Fundamentos técnicos de la soldadura híbrida láser
1. Descripción general
El láser (Láser) utiliza el principio de amplificación de luz inducida por radiación para producir un haz brillante, monocromático y altamente direccional que finalmente se enfoca mediante transmisión o un espejo. , se obtiene un haz de energía eléctrica de alta densidad. Puede utilizarse como fuente de calor para soldar, cortar y tratar superficies de materiales. La soldadura láser (LW) es un método de soldadura eficiente y preciso que utiliza un rayo láser de alta densidad de energía como fuente de calor. Según las diferentes propiedades de trabajo del generador láser, los láseres se dividen en sólidos, líquidos, gaseosos, semiconductores y otros láseres, según el efecto del láser sobre la pieza de trabajo y las diferentes energías de salida del láser, la soldadura láser se puede dividir en continua; soldadura láser y soldadura láser pulsada según el enfoque del láser. La soldadura láser de densidad de potencia en la que el punto de luz actúa sobre la pieza de trabajo se puede dividir en soldadura por transferencia de calor (soldadura por penetración) y soldadura por penetración profunda (soldadura por orificio de cerradura, soldadura por perforación, soldadura por orificio de cerradura) .
La máquina de soldadura láser consta principalmente de láser (parte central, actualmente principalmente láser sólido YAG y láser de gas CO2), sistema de transmisión y enfoque del haz, soplete, banco de trabajo, dispositivo de control y suministro de energía, fuente de gas y agua. Fuente, panel operativo, dispositivo CNC y otros componentes. Actualmente, los modelos comunes de máquinas de soldadura láser incluyen: HH200~500, XHY-LF200~3000, NJH-30, JKg, DH-WM01, GD-10-1, etc. Se utiliza principalmente en aviación, reuniones electrónicas, maquinaria, automóviles, medicina, alimentación, energía nuclear y otros campos.
La soldadura láser tiene importantes ventajas: tiene una densidad de potencia muy alta (10?W/cm?), se puede utilizar para soldadura de orificios pequeños y soldadura de alta velocidad; el láser puede emitir y transmitir, y puede pasar a través de fibras ópticas, prismas y otras ópticas. El método es la transmisión, desviación y enfoque de flexión, que es especialmente adecuado para micropiezas, piezas inaccesibles o soldadura a larga distancia. Un láser puede ser utilizado por múltiples estaciones de trabajo para realizar diferentes tareas ( soldadura, corte, aleación, tratamiento térmico, etc.); el láser puede atravesar objetos transparentes como el vidrio y es adecuado para soldar aleaciones de berilio y otros materiales altamente tóxicos en recipientes sellados hechos de vidrio. El láser no se ve afectado por campos electromagnéticos y; no tiene rayos X; el láser tiene poca pérdida en la atmósfera y no requiere protección al vacío. Además de soldar acero al carbono, acero de baja aleación, acero inoxidable, acero al silicio, aluminio, titanio y otros metales no ferrosos, bajo ciertas condiciones; , cobre-níquel, níquel-titanio, cobre-titanio, titanio-molibdeno, latón-cobre, bajo en carbono Los materiales metálicos diferentes, como acero-cobre, acero inoxidable-cobre, se pueden soldar con láser, y los metales también se pueden soldar a materiales no metales como cerámica, vidrio, materiales compuestos, etc. Para metales de alto punto de fusión, materiales no metálicos (cerámica, vidrio orgánico, etc.), el aporte de calor Los materiales sensibles se pueden soldar con láser sin tratamiento térmico después de la soldadura. La soldadura láser no se utiliza mucho principalmente porque es demasiado costosa; requiere un alto procesamiento, ensamblaje y posicionamiento de las piezas soldadas y su tasa de conversión de energía luminosa es baja (10-20%).
2. Introducción a la soldadura híbrida láser
Para ampliar el rango de aplicación de la soldadura láser, mejorar la calidad de la soldadura láser, aumentar el espesor de las soldaduras y evitar las limitaciones de las soldaduras simples. Soldadura láser, el nuevo proceso de soldadura: soldadura híbrida láser Cabe señalar aquí que las ventajas de la soldadura híbrida láser no son sólo la superposición de dos métodos de soldadura. En particular, la tasa de utilización de energía es mucho mayor que la simple suma de las dos fuentes de calor. Las ventajas de la soldadura híbrida con láser son: se mejora la tasa de utilización de energía, la tasa de absorción del láser del material base es muy baja cuando está en estado sólido y la tasa de absorción del láser aumenta al 50-100% después de la fusión; La profundidad aumenta mucho, bajo la acción del arco, el material base se funde para formar un charco fundido y el láser actúa en el fondo de la formación del arco. Además, el metal líquido tiene una alta tasa de absorción del rayo láser. por lo tanto, la profundidad de penetración de la soldadura híbrida con láser es mayor que la de la soldadura con láser puro. El arco es muy estable, como cuando se suelda solo con TIG o MIG, el arco de soldadura a veces es inestable, especialmente con corrientes pequeñas. aumentado a un cierto valor, provocará una deriva del arco. Cuando se utiliza la soldadura híbrida con láser, el plasma generado por el láser ayuda a estabilizar el arco. Mejora la adaptabilidad del espacio de la junta a tope durante la soldadura con láser, lo que reduce la precisión del ensamblaje de la soldadura con láser. y lograr una alta eficiencia.
