadura láser de alta potencia, aplicándola realmente a la fabricación a gran escala, la industria de la construcción e incluso los campos militares, como el sector militar. Fabricación de submarinos y buques de guerra.

En la actualidad, el Instituto de Investigación de Soldadura de Harbin está a la vanguardia de la investigación de tecnología de soldadura láser en el país. En los últimos años, además de seguir ampliando y desarrollando nuevos tipos y equipos de soldadura láser, también está imitando y haciendo referencia activamente a las últimas tendencias en investigación extranjera y buscando constantemente avances y desarrollos en la tecnología de soldadura láser de alta potencia. Los últimos resultados de la investigación muestran que han superado con éxito los problemas de soldadura de componentes a gran escala en China, lo que sin duda marca un gran avance en el campo de la tecnología de soldadura láser en mi país y sienta las bases para aplicaciones importantes en proyectos a gran escala en el futuro. Además, la investigación actual sobre tecnología de soldadura láser nacional también se centra en la soldadura por hilo caliente por láser, la soldadura de metales diferentes y otros campos, que son los temas más recientes en la investigación de la tecnología de soldadura por láser moderna. Los países extranjeros han logrado avances en campos de investigación relacionados, especialmente Alemania, que inicialmente dominó las técnicas y métodos de soldadura de metales diferentes. En el futuro, si nuestro país quiere ser verdaderamente competente en la aplicación y dominio de la tecnología de soldadura láser, lo hará. aplicarse a más campos y dentro de la industria, no hay duda de que los problemas anteriores deben superarse y la tecnología de soldadura láser debe mejorarse y optimizarse aún más.

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Como combinación de tecnología moderna y tecnología tradicional, la soldadura láser es particularmente única en comparación con la tecnología de soldadura tradicional y tiene sus propios campos de aplicación. El nivel de aplicación es más amplio, lo que puede mejorar en gran medida la eficiencia y precisión de la soldadura. Su alta densidad de potencia y rápida liberación de energía mejoran la eficiencia del trabajo. Al mismo tiempo, su punto de enfoque es más pequeño, lo que sin duda mejora la adhesión entre los materiales cosidos y no causará daños ni deformaciones en los materiales. La aparición de la tecnología de soldadura láser ha llegado a áreas donde la tecnología de soldadura tradicional no se puede aplicar. Simplemente puede satisfacer una variedad de necesidades de soldadura de diferentes materiales, metales y no metales, y debido a la penetrabilidad y refracción del propio láser, puede hacerlo. basarse en La trayectoria de la velocidad de la luz en sí permite un enfoque arbitrario dentro de un rango de 360 ​​​​grados, lo que sin duda es inimaginable con el desarrollo de la tecnología de soldadura tradicional.

Además, debido a que la soldadura láser puede liberar una gran cantidad de calor en un corto período de tiempo para lograr una soldadura rápida, tiene requisitos ambientales más bajos y se puede realizar en condiciones normales de temperatura ambiente, sin la necesidad de un ambiente de vacío o estado de protección de gas. . Después de décadas de desarrollo, la gente tiene la mayor comprensión y conciencia de la tecnología láser. Se ha expandido gradualmente desde el campo militar inicial al campo civil moderno, y la aparición de la tecnología de soldadura láser ha ampliado aún más el alcance de la aplicación de la tecnología láser. En el futuro, la tecnología de soldadura láser no solo se podrá utilizar en automóviles, acero, fabricación de instrumentos y otros campos, sino que también se podrá utilizar en el ejército, la medicina y otros campos, especialmente en el campo médico, con su propio alto calor, alto Con las características de integración e higiene, se puede aplicar mejor en diagnóstico y tratamiento clínico como la neuromedicina y la medicina reproductiva. Sus propias ventajas de precisión también se aplicarán en industrias de fabricación de instrumentos de mayor precisión, beneficiando así continuamente a la humanidad y el desarrollo de la sociedad. [1]