Em comparação com os métodos de soldagem tradicionais,soldagem a laserApresenta vantagens significativas – baixa entrada de calor, alta velocidade de soldagem, pequena zona afetada pelo calor,
Nos últimos anos, a soldagem a laser tem sido amplamente utilizada nas indústrias automotiva, naval, de energia nuclear e aeroespacial.
A indústria da aviação e outros setores de alta tecnologia utilizam cada vez mais componentes, e com a redução do custo de conjuntos completos de equipamentos, o fornecimento diário de hardware torna-se cada vez mais comum.
E outras aplicações relacionadas à vida começaram a crescer rapidamente. Mas, ao mesmo tempo, a soldagem a laser única também apresenta certas desvantagens.
Não consegue atender às necessidades cada vez mais diversas: em primeiro lugar, os requisitos de espaçamento entre as soldas na soldagem a laser única são muito rigorosos;
Geralmente é necessário que haja uma folga < 0,2 mm, caso contrário, é difícil obter uma boa conexão; Segundo,soldagem a laser únicaé altamente sensível a fissuras de soldagem
É muito fácil causar fissuras na solda, e a composição da solda não pode ser ajustada para controlar a geração de fissuras; Terceiro, único
A soldagem a laser exige lasers de altíssima potência para soldar chapas de grande espessura, e sua capacidade de penetração depende inteiramente da potência do laser.
E a qualidade da solda não pode ser totalmente garantida.
Para atender às necessidades de desenvolvimento de diversas indústrias, os métodos de soldagem a laser também foram aprimorados, e o desenvolvimento correspondente foi realizado, como neste artigo.
São descritos o método de soldagem a laser com preenchimento de arame e outros métodos de soldagem. A soldagem a laser com preenchimento de arame foi desenvolvida com base na soldagem a laser simples.
Comparado com a soldagem a laser simples, apresenta vantagens óbvias:
①Reduz significativamente os requisitos de montagem da peça, pois a adição de arame de solda ao processo de soldagem aumenta consideravelmente a quantidade de metal na poça de fusão, permitindo sua formação de pontes.
Conecte com uma folga de solda maior, ao mesmo tempo que torna a solda mais completa;
As propriedades microestruturais da área de solda podem ser controladas, pois a composição do arame de solda é diferente da composição do material base da junta soldada.
Após a fusão do arame na poça de fusão, a qualidade, a composição e a proporção dessa poça podem ser ajustadas para controlar o processo de solidificação e a formação da microestrutura.
(3) A entrada de energia da linha é pequena, a zona afetada pelo calor e a deformação térmica são pequenas, o que é muito favorável à soldagem da peça de trabalho com requisitos de deformação rigorosos;
④É possível obter soldagem a laser com menor potência em materiais mais espessos, pois o fio de solda é adicionado ao processo de soldagem, permitindo múltiplas soldagens.
O metal da poça de fusão aumentará significativamente de tamanho, permitindo que a junta soldada seja aberta e, consequentemente, reduzindo as dimensões da peça soldada.
A soldagem a laser permite a obtenção de espessura adequada, possibilitando a soldagem a laser multicanal de chapas grossas.
Qual a diferença entre soldagem a laser com fio e soldagem a laser com fio?
A forma de soldagem a laser com arame de enchimento é mostrada na Figura 1, que difere da brasagem a laser com arame de enchimento mostrada na Figura 2. Os elementos básicos de ambos os métodos de soldagem são:
Consistente, é composto por um feixe de laser, arame de solda, peças de soldagem e gás de proteção, de acordo com as necessidades reais, para decidir se adiciona ou não, envolvido.
Os principais equipamentos são: máquina de alimentação de arame, máquina de solda, cabeça de pistola de solda com enchimento de arame, cabeça de soldagem e laser de alta potência.
Figura 1: Soldagem por fusão a laser de arame
Figura 2: Brasagem a laser de fio
Embora não haja praticamente nenhuma diferença na forma externa dos dois métodos de soldagem, existe uma diferença significativa em essência. Na soldagem a laser com fio,
O laser geralmente utiliza um laser de fibra de alta potência, como mostrado na Figura 3. O laser não só precisa de um fio de solda, como também precisa fundir o metal base.
O efeito especial de perfuração da soldagem a laser de penetração profunda é formado no metal base, criando uma poça de fusão profunda, e a composição do arame de solda se mistura completamente com a composição do metal base.
Forma-se uma nova poça de fusão híbrida, cuja composição elementar, proporção e qualidade são superiores às do arame de solda e do material base.
Portanto, o arame de solda apropriado pode ser adicionado ao processo de soldagem de acordo com as deficiências de desempenho do próprio material base, de modo a melhorar a eficiência da soldagem.
Em termos de visibilidade, a resistência à fissuração, à fadiga, à corrosão, ao desgaste e outros aspectos da solda são propositadamente aprimorados. Além disso,
Além disso, a soldagem a laser com fio pode ser realizada em múltiplos canais, pois permite soldagem com penetração profunda e furos pequenos, o que possibilita alcançar...
A fusão completa das duas camadas inferiores do cordão de solda evita defeitos graves de não fusão, permitindo a soldagem de juntas de grande espessura.
Quandofio de laserNa brasagem, o laser geralmente utiliza um laser semicondutor de alta potência, como mostrado na Figura 4.
No fio de solda, apenas uma quantidade muito pequena de laser atuará sobre a solda, fundindo uma pequena quantidade de metal na superfície da solda, e a poça de fusão ficará quase completamente derretida.
O arame de solda é formado, portanto o desempenho da solda depende principalmente da composição elementar e da proporção entre o arame de solda e o arame fundido na solda.
O principal objetivo da brasagem a laser com fio é alcançar uma determinada resistência de união na junta soldada.
Além disso, a selagem e a brasagem a laser com fio não permitem soldagem em camadas múltiplas, pois as duas camadas superiores e inferiores da solda basicamente não podem ser sólidas.
Agora que a fusão foi completa e eficaz, as propriedades mecânicas da junta são muito deficientes.
Aplicação da soldagem a laser de arame
Com o desenvolvimento da tecnologia de soldagem a laser com arame e o aumento do limite de potência do laser, o leque de aplicações desoldagem a laser com fio de enchimento
Cada vez mais abrangente, principalmente nos seguintes aspectos:
Soldagem a laser com fio de liga de alumínio
Em geral, como a própria liga de alumínio possui alta refletividade ao laser e alta condutividade térmica, a liga de alumínio é soldada a laser.
Quando a potência do laser necessária for elevada, isso levará a perdas significativas por evaporação e combustão de elementos com baixo ponto de ebulição em ligas de alumínio (como Mg, Zn, etc.).
Ao mesmo tempo, a baixa tensão superficial do metal fundido afeta as características de solidificação da solda, e esses fatores contribuem para a viabilidade da soldagem a laser de ligas de alumínio.
Muitos problemas – propriedades mecânicas deficientes das juntas soldadas, má formação da solda, porosidade e fissuras graves. Em vez disso, utiliza-se um laser para preencher o arame.
A soldagem de liga de alumínio melhorará significativamente esses problemas:
①A soldagem a laser com fio pode melhorar a depressão da superfície da solda, melhorando efetivamente a qualidade da solda.Tipo, e o respingo do processo de soldagem é pequeno;
②A adição de arame de solda pode afetar não apenas a orientação cristalina dos cristais cilíndricos na solda, mas também diluir a solda.A interface cristalina gerada pelo crescimento relativo do cristal colunar do núcleo melhora a formação da solda e também a taxa de absorção do laser pelo material.
Com o aumento da largura de fusão, a microdureza diminui ligeiramente, e a resistência à tração e o alongamento da junta tornam-se significativos sob os parâmetros de processo otimizados.
Melhorar; (3) A soldagem com parâmetros de processo adequados pode obter ausência de defeitos internos óbvios, microdureza de HV60 ou superior e ZTA (Zona Termicamente Afetada) na junta.
Não se observa amolecimento evidente da junta soldada na zona afetada, e a fratura ocorre na área do material base durante o ensaio de tração.
Soldagem a laser com fio de metais diferentes
Em alguns ambientes de trabalho exigentes ou por questões de custo, muitas vezes é necessário ter vários aspectos de uma peça simultaneamente.