1. Parámetros del proceso de soldadura láser. La soldadura láser por pulsos tiene cuatro parámetros principales: energía del pulso, ancho del pulso, densidad de potencia y desenfoque; los parámetros de la soldadura láser continua incluyen: potencia del láser y velocidad de soldadura. diámetro del punto, cantidad de desenfoque, tipo y caudal de gas protector, etc., los parámetros de la soldadura láser de doble haz incluyen: disposición de los haces, espaciado, ángulo de los dos haces, posición de enfoque, relación de energía de los dos haces, etc. Los tipos de soldadura híbrida láser incluyen: soldadura híbrida por arco láser, soldadura láser de alta frecuencia, soldadura por presión láser, soldadura fuerte por láser, etc. Entre ellos, la soldadura por arco láser es la más común, como la soldadura por arco láser-argón. (TIG), soldadura láser-gas, soldadura protegida (MIG), etc.
Según las posiciones relativas del láser y el arco, existen: tipo compuesto coaxial, tipo compuesto cruzado y tipo compuesto desplazado.
2. Se utiliza en soldadura de penetración profunda de placas grandes y gruesas. Debido a los estrictos requisitos de montaje de la soldadura láser simple y al alto costo de los láseres de alta potencia, la soldadura de placas gruesas está restringida. La soldadura híbrida por arco láser se puede utilizar para soldadura de penetración profunda de placas gruesas y mejora la adaptabilidad a la preparación de ranuras de soldadura, centrado de vigas y espacios de ensamblaje de juntas. Se utiliza mucho en la industria de la construcción naval. El acero de baja aleación y alta resistencia se puede soldar sin precalentar. La penetración de la soldadura híbrida por arco láser de una sola pasada puede alcanzar los 15 mm y la penetración de la soldadura de doble pasada puede alcanzar los 30 mm. la deformación es sólo la de la soldadura de doble alambre 1/10, la velocidad de soldadura de la junta en forma de T con un espesor de soldadura de 16 mm puede alcanzar los 3 m/min.
3. Cuando se utiliza en la soldadura láser de aleaciones de aluminio, la soldadura láser de aleaciones de aluminio tiene una alta reflectividad y es propensa a problemas como poros, grietas y cambios de composición. Al utilizar la soldadura híbrida por arco láser, debido a la acción del arco, el rayo láser puede irradiar directamente la superficie del líquido fundido, aumentando la tasa de absorción y mejorando la profundidad de penetración. Usando conexión inversa AC TIG o DC, la película de óxido se puede limpiar antes de la soldadura láser. Al mismo tiempo, el charco fundido formado por el arco se mueve frente al rayo láser, aumentando la humectabilidad entre el charco fundido y el metal sólido. evitando la subcotización.
4. Se utilizan en juntas traslapadas. Las soldaduras traslapadas se utilizan ampliamente en la estructura del marco y el piso de los automóviles. Actualmente, la soldadura traslapada de placas de acero galvanizado y la soldadura de placas de aluminio se utilizan en muchas soldaduras de carcasas de automóviles. El uso de soldadura híbrida por arco láser puede reducir la deformación de las piezas soldadas, eliminar defectos como cóncavos y socavados y aumentar considerablemente la velocidad de soldadura. Por ejemplo: utilizando un láser de CO2 de 10 kW y una fuente de calor compuesta de arco MIG para soldar la unión traslapada de placas de acero con bajo contenido de carbono, se puede lograr una soldadura traslapada con una separación de 0,5 a 1,5 mm y la profundidad de penetración puede alcanzar el 40% del piso. espesor. Otro ejemplo: juntas superpuestas de aleación de aluminio que utilizan soldadura de alta velocidad híbrida por arco láser-MIG YAG de 2,7 kW, la velocidad de soldadura puede alcanzar 8 m/min.
5. Aplicado a la soldadura de alta velocidad de placas delgadas El principal problema de la soldadura láser de alta velocidad de placas delgadas es la mala continuidad de la formación de la soldadura, y es probable que aparezcan defectos como protuberancias en la superficie. del cordón de soldadura. El láser YAG o CO2 asistido por arco de plasma se utiliza para la soldadura compuesta de placas delgadas (0,14 mm). La velocidad de soldadura se duplica en comparación con la soldadura con láser único. Incluso si la velocidad de soldadura alcanza los 100 m/min, el arco es una soldadura muy estable y amplia. Se pueden obtener cordones y una superficie de costura suave.
3. Tratamiento post-soldadura
En general, no existe ningún tratamiento después de la soldadura láser, pero para materiales con ruido de enfriamiento como martensita y acero inoxidable ferrítico, se requiere soldadura post. tratamiento térmico.