¿Qué es la soldadura láser? El desarrollo actual de...tecnología de soldadura láser¿Qué campos puedentecnología de soldadura láser ¿A qué se aplica? ¿Qué es la soldadura láser?
En pocas palabras, la soldadura láser consiste en calentar la superficie de la pieza de trabajo con radiación láser, el calor de la superficie se difunde hacia el interior a través de la conducción de calor y luego, controlando el ancho, la energía, la potencia máxima, la frecuencia de repetición y otros parámetros del pulso láser, la pieza de trabajo se funde para formar un baño específico, para así lograr la soldadura.
La soldadura láser puede minimizar la cantidad de calor entrante requerida, 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 la más baja.
Con la soldadura sin contacto, se minimiza el desgaste y la deformación del equipo. 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 reorientarse entre las herramientas u obstáculos que la rodean.
El haz láser puede enfocarse en un área muy pequeña y soldar piezas pequeñas y con poca separación. La gama de materiales soldables es amplia y también permite unir diversos materiales heterogéneos.
La soldadura a alta velocidad es fácil de realizar con automatización, y también se puede controlar digitalmente o por computadora. Al soldar alambre delgado o de diámetro fino, no se presentan problemas como la fusión inversa.
Tabla de contenido:
Estado de desarrollo de tecnología de soldadura láser
Soldadura láser eficiente de cobre y aleaciones de cobre
Soldadura láser oscilante de aleación de aluminio
La aplicación actual de tecnología de soldadura láser en varios campos
Aplicación de tecnología de soldadura láser en el campo de la fabricación de automóviles
La tendencia de desarrollo de tecnología de soldadura láser
Estado de desarrollo detecnología de soldadura láser：
Tecnología de soldadura láser Se ha desarrollado junto con la tecnología láser. En los últimos años, se han introducido continuamente nuevas fuentes de luz, como los láseres azules, verdes y de femtosegundos, así como nuevos procesos como la soldadura oscilante y la soldadura por puntos de anillo regulable ARM (modo de anillo ajustable), que han resuelto de forma innovadora algunos problemas de soldadura en la producción industrial. Esto ha permitido la rápida promoción y desarrollo de la soldadura láser en diversos campos de la producción industrial.
Metaltecnología de soldadura láser：
La alta densidad de energía del láser permite soldar algunos materiales metálicos difíciles de soldar, pero aún existen problemas con la soldadura de materiales altamente reflectantes como oro, plata, cobre, aluminio y otros metales diferentes. Las principales razones incluyen:
1. Con alta reflectancia y alta conductividad térmica, la soldadura láser requiere una mayor potencia de arranque;
2. En el proceso de soldadura láser de alta potencia, es más sensible a los cambios en el estado de la superficie del material, lo que conduce a una mala formación de las juntas/soldaduras de soldadura.
3. La velocidad de soldadura láser es rápida, lo que conduce a defectos de soldadura como poros dentro de la soldadura, especialmente aluminio y aleaciones de aluminio.
Soldadura láser eficiente de cobre y aleaciones de cobre:
El cobre posee una excelente conductividad eléctrica y térmica, y se utiliza ampliamente en la fabricación de productos electrónicos y vehículos eléctricos. Entre ellos, los productos más utilizados son motores eléctricos, baterías, sensores, arneses de cableado y terminales.
Anteriormente, la soldadura láser de materiales metálicos se basaba principalmente en láseres infrarrojos. Sin embargo, la conductividad térmica del cobre es demasiado alta, casi 5 veces mayor que la del hierro puro y 1,7 veces mayor que la del aluminio puro. La tasa de absorción del cobre a los láseres infrarrojos es baja. El uso de láseres infrarrojos para la soldadura lineal presenta una ventana de proceso inestable y la mayor fluctuación de la profundidad de fusión. Es propenso a salpicaduras de soldadura, salpicaduras de metal fundido, poros, grandes fluctuaciones en la profundidad de penetración y otros problemas.
Por lo tanto, después de la aparición de láseres de longitud de onda corta y alta potencia, la soldadura láser visible y la soldadura compuesta se han convertido en métodos de procesamiento ideales para materiales altamente reflectantes como el cobre y las aleaciones de cobre.
