Conhecimento comum sobre soldagem a laser

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Sobre a soldagem a laser é um método de soldagem eficiente e preciso que usa um feixe de laser de alta densidade de energia como fonte de calor para a soldagem. Com o rápido desenvolvimento da ciência e tecnologia e o desenvolvimento contínuo de novos materiais, os requisitos de desempenho das estruturas soldadas estão cada vez maiores. A soldagem a laser atraiu a atenção por suas vantagens de alta densidade de energia, penetração profunda, alta precisão e forte adaptabilidade. A soldagem a laser desempenha um papel muito importante na soldagem de alguns materiais e estruturas especiais. Este método de soldagem tem sido aplicado em campos de alta tecnologia, como aeroespacial, eletrônica, fabricação de automóveis, energia nuclear, etc., e tem recebido atenção crescente de países industrializados.

O laser é um tipo de diretividade forte e monocromática e feixe de luz brilhante produzido usando radiação estimulada para realizar o princípio da amplificação de luz. Depois de focar por uma lente ou espelho, um feixe de energia com diâmetro inferior a 0,01 mm e densidade de potência de até 10¹²W / m² pode ser obtido, o qual pode ser usado como uma fonte de calor para soldagem, corte e revestimento de superfície de materiais.

Princípio e classificação da soldagem a laser

Princípio da soldagem a laser

A soldagem a laser é um método de soldagem que usa energia laser (luz visível ou ultravioleta) como fonte de calor para derreter e conectar as peças de trabalho. A soldagem a laser pode ser realizada não apenas porque o próprio laser tem uma energia extremamente alta, mas mais importante porque a energia do laser é altamente focada em um ponto, o que torna sua densidade de energia muito grande.

Durante a soldagem a laser, o laser irradia a superfície do material a ser soldado e age sobre ela. Parte dele é refletida e parte é absorvida e entra no material. Para materiais opacos, a luz transmitida é absorvida e o coeficiente de absorção linear do metal é 10⁷~10⁸m^-1. Para metais, o laser é absorvido na espessura de 0,01-0. 1 чm na superfície do metal e convertido em energia térmica, o que faz com que a temperatura da superfície do metal aumente bruscamente e, em seguida, é transmitida para o interior do metal.

O princípio de funcionamento do CO₂ laser é mostrado na Figura 3.1. O sistema óptico composto por espelho e lente focaliza e transmite o laser para a peça a ser soldada. A maior parte da soldagem a laser é feita sob controle de computador. A peça a ser soldada pode ser movida por uma plataforma unidimensional ou tridimensional controlada por computador (como uma máquina-ferramenta CNC); a peça de trabalho também pode ser fixada e o processo de soldagem pode ser concluído alterando a posição do feixe de laser.

O princípio da soldagem a laser é que os fótons bombardeiam a superfície do metal para formar um vapor, e o metal evaporado pode impedir que a energia restante seja refletida pelo metal. Se o metal soldado tiver boa condutividade térmica, obterá uma maior profundidade de penetração. A reflexão, transmissão e absorção da luz do laser na superfície do material são essencialmente o resultado da interação entre o campo eletromagnético das ondas de luz e o material. Quando a onda de luz do laser entra no material, as partículas carregadas no material vibram de acordo com a etapa do vetor elétrico da onda de luz. A energia radiante do fóton torna-se a energia cinética do elétron. Depois que uma substância absorve a luz do laser, ela primeiro produz o excesso de energia de certas partículas, como a energia cinética dos elétrons livres, a energia de excitação dos elétrons ligados ou o excesso de fônons. Essas energias de excitação originais são convertidas em energia térmica após um determinado processo.

Além de ser uma onda eletromagnética como outras fontes de luz, os lasers também têm características que outras fontes de luz não possuem, como alta diretividade, alto brilho (intensidade do fóton), alta monocromática e alta coerência. Durante a soldagem a laser, a conversão da energia da luz absorvida pelo material em energia térmica é concluída em um tempo muito curto (cerca de 10^-9s). Durante esse tempo, a energia térmica é limitada apenas à área irradiada a laser do material e, então, por meio da condução de calor, o calor é transferido da área de alta temperatura para a área de baixa temperatura.

A absorção da luz do laser pelo metal está principalmente relacionada a fatores como comprimento de onda do laser, propriedades do material, temperatura, condição da superfície e densidade de potência do laser. De modo geral, a taxa de absorção do metal ao laser aumenta com o aumento da temperatura e aumenta com o aumento da resistividade.

Lasers usados para soldagem a laser incluem CO₂ lasers, Lasers YAG, lasers semicondutores e lasers de fibra. Os seguintes lasers são usados principalmente no campo de soldagem: laser de estado sólido YAG (ítrio-alumínio-granada com Nd³⁺, YAG para abreviar); CO₂ laser de gás; laser de fibra.