Propriedades especiais, como resistência à corrosão, alta resistência específica, resistência ao calor, resistência ao desgaste, alta condutividade, boa dissipação de calor, etc., mas a grande maioria
Os materiais metálicos não podem apresentar simultaneamente diversas propriedades especiais mais proeminentes, e os materiais metálicos com propriedades especiais são frequentemente...
Escassos e caros, não podem ser usados em grandes quantidades, portanto, se você puder criar uma variedade de materiais com propriedades especiais para obter uma conexão eficaz, então
Pode atender aos requisitos de uso. A diferença nas propriedades físicas e químicas de materiais metálicos diferentes é geralmente grande, o que é inevitável no processo de soldagem.
A formação de compostos intermetálicos, que têm grande impacto no desempenho das juntas soldadas, torna a soldagem muito fácil de produzir. Compostos intermetálicos frágeis facilitam a sua produção.
É muito difícil usar um único laser diretamente para soldar juntas de metais diferentes, e a estabilidade do processo é difícil de controlar.
Dificuldade de reprodução. Um grande número de estudiosos e especialistas descobriu que a soldagem a laser com fio é relativamente boa para soldar metais diferentes, sendo a escolha apropriada.
O arame de enchimento pode inibir a formação de compostos intermetálicos até certo ponto e melhorar significativamente as propriedades mecânicas das juntas soldadas.
Desempenho:
①A junta sobreposta Mg/Cu soldada por soldagem a laser com preenchimento de arame pode ser formada com sucesso sob parâmetros de processo adequados.A resistência máxima ao cisalhamento de juntas de metais diferentes com determinada resistência pode atingir 164,2 MPa, o que corresponde a 64% da resistência do metal base da liga de magnésio.
② O estudo analisou a soldagem de juntas sobrepostas e de topo de Al/Ti, e os resultados mostraram que o processo de soldagem é estável e bem formado quando se utiliza um ponto de luz retangular.Beleza, ampla gama de parâmetros de processo, alta qualidade de solda, sua resistência máxima à tração atinge 94% da liga de alumínio do metal base;Melhorar a formação da solda.Para peças com função de rolamento, se a solda colapsar, sua espessura efetiva será reduzida e as propriedades mecânicas serão diminuídas se a solda penetrar.
Isso levará à concentração de tensão na borda da solda e as propriedades mecânicas serão reduzidas. Para peças com requisitos estéticos, se a solda colapsar
A quebra ou o entalhe na borda podem ter um sério impacto visual e são inaceitáveis. Para garantir uma solda completa, utiliza-se a soldagem a laser com arame.
É um método muito bom, pois o arame de solda é fundido na poça de fusão, aumentando efetivamente o volume desta e garantindo uma solda completa.
Defeito na borda da mordida.
Para a peça com uma grande folga na junta (geralmente≥0,3 mm), a soldagem a laser única é difícil de alcançar uma conexão eficaz e só pode ser feita com preenchimento.
Material adicional pode preencher a lacuna da solda, tornando a soldagem a laser com fio uma solução muito eficaz.
Soldagem de filete com folga estreita
A soldagem a laser com preenchimento de arame em fenda estreita permite a soldagem eficaz de chapas de espessura média e alta utilizando lasers de baixa e média potência, não apenas adicionando solda.
O fio altera a composição e a estrutura do metal de solda, melhorando o desempenho geral da junta soldada, além de aprimorar a inclinação da soldagem a laser.
A adaptabilidade e a tolerância a falhas da folga da boca, bem como a zona afetada pelo calor da solda, são reduzidas, e a tensão na junta soldada também é pequena, o que proporciona um ótimo desempenho.
Portanto, nos últimos anos, muitos especialistas e acadêmicos têm realizado pesquisas relevantes sobre o assunto:
①Utilizando preenchimento de fio a laser de fenda estreita em múltiplos canaisO método de soldagem utilizado foi o de uma chapa de aço naval Q345D de 40 mm de espessura. Os resultados mostram que, com parâmetros de processo de soldagem adequados, é possível obter um bom formato.