1.Soldadura láser verde:
El láser verde es un tipo de luz visible con una longitud de onda de 500 a 560 nm. La tasa de absorción del cobre a la luz verde con una longitud de onda de λ = 515 nm es de hasta un 40 %, aproximadamente ocho veces mayor que la tasa de absorción de la luz infrarroja de alrededor de 1 µm. Además, la eficiencia de acoplamiento energético es mayor y la sensibilidad al grado de oxidación de la superficie también es menor.
El uso del láser verde puede reducir significativamente la potencia umbral en la soldadura de fusión profunda de cobre. La cantidad de material fundido soplado y salpicaduras en la superficie de la soldadura es mínima y prácticamente no se ve afectada por la velocidad de soldadura. Si se aumenta el barrido y el desenfoque del haz, y se modula correctamente la potencia del láser, la calidad de la soldadura puede mejorar significativamente. Si bien se reduce considerablemente el número de defectos de soldadura, la superficie de la soldadura será más regular y uniforme.
2.Soldadura láser azul:
Cuanto menor sea la longitud de onda, mayor será la energía del fotón, lo que mejora la tasa de absorción del material por el láser. La longitud de onda del láser azul oscila entre 400 nm y 500 nm. El láser semiconductor basado en nitruro de galio puede producir directamente un láser con una longitud de onda de 450 nm sin necesidad de duplicar la frecuencia. Ofrece las ventajas de una estructura simple, facilidad de uso, eficiencia de conversión electroóptica y alta tasa de absorción.
En comparación con los láseres de fibra comúnmente utilizados en el procesamiento industrial, los láseres azules presentan un aumento del 10 al 60 % en la tasa de absorción de materiales metálicos a 450 nm, especialmente para cobre, oro y otros materiales metálicos altamente reflectantes. Este aumento en la tasa de absorción es más evidente. Se ha comprobado que el consumo de energía requerido para la soldadura de cobre es un 84 % menor que el de los láseres infrarrojos. Esto significa que, mientras que los láseres infrarrojos requieren 10 W de potencia para soldar cobre, el uso de láseres azules solo requiere aproximadamente 1 kW o 0,5 kW de potencia.
3.Soldadura compuesta de doble haz:
Se utiliza el proceso de soldadura compuesta de doble haz infrarrojo-visible. Mediante un láser visible de menor potencia, el láser infrarrojo permite realizar soldaduras de fusión profunda forzada de cobre cuando la potencia umbral de la soldadura de fusión profunda es menor, y las salpicaduras de soldadura se reducen considerablemente. El coste del equipo es bajo y la calidad de la soldadura es alta. Se considera que presenta ventajas excepcionales y buenas perspectivas de aplicación.
Soldadura láser oscilante de aleación de aluminio:
Al soldar aleaciones de aluminio con rayos láser convencionales de un solo foco, la formación de poros es un defecto común. Las principales causas de su formación son:
1. El baño de soldadura y el orificio de la cerradura vibran violentamente y se colapsan y estabilizan fácilmente, formando poros.
2. La solubilidad del hidrógeno en la aleación de aluminio disminuye drásticamente al disminuir la temperatura, lo que provoca la precipitación de hidrógeno sobresaturado durante la solidificación, formándose poros de hidrógeno. La presencia de poros puede causar concentración de tensiones en la soldadura, lo que a su vez provoca grietas en la soldadura durante la solidificación.
Soldadura láser oscilante: durante el proceso de soldadura, el haz de luz se mueve a lo largo de la dirección de la soldadura y oscila en diversas formas, como líneas circulares, en forma de 8 y en espiral al mismo tiempo.
Actualmente, la oscilación del haz se logra principalmente mediante un galvanómetro compatible con láseres de alta potencia. El área de acción del haz en la soldadura láser oscilante aumenta, lo que incrementa el área y el tamaño de la base del baño, mejora la estabilidad del baño y del haz, y tiene un efecto significativo en la reducción de defectos como la fusión deficiente y los bordes dentados. Al mismo tiempo, la agitación del baño por el haz oscilante acelera la convección, lo que aumenta la velocidad de escape de las burbujas de aire y reduce la porosidad.
