Soldagem a laserpode ser alcançado usando feixes de laser contínuos ou pulsados. Os princípios desoldagem a laserpode ser dividido em soldagem por condução de calor e soldagem de penetração profunda a laser. Quando a densidade de potência é inferior a 104 ~ 105 W/cm2, é soldagem por condução de calor. Neste momento, a profundidade de penetração é rasa e a velocidade de soldagem é lenta; quando a densidade de potência é superior a 105 ~ 107 W / cm2, a superfície do metal fica côncava em “buracos” devido ao calor, formando soldagem de penetração profunda, que possui as características de velocidade de soldagem rápida e grande proporção de aspecto. O princípio da condução térmicasoldagem a laseré: a radiação laser aquece a superfície a ser processada e o calor da superfície se difunde para o interior por meio de condução térmica. Ao controlar os parâmetros do laser, como largura do pulso do laser, energia, potência de pico e frequência de repetição, a peça de trabalho é derretida para formar uma poça fundida específica.
A soldagem de penetração profunda a laser geralmente usa um feixe de laser contínuo para completar a conexão dos materiais. Seu processo físico metalúrgico é muito semelhante ao da soldagem por feixe de elétrons, ou seja, o mecanismo de conversão de energia é completado através de uma estrutura em “buraco de fechadura”.
Sob irradiação a laser com densidade de potência suficientemente alta, o material evapora e pequenos buracos são formados. Este pequeno buraco cheio de vapor é como um corpo negro, absorvendo quase toda a energia do feixe incidente. A temperatura de equilíbrio no buraco atinge cerca de 2500°C. O calor é transferido da parede externa do furo de alta temperatura, fazendo com que o metal ao redor do furo derreta. O pequeno orifício é preenchido com vapor de alta temperatura gerado pela evaporação contínua do material da parede sob a irradiação do feixe. As paredes do pequeno furo são cercadas por metal fundido e o metal líquido é cercado por materiais sólidos (na maioria dos processos de soldagem convencionais e na soldagem por condução a laser, a energia é primeiro depositada na superfície da peça de trabalho e depois transportada para o interior por transferência ). O fluxo de líquido fora da parede do furo e a tensão superficial da camada da parede estão em fase com a pressão do vapor gerada continuamente na cavidade do furo e mantêm um equilíbrio dinâmico. O feixe de luz entra continuamente no pequeno orifício e o material fora do pequeno orifício flui continuamente. À medida que o feixe de luz se move, o pequeno orifício está sempre em um estado de fluxo estável.
Ou seja, o pequeno furo e o metal fundido ao redor da parede do furo avançam com a velocidade de avanço do feixe piloto. O metal fundido preenche a lacuna deixada após a remoção do pequeno orifício e condensa de acordo, e a solda é formada. Tudo isso acontece tão rapidamente que as velocidades de soldagem podem facilmente atingir vários metros por minuto.
Depois de compreender os conceitos básicos de densidade de potência, soldagem por condutividade térmica e soldagem de penetração profunda, realizaremos a seguir uma análise comparativa da densidade de potência e das fases metalográficas de diferentes diâmetros de núcleo.
Comparação de experimentos de soldagem com base em diâmetros de núcleo de laser comuns no mercado:
Densidade de potência da posição do ponto focal de lasers com diferentes diâmetros de núcleo
Do ponto de vista da densidade de potência, sob a mesma potência, quanto menor o diâmetro do núcleo, maior será o brilho do laser e mais concentrada será a energia. Se o laser for comparado a uma faca afiada, quanto menor o diâmetro do núcleo, mais nítido será o laser. A densidade de potência do laser com diâmetro de núcleo de 14um é mais de 50 vezes maior que a do laser com diâmetro de núcleo de 100um e a capacidade de processamento é mais forte. Ao mesmo tempo, a densidade de potência calculada aqui é apenas uma densidade média simples. A distribuição de energia real é uma distribuição gaussiana aproximada, e a energia central será várias vezes a densidade de potência média.
Diagrama esquemático da distribuição de energia do laser com diferentes diâmetros de núcleo
A cor do diagrama de distribuição de energia é a distribuição de energia. Quanto mais vermelha for a cor, maior será a energia. A energia vermelha é o local onde a energia está concentrada. Através da distribuição de energia do laser de feixes de laser com diferentes diâmetros de núcleo, pode-se observar que a frente do feixe de laser não é nítida e o feixe de laser é nítido. Quanto menor, mais concentrada a energia está em um ponto, mais nítida ela é e mais forte é sua capacidade de penetração.
Comparação dos efeitos de soldagem de lasers com diferentes diâmetros de núcleo
Comparação de lasers com diferentes diâmetros de núcleo:
(1) O experimento usa uma velocidade de 150 mm/s, soldagem de posição de foco e o material é alumínio de 1 série, 2 mm de espessura;
(2) Quanto maior o diâmetro do núcleo, maior a largura de fusão, maior a zona afetada pelo calor e menor a densidade de potência da unidade. Quando o diâmetro do núcleo excede 200um, não é fácil atingir uma profundidade de penetração em ligas de alta reação, como alumínio e cobre, e uma soldagem de penetração profunda mais alta só pode ser alcançada com alta potência;
(3) Os lasers de núcleo pequeno têm alta densidade de potência e podem perfurar rapidamente buracos de fechadura na superfície de materiais com alta energia e pequenas zonas afetadas pelo calor. No entanto, ao mesmo tempo, a superfície da solda é áspera e a probabilidade de colapso do buraco da fechadura é alta durante a soldagem em baixa velocidade, e o buraco da fechadura é fechado durante o ciclo de soldagem. O ciclo é longo e defeitos como defeitos e poros são propensos a ocorrer. É adequado para processamento em alta velocidade ou processamento com trajetória oscilante;
(4) Lasers de grande diâmetro de núcleo têm pontos de luz maiores e energia mais dispersa, tornando-os mais adequados para refusão de superfície a laser, revestimento, recozimento e outros processos.
Horário da postagem: 06/10/2023