Durante o processo de soldagem a laser, a peça de trabalho e o feixe se movem em relação um ao outro. Devido à forte força motriz gerada pela evaporação violenta, o metal fundido na frente do pequeno orifício é acelerado em um certo ângulo, e a superfície próxima atrás do pequeno orifício é formada como mostrado na Figura 3.2. Fluxo de fusão (vórtice principal). Depois disso, a temperatura do metal líquido atrás do pequeno orifício cai rapidamente devido ao efeito da transferência de calor, e o metal líquido solidifica rapidamente para formar uma solda contínua.

Classificação de soldagem a laser

De acordo com a forma como o laser atua na peça de trabalho e a energia de saída do laser, ele pode ser dividido em soldagem a laser contínua e soldagem a laser pulsada. A soldagem a laser contínua forma uma solda contínua durante o processo de soldagem. A entrada de energia para a peça de trabalho por soldagem a laser pulsada é intermitente e pulsada, e cada pulso de laser forma um ponto de soldagem circular durante o processo de soldagem.

Existem dois modos básicos de soldagem a laser. De acordo com a densidade de potência diferente do ponto na peça de trabalho após o foco a laser, a soldagem a laser é geralmente dividida em soldagem por condução térmica (densidade de potência menor que 10⁵W / cm²) e soldagem de penetração profunda (também chamada de soldagem de pequeno orifício, potência. A densidade é maior que 10⁶W / cm²).

Soldagem térmica a laser (soldagem por transferência de calor)

Sob densidade de potência de laser mais baixa e tempo de irradiação de laser mais longo, o material derrete gradualmente a partir da camada superficial. Com a entrada de energia e condução de calor, a interface líquido-sólido migra para o interior do material e, por fim, é realizado o processo de soldagem, semelhante ao eletrodo de tungstênio. Na soldagem a arco de argônio (TIG), a superfície do material absorve a energia do laser, transfere-a para o interior por condução de calor e a funde, formando uma junta de solda ou solda após a solidificação.

A Figura 3.3 mostra um diagrama esquemático do processo de fusão da soldagem por condução térmica a laser. Quando a densidade de potência do ponto de laser é inferior a 10⁵W / cm², o laser aquece a superfície do metal entre o ponto de fusão e o ponto de ebulição. Ao soldar, a superfície do material metálico converte a energia luminosa absorvida em energia térmica, de modo que a temperatura da superfície metálica aumenta e derrete, e então a energia térmica é transferida para o interior do metal por meio de condução térmica para que o derretimento a zona se expande gradualmente e a junta de solda ou solda é formada após a solidificação. Portanto, a soldagem por condutividade térmica também é chamada de soldagem por transferência de calor.

No processo de soldagem por condução térmica a laser, a mudança de temperatura causada pelo aquecimento a laser altera a tensão superficial da poça de fusão, o que produz uma maior força de agitação na poça de fusão, de modo que o metal líquido na poça de fusão flui em uma determinada direção . Como não há pressão de vapor, efeito não linear e efeito pinhole durante a soldagem por condução térmica a laser, a profundidade de penetração é geralmente rasa. A comparação entre soldagem por condução térmica a laser e penetração profunda Soldagem é mostrado na Figura 3.4.

Durante a soldagem por condução térmica a laser, a temperatura da superfície da peça de trabalho não excede o ponto de ebulição do material. A energia da luz absorvida pela peça de trabalho é convertida em energia térmica e a peça é derretida por condução de calor. A forma da piscina fundida é aproximadamente hemisférica. A característica da soldagem por condução térmica é que a densidade de potência do ponto de laser é pequena, uma grande parte do laser é refletida pela superfície do metal, a taxa de absorção do laser é baixa, a profundidade de soldagem é rasa, a junta de solda é pequeno, e a zona afetada pelo calor é pequena, então a deformação da soldagem é pequena e a precisão é alta. A qualidade da soldagem também é muito boa, mas a velocidade de soldagem é lenta. A soldagem por condução térmica é usada principalmente para a soldagem de precisão de placas finas (espessura δ <1 mm) e pequenas peças de trabalho, como instrumentação, carcaças de bateria, componentes eletrônicos, etc.

Se a soldagem a laser é realizada por soldagem por condução térmica depende dos parâmetros do processo de soldagem a laser. Em essência, quando a densidade de potência do ponto de laser é inferior a 10⁵W / cm², a superfície do material é aquecida entre o ponto de fusão e o ponto de ebulição para garantir que o material seja totalmente fundido sem vaporização, e a qualidade da soldagem é fácil de garantir.

