A soldagem é um processo de união de dois ou mais metais através da aplicação de calor. Normalmente, a soldagem envolve o aquecimento de um material até seu ponto de fusão, de modo que o metal base derreta e preencha as lacunas entre as juntas, formando uma conexão forte. A soldagem a laser é um método de união que utiliza o laser como fonte de calor.
Tomemos como exemplo uma bateria de energia com caixa quadrada: o núcleo da bateria é conectado por laser através de múltiplas partes. Durante todo o processo de soldagem a laser, a resistência da conexão do material, a eficiência da produção e a taxa de defeitos são três aspectos que mais preocupam a indústria. A resistência da conexão do material pode ser avaliada pela profundidade e largura da penetração metalográfica (estreitamente relacionadas à fonte de luz laser); a eficiência da produção está principalmente relacionada à capacidade de processamento da fonte de luz laser; a taxa de defeitos está principalmente relacionada à seleção da fonte de luz laser; portanto, este artigo discute as fontes de luz laser mais comuns disponíveis no mercado. Uma comparação simples de diversas fontes de luz laser é realizada, com o objetivo de auxiliar outros desenvolvedores de processos.
Porquesoldagem a laserÉ essencialmente um processo de conversão de luz em calor, e vários parâmetros-chave estão envolvidos, como: qualidade do feixe (BBP, M2, ângulo de divergência), densidade de energia, diâmetro do núcleo, forma de distribuição de energia, cabeçote de soldagem adaptativo, processamento. As janelas de processo e os materiais processáveis são usados principalmente para analisar e comparar fontes de luz laser sob essas perspectivas.
Comparação entre lasers monomodo e multimodo
Definição de modo único e multimodo:
O termo "monomodo" refere-se a um único padrão de distribuição de energia laser em um plano bidimensional, enquanto "multimodo" refere-se ao padrão de distribuição espacial de energia formado pela superposição de múltiplos padrões de distribuição. Geralmente, o fator de qualidade do feixe M² pode ser usado para determinar se a saída do laser de fibra é monomodo ou multimodo: M² menor que 1,3 indica um laser monomodo puro; M² entre 1,3 e 2,0 indica um laser quase monomodo (com poucos modos); e M² maior que 2,0 indica um laser multimodo.
Porquesoldagem a laserÉ essencialmente um processo de conversão de luz em calor, e vários parâmetros-chave estão envolvidos, como: qualidade do feixe (BBP, M2, ângulo de divergência), densidade de energia, diâmetro do núcleo, forma de distribuição de energia, cabeçote de soldagem adaptativo, processamento. As janelas de processo e os materiais processáveis são usados principalmente para analisar e comparar fontes de luz laser sob essas perspectivas.
Comparação entre lasers monomodo e multimodo
Definição de modo único e multimodo:
O termo "monomodo" refere-se a um único padrão de distribuição de energia laser em um plano bidimensional, enquanto "multimodo" refere-se ao padrão de distribuição espacial de energia formado pela superposição de múltiplos padrões de distribuição. Geralmente, o fator de qualidade do feixe M² pode ser usado para determinar se a saída do laser de fibra é monomodo ou multimodo: M² menor que 1,3 indica um laser monomodo puro; M² entre 1,3 e 2,0 indica um laser quase monomodo (com poucos modos); e M² maior que 2,0 indica um laser multimodo.
Como mostrado na figura: A figura b mostra a distribuição de energia de um único modo fundamental, e a distribuição de energia em qualquer direção que passe pelo centro do círculo tem a forma de uma curva gaussiana. A figura a mostra a distribuição de energia multimodo, que é a distribuição espacial de energia formada pela superposição de múltiplos modos de laser individuais. O resultado da superposição multimodo é uma curva de topo plano.
Lasers monomodo comuns: IPG YLR-2000-SM, onde SM é a abreviação de Monomodo. Os cálculos utilizam foco colimado de 150-250 para calcular o tamanho do ponto focal, a densidade de energia é de 2000 W e a densidade de energia do foco é usada para comparação.