A junta soldada não apresenta porosidade, nem defeitos como a não fusão, a resistência ao impacto no centro da solda é boa e a resistência à tração da solda é superior à do material base;
②A chapa de aço do rotor, com 50 mm de espessura, foi soldada por meio de soldagem multipasse com preenchimento de arame a laser em fenda estreita, e os resultados mostraram que os parâmetros do processo de soldagem eram adequados.
A junta apresenta boa conformação, sem defeitos como não fusão das paredes laterais, e sua resistência ao impacto é reduzida, porém sua resistência à tração é superior à da peça original.
Madeira;③Estudou-se a soldagem a laser com preenchimento de arame em fenda estreita de liga de alumínio 5083 com 20 mm de espessura, e os resultados mostram que os parâmetros adequados do processo de soldagem são essenciais.
É possível obter uma junta soldada com menos poros e sem defeitos como a não fusão.
Casos de aplicação e recomendações de equipamentos e parâmetros de processo
1. Casos de aplicação
Melhorar a formação da solda
Requisitos: Soldagem de aço inoxidável de 1 mm e 3 mm; a junta de solda deve ser isenta de porosidade e a moldagem deve ser de boa qualidade.
Equipamento: RFL-C4000 (diâmetro do núcleo da fibra 200μm), alimentador de arame, cabeçote de soldagem.
Tabela 5 Recomendações de formato e tamanho do sulco
Resultados: A moldagem foi boa e a solda não apresentou porosidade, conforme mostrado na Figura 5.
Figura 5. Formação da solda e morfologia da seção transversal.
Soldagem multipasse com preenchimento de arame a laser em fenda estreita
Requisitos: Chapa de aço naval Q345 com 18 mm de espessura, soldada, exigindo menos furos de solda, sem não fusão e com resistência à tração na junta.
A resistência é superior à do material base e a formação da solda é melhor.
Equipamento: RFL-C6000 (diâmetro do núcleo da fibra 400μm), alimentador de arame, cabeçote de soldagem.
Parâmetros do processo: o passe de soldagem deve ser chanfrado; o tamanho do chanfro é mostrado na Figura 6, e outros parâmetros do processo de soldagem são mostrados na Tabela 2.
Figura 6. Dimensões do sulco.
Resultados: A moldagem foi boa, não houve falha de fusão e a solda praticamente não apresentou porosidade, conforme mostrado na Figura 7, e o ensaio de tração foi realizado.
Ficou comprovado que a solda se rompe no material base, indicando que a resistência à tração da junta é superior à do material base.
FIG. 7 Diagrama metalográfico da seção transversal da solda
2. Sugestão de equipamentos e parâmetros de processo
Melhorar a formação e a qualidade da solda.
Para a soldagem a laser de juntas de topo em materiais comuns, a fim de melhorar a formação da solda, geralmente recomenda-se que o diâmetro do núcleo do laser e da fibra seja...
A cabeça de soldagem deve ser configurada para garantir que o diâmetro do ponto focal esteja entre 0,4 mm e 0,6 mm, e o arame de solda deve ser selecionado com a especificação apropriada.
Outros parâmetros de soldagem são mostrados na Tabela 2 e na Tabela 3.
Soldagem multipasse com preenchimento de arame a laser em fenda estreita
Para soldagem a laser com preenchimento de arame em fenda estreita e múltiplas passagens em chapas de espessura média, geralmente recomenda-se que o diâmetro do ponto focal seja de 0,6 mm a 1,0 mm.
Além disso, o arame de solda deve ser escolhido com a especificação adequada e o chanfro de junção deve ter um tamanho razoável, não podendo ser muito grande.
Caso contrário, é fácil causar a não fusão dentro da solda, e o tamanho de chanfro geralmente recomendado é mostrado na Tabela 5; o número de cordões deve ser baseado no tamanho máximo da junta.
Para determinar a espessura, recomenda-se que a primeira solda de fundo utilize a capacidade máxima de soldagem do equipamento, após cada profundidade de solda.
Geralmente de 3 mm a 5 mm; Quanto aos parâmetros do processo de soldagem usados para cada cordão, é necessário levar em consideração a profundidade de soldagem requerida e quando
A largura da passada de solda frontal é determinada. Quando a largura da passada de solda for maior, o grau de desfocagem deve ser aumentado moderadamente para evitar que a parede lateral não se funda.
Data da publicação: 03/04/2025