Soldagem de penetração profunda a laser (soldagem de pequeno orifício)

A soldagem de pequenos orifícios é semelhante à soldagem por feixe de elétrons. O feixe de laser de alta densidade faz com que o material derreta localmente e forme pequenos orifícios. O feixe de laser penetra nos pequenos orifícios na poça fundida e se forma com o movimento do feixe de laser. Solda contínua. Quando a densidade de potência do ponto é alta, os pequenos orifícios produzidos penetram em toda a espessura da placa para formar soldas de penetração profunda (ou juntas de solda). Na soldagem a laser contínua, o pequeno orifício avança ao longo da direção da soldagem com o feixe em relação à peça de trabalho. O metal derrete na frente do pequeno orifício e, depois que o metal depositado flui ao redor do pequeno orifício para trás, ele se solidifica novamente para formar uma solda.

O feixe de laser da soldagem de penetração profunda pode penetrar profundamente na soldagem, formando assim uma solda com profundidade e largura relativamente grandes. Se a densidade de potência do laser for grande o suficiente e o material for relativamente fino, o pequeno orifício formado pela soldagem a laser penetra em toda a espessura da placa e a superfície posterior pode receber parte do laser. Este método também pode ser chamado de soldagem com efeito de furo de alfinete a laser de placa fina.

A Figura 3.5 mostra o fenômeno de aquecimento de feixes de laser com diferentes densidades de potência. O pequeno orifício é cercado por metal fundido da piscina. A gravidade e a tensão superficial do metal fundido tendem a fazer uma ponte sobre o pequeno orifício, enquanto o vapor de metal contínuo tenta manter o pequeno orifício. Com o movimento do feixe de laser, o pequeno orifício se moverá com a luz, mas sua forma e tamanho são estáveis.

Uma frente de ablação oblíqua é formada na frente do pequeno orifício. Nesta área, há um gradiente de pressão e um gradiente de temperatura ao redor do pequeno orifício. Sob a ação do gradiente de pressão, o material sinterizado flui ao longo da periferia do pequeno orifício da frente para trás. O gradiente de temperatura significa que a pequena tensão superficial é estabelecida em torno do pequeno orifício, o que impulsiona ainda mais o material fundido a fluir em torno do pequeno orifício da frente para trás e, finalmente, solidifica atrás do pequeno orifício para formar uma solda.

No que diz respeito à absorção da luz do laser por materiais metálicos, o aparecimento de pequenos orifícios é uma linha divisória. Antes do aparecimento de pequenos orifícios, seja a superfície do material em fase sólida ou em fase líquida, a taxa de absorção da luz laser só muda lentamente com o aumento da temperatura superficial. Uma vez que o material vaporiza e forma plasma e pequenos orifícios, a taxa de absorção do material do laser sofrerá uma mudança repentina, e sua taxa de absorção quase não está mais relacionada ao comprimento de onda do laser, características do metal e estado da superfície do material, mas depende principalmente de o plasma e fatores de laser, como interação e efeito de pequenos orifícios.

A taxa de absorção do laser sofrerá uma mudança repentina e sua taxa de absorção quase não é mais consistente com o comprimento de onda do laser, as propriedades do metal e o formato da superfície do material. O estado está relacionado e depende principalmente de fatores como a interação entre o plasma e o laser e o efeito pinhole.

A Figura 3.6 mostra a medição real da refletividade da superfície da peça de trabalho ao laser durante o processo de soldagem a laser em função da densidade de potência do laser. Quando a densidade de potência do laser é maior do que o limite de vaporização (10⁶W / cm²), a refletividade R cai repentinamente para um valor muito baixo devido à geração de pequenos orifícios e a taxa de absorção do material do laser aumenta drasticamente.

O efeito do pequeno buraco

A soldagem de penetração profunda a laser também é chamada de soldagem por buraco de fechadura a laser e sua característica essencial é a soldagem a laser com efeito de buraco de fechadura. O feixe de laser pode irradiar para a camada profunda do material através do pequeno orifício, completar a transferência e conversão de energia no pequeno orifício, realizar a soldagem de penetração profunda e obter a solda profunda e estreita com uma grande proporção de aspecto.

Quando a densidade de potência do ponto de laser é grande o suficiente (> 10⁶W / cm²), a superfície do metal é rapidamente aquecida sob a irradiação do feixe de laser, e sua temperatura superficial sobe até o ponto de ebulição em um tempo muito curto (10^-8~10^-6s), para derreter e vaporizar o metal. O vapor de metal gerado deixa a poça derretida a uma certa velocidade, e o vapor que transborda gera pressão adicional no metal líquido derretido, o que faz com que a superfície metálica da poça derretida afunde para baixo, criando um pequeno orifício sob o ponto de laser. Quando o feixe de laser continua a aquecer o fundo do pequeno orifício, o vapor de metal gerado por um lado pressiona o metal líquido no fundo do orifício para aprofundar ainda mais o pequeno orifício, por outro lado, o vapor que sai do buraco espreme o metal fundido para a periferia da piscina fundida. Um orifício alongado é formado no metal líquido, conforme mostrado na Figura 3.7.