La aplicación actual detecnología de soldadura láseren diversos campos:
El láser se utiliza para soldar no más tarde que para cortar, y se utiliza en varios campos, como moldes, personajes publicitarios, gafas, joyas, etc., en una escala muy limitada. En los últimos años, con la mejora continua de la potencia del láser, lo que es más importante, los láseres semiconductores y los láseres de fibra han desarrollado gradualmente escenarios de aplicación de soldadura láser, rompiendo el cuello de botella técnico de soldadura láser original y abriendo nuevos espacios de mercado.
Aplicación detecnología de soldadura láserEn el campo de la fabricación de automóviles:
En la producción de vehículos,tecnología de soldadura láser Se utiliza principalmente en la soldadura láser de placas de acero gruesas, la soldadura láser de ensamblajes de automóviles y subsistemas, la soldadura láser de piezas de vehículos y otros procesos.tecnología de soldadura láser La introducción de la soldadura láser por parte de fabricantes de automóviles en algunos países de Europa y Estados Unidos comenzó relativamente pronto, en la década de 1980. Marcas reconocidas como Audi, Mercedes-Benz y General Motors comenzaron a introducir la tecnología de soldadura láser en la fabricación de vehículos en ese momento, lo que impulsó su aplicación y desarrollo en profundidad.
La tendencia de desarrollo detecnología de soldadura láser：
Con el mayor desarrollo y los avances de la tecnología de soldadura, su singularidad se ha demostrado aún más en el proceso de investigación y desarrollo detecnología de soldadura láserLa tecnología de soldadura láser permite soldar materiales metálicos de forma rápida y eficiente. Al generarse el haz láser, gracias a sus altas características de enfoque, se logra una densidad de potencia extremadamente alta, lo que permite que libere una gran cantidad de energía térmica en un tiempo extremadamente corto, mejorando considerablemente la eficiencia de la soldadura y garantizando su calidad.
Debido a las ventajas de la soldadura instantánea detecnología de soldadura láserTiene una amplia gama de posibilidades de aplicación. En el proceso de aplicación práctica detecnología de soldadura láserCuando el rayo láser ilumina directamente la superficie del material metálico, no afecta la superficie del material metálico fuera del área de irradiación, por lo que no causa un daño mayor a la superficie del material metálico durante el proceso de soldadura, y una vez completado el proceso de soldadura, no hay necesidad de procesamiento de superficie relacionado, lo que hacetecnología de soldadura láser Es especialmente adecuado para procesar la superficie de diversas piezas de precisión, de modo que también se pueden realizar rápidamente operaciones de soldadura más difíciles.
Además, en las especificaciones técnicas de soldadura anteriores, generalmente se estipula que los requisitos de material para todos los materiales de soldadura deben ser los mismos y contecnología de soldadura láser, no hay necesidad de tener grandes restricciones en el material del material de soldadura, por lo que incluso si se trata de un material de soldadura con diferentes materiales,tecnología de soldadura láser Se puede utilizar para lograr una soldadura sencilla. Se puede afirmar que la aparición y la aplicación generalizada de la tecnología de soldadura láser no solo han superado eficazmente los problemas de la tecnología de soldadura tradicional, sino que también han reducido la dificultad de las operaciones de soldadura tradicionales.
Después de más de medio siglo de desarrollo detecnología de soldadura láser, su nivel técnico también se ha vuelto cada vez más perfecto y gradualmente se ha utilizado ampliamente en más y más campos industriales.
En los campos de aplicación de la industria aeroespacial, instrumentación electrónica, fabricación de maquinaria, metalurgia de hierro y acero, fabricación de automóviles, equipos médicos y otras industrias,tecnología de soldadura láser desempeña un papel cada vez más importante. Por ejemplo, en la producción de autopartes,tecnología de soldadura láser se puede utilizar para procesar y producir las partes cubiertas del vehículo, y países avanzados como Estados Unidos y Japón también lo han aplicado.tecnología de soldadura láser a la producción de piezas de aviación en un entorno de nitrógeno puro.