Comparação entre modos únicos e multimodossoldagem a laserefeitos
Laser monomodo: pequeno diâmetro do núcleo, alta densidade de energia, forte capacidade de penetração, pequena zona afetada pelo calor, semelhante a uma faca afiada, especialmente adequado para soldagem de chapas finas e soldagem de alta velocidade, podendo ser usado com galvanômetros para processar peças minúsculas e peças altamente reflexivas (peças extremamente reflexivas, como orelhas, peças de conexão, etc.), conforme mostrado na figura acima. O laser monomodo possui um orifício menor e um volume limitado de vapor metálico interno de alta pressão, portanto, geralmente não apresenta defeitos como poros internos. Em baixas velocidades, a aparência é áspera sem a aplicação de ar de proteção. Em altas velocidades, a proteção é adicionada. A qualidade do processamento a gás é boa, a eficiência é alta, as soldas são lisas e planas e a taxa de rendimento é alta. É adequado para soldagem de empilhamento e soldagem por penetração.
Laser multimodo: Possui núcleo de grande diâmetro, densidade de energia ligeiramente inferior à do laser monomodo, lâmina romba, orifício maior, estrutura metálica mais espessa, menor relação profundidade/largura e, com a mesma potência, a profundidade de penetração é 30% menor que a do laser monomodo. Portanto, é adequado para processamento de solda de topo e processamento de chapas grossas com grandes folgas de montagem.
Contraste a laser de anel composto
Soldagem híbrida: O feixe de laser semicondutor com comprimento de onda de 915 nm e o feixe de laser de fibra com comprimento de onda de 1070 nm são combinados na mesma cabeça de soldagem. Os dois feixes de laser são distribuídos coaxialmente e os planos focais dos dois feixes podem ser ajustados de forma flexível, de modo que o produto final apresente características tanto do laser semicondutor quanto do laser de fibra.soldagem a lasercapacidades após a soldagem. O efeito é brilhante e apresenta a profundidade da fibra.soldagem a laser.
Os semicondutores geralmente utilizam um ponto de luz grande, superior a 400 µm, que é o principal responsável pelo pré-aquecimento do material, pelo derretimento da sua superfície e pelo aumento da taxa de absorção do laser de fibra (a taxa de absorção do laser pelo material aumenta com o aumento da temperatura).
Laser anular: Dois módulos de laser de fibra emitem luz laser, que é transmitida para a superfície do material através de uma fibra óptica composta (fibra óptica anular dentro de uma fibra óptica cilíndrica).
Dois feixes de laser com ponto anular: o anel externo é responsável por expandir a abertura do orifício e fundir o material, enquanto o laser do anel interno é responsável pela profundidade de penetração, permitindo soldagem com baixíssimo respingo. Os diâmetros dos núcleos dos lasers dos anéis interno e externo podem ser ajustados livremente, proporcionando uma janela de processo mais flexível do que a de um único feixe de laser.
Comparação dos efeitos da soldagem circular composta
Como a soldagem híbrida combina a soldagem por condutividade térmica de semicondutores com a soldagem de penetração profunda por fibra óptica, a penetração no anel externo é mais rasa, a estrutura metalográfica é mais nítida e esbelta; ao mesmo tempo, a aparência é de condutividade térmica, a poça de fusão apresenta pequenas flutuações, uma ampla faixa de variação e é mais estável, resultando em uma aparência mais uniforme.
Como o laser anular combina soldagem por penetração profunda e soldagem por penetração profunda, o anel externo também pode produzir profundidade de penetração, o que pode efetivamente expandir a abertura do orifício. A mesma potência resulta em maior profundidade de penetração e metalografia mais espessa, porém, ao mesmo tempo, a estabilidade da poça de fusão é ligeiramente menor do que na soldagem de semicondutores de fibra óptica. A flutuação é ligeiramente maior do que na soldagem de compósitos, e a rugosidade é relativamente maior.
Data da publicação: 20 de outubro de 2023