Quando a pressão de recuo do vapor de metal gerado pela energia do feixe de laser é equilibrada com a tensão superficial e a gravidade do metal líquido, o pequeno orifício não continua a se aprofundar, formando um pequeno orifício profundo e estável para soldagem (efeito de orifício pequeno) .

O efeito de focalização da parede lateral produzido durante o desenvolvimento do orifício tem uma influência importante no processo de soldagem. Quando o pequeno orifício é formado, quando o feixe de laser que entra no pequeno orifício interage com a parede lateral do pequeno orifício, uma parte da luz é absorvida pela parede lateral e a outra parte do feixe de luz é refletida pela superfície da parede lateral para o fundo do pequeno orifício e re-converge, como mostrado na Figura 3.8.

Devido ao efeito de foco da parede lateral, o feixe de laser com um certo ângulo de divergência não irá divergir significativamente e expandir o pequeno orifício, mesmo se entrar na parte profunda do material, mas é refletido e focado na parte inferior do pequeno orifício para manter um pequeno tamanho do ponto, fazendo o pequeno orifício A profundidade continua aumentando. Quando o laser é refletido e focado uma vez no pequeno orifício, sua energia é reduzida em uma parte, até que a energia do laser atenua para um determinado valor, a profundidade do pequeno orifício não aumenta mais e, finalmente, uma solda profunda e estreita é obtido.

Durante o processo de soldagem, a parede lateral do orifício pequeno está sempre em um estado altamente flutuante, e a camada mais fina de metal fundido na parede frontal do orifício pequeno flui para baixo com a flutuação da parede [Figura 3.9 (a)]. Quaisquer saliências na parede frontal do pequeno orifício irão evaporar fortemente devido à irradiação do feixe de laser de alta densidade de potência, e o vapor gerado será pulverizado de volta para impactar o metal fundido da piscina na parede posterior, causando a oscilação do poça de fusão e promoção do processo de solidificação da poça de fusão. O estouro de gás.

Coloque partículas de tungstênio com um diâmetro de 0,1 ~ 0,4 mm na poça de fusão, e o estado de fluxo da poça de fusão sob a ação dos pequenos orifícios pode ser claramente observado por irradiação de raios-X, conforme mostrado na Figura 3.9 (b). Há uma corrente parasita giratória na poça de fusão e a energia é grande, com uma forte força de agitação. Figura 3.8 A parede lateral do pequeno orifício cai rapidamente na parede frontal do pequeno orifício a uma velocidade de cerca de 0,4 m / s. Quando atinge o fundo do pequeno orifício, um vórtice é formado atrás do pequeno orifício pelo fluxo de líquido que se move para baixo. Neste momento, a velocidade de movimento de tungstênio das partículas é de 0,2 ~ 0,3 m / s, que é muito mais rápida do que a convecção natural normal. O movimento das partículas de tungstênio pode basicamente representar o fluxo de metal líquido na poça fundida. As bolhas maiores geradas no fundo da poça de fusão não dependem completamente da flutuabilidade para drenar para fora da poça de fusão, mas são trazidas para fora da poça de fusão pelo fluxo líquido do metal.

O vapor nos poros fundidos é composto de vapor metálico de alta temperatura e o gás de proteção aspirado pela pulsação dos poros e é parcialmente ionizado para formar um plasma carregado. O fluxo de vapor dos pequenos orifícios é rápido (próximo à velocidade do som), e ruídos caóticos podem ser ouvidos. A forte evaporação do metal nos pequenos orifícios até forma um jato. Essa evaporação irregular causa a rápida vibração do metal líquido e causa a flutuação dos pequenos orifícios.

Características do estado de penetração de soldagem a laser e formação de costura de solda

Características do estado de penetração da soldagem a laser

A profundidade de penetração da soldagem a laser refere-se à espessura da peça que é fundida pelo laser durante o processo de soldagem. Geralmente, a profundidade do pequeno orifício é considerada a profundidade de penetração, portanto, a penetração do pequeno orifício através da peça de trabalho costuma ser equivalente à penetração. Na verdade, como há uma certa espessura de camada de metal líquido ao redor do pequeno orifício, pode haver situações em que o pequeno orifício não penetra na peça de trabalