Como ferramenta de processamento avançada, o laser desempenha um papel cada vez mais importante no campo da soldagem industrial. Embora a tecnologia tradicional de soldagem a laser possa controlar esses defeitos até certo ponto, seu efeito é frequentemente limitado por parâmetros e processos de soldagem fixos. Nos últimos anos, o surgimento da tecnologia de soldagem a laser oscilante oferece uma nova solução para o controle de defeitos de soldagem. Ao introduzir a oscilação do feixe de laser durante o processo de soldagem, a tecnologia pode melhorar significativamente as características dinâmicas da poça de fusão, otimizando assim a qualidade da soldagem. A tecnologia de soldagem a laser oscilante baseia-se principalmente no controle preciso do feixe de laser e na tecnologia de oscilação para alcançar uma soldagem eficiente e de alta qualidade.
Melhorar a aparência:
Durante oprocesso de soldagemO feixe de laser é oscilado de forma rápida e precisa para cobrir toda a área de soldagem. Quando o feixe se move na direção da solda, ele oscila em várias formas, como círculo, figura 8 e hélice. Chen et al. utilizaram laser oscilante para soldar ligas de alumínio dissimilares e, em comparação com a soldagem a laser sem oscilação, a morfologia da solda frontal e traseira foi significativamente melhorada. Além disso, a soldagem a laser oscilante transversal é utilizada para aumentar a adaptabilidade da folga do chanfro. Em algumas peças com conexões condutoras, é necessário expandir a área de sobrecorrente, bem como a superfície de conexão metálica, e também é necessário oscilar o laser para que a superfície de conexão metálica assuma um formato de "U".
1. (a) e (b) Estatísticas da morfologia da seção transversal da solda e do tamanho da solda sob diferentes modos de oscilação; (c) Formação da superfície superior da solda sob diferentes modos de oscilação.
Melhorar a fusão deficiente da parede lateral:
O defeito de não fusão da parede lateral ocorre com frequência na soldagem a laser tradicional de chapas de espessura média com fenda estreita. Isso se deve à distribuição desigual da energia do laser na fenda, com grande aporte térmico no centro e pequeno nas paredes laterais, o que impede uma boa fusão. A principal medida para solucionar esse defeito é aumentar o aporte térmico nas paredes laterais. No processo de soldagem a laser, uma distribuição de energia mais adequada do feixe de laser na superfície da peça pode ser obtida por meio da oscilação do feixe. Quando a largura da fenda varia, a amplitude da oscilação do feixe é ajustada para corresponder à largura da fenda, garantindo um aporte térmico eficaz nas paredes laterais.
2. Imagem macroscópica da solda da primeira camada (L1) à sétima camada (L7) para soldagem a laser com ou sem oscilação.
Reduzir defeitos de porosidade:
O mecanismo de inibição da oscilação do laser nos poros de soldagem pode ser atribuído à melhoria da estabilidade dos pequenos orifícios e ao aumento da fluidez do metal líquido. A Figura 3 mostra o comportamento do fluxo da poça de fusão, evidenciado pelas partículas traçadoras, durante o processo de soldagem. A oscilação do feixe de luz faz com que o pequeno orifício forme um movimento de agitação rotacional de alta frequência e alta velocidade, o que promove o transbordamento de bolhas e tem um efeito de "aprisionamento" nos poros solidificados. Ao mesmo tempo, a oscilação do feixe de luz aumenta a área do pequeno orifício e reduz a probabilidade de seu colapso por instabilidade, formando bolhas.
3. (a) e (b) trajetórias de partículas traçadoras durante a soldagem; Área de abertura do orifício: (c) sem laser oscilante (d) laser oscilante.
Reduzir defeitos de fissuras:
A fissura térmica é um tipo de defeito que se forma no processo de soldagem devido à interação entre tensões internas e fatores metalúrgicos, sendo frequentemente encontrada na zona termicamente afetada (ZTA) da solda. A formação dessas fissuras está relacionada à vulnerabilidade do material a altas temperaturas, às tensões de soldagem e à composição química do material. A tecnologia tradicional de soldagem a laser pode produzir fissuras térmicas durante o processo de soldagem, principalmente pelos seguintes motivos: primeiro, devido à alta energia de entrada da soldagem a laser, ocorre aquecimento e resfriamento rápidos da área soldada, resultando em um grande gradiente térmico e tensões térmicas; segundo, a reação metalúrgica no processo de soldagem pode levar à segregação de elementos de impureza com baixo ponto de fusão, formando uma fase frágil e aumentando a suscetibilidade à fissuração; finalmente, a rápida solidificação do material pode levar à heterogeneidade da microestrutura, com o crescimento dos cristais colunares ocorrendo da poça de fusão para o centro, como mostrado na Figura 4. Nesse caso, a suscetibilidade à fissuração aumenta significativamente.
4. Modo de solidificação da soldagem a laser (a) soldagem a laser convencional (b) soldagem a laser oscilante.
A tecnologia de soldagem a laser oscilante pode reduzir ou eliminar eficazmente a ocorrência de trincas a quente através da introdução do feixe de laser oscilante. Durante o processo de soldagem a laser oscilante, a oscilação periódica do feixe de laser promove o fluxo de metal na poça de fusão, melhorando assim a uniformidade da microestrutura, e o crescimento coaxial dos grãos no centro da poça de fusão, como mostrado na Figura 5. Esses grãos coaxiais atuam como uma barreira protetora para impedir a propagação de trincas e como uma camada de isolamento térmico para evitar a propagação adicional de trincas. Ao mesmo tempo, o laser oscilante ajuda a reduzir a formação de fases frágeis devido à segregação de componentes, diminuindo o risco de trincas térmicas.
5. (A) Características da microestrutura de solidificação de soldas a laser convencionais (B) Características da microestrutura de solidificação de soldas a laser com oscilação (CCW).
Em comparação com a soldagem a laser por autofusão, a tecnologia de soldagem a laser oscilante tem sido reconhecida como uma maneira eficaz de reduzir a tendência à porosidade e melhorar defeitos como a não fusão das paredes laterais. Devido ao efeito de agitação do feixe na poça de fusão, apresenta vantagens significativas na melhoria do ajuste da folga, na uniformidade da microestrutura e no refinamento do grão. A aplicação da tecnologia de soldagem a laser oscilante pode ampliar o uso da soldagem a laser, permitindo a soldagem de precisão eficiente a laser para peças maiores e soldas mais extensas, ou seja, flexibilizando os requisitos básicos de precisão do processo e da montagem do produto.
Data da publicação: 21/02/2025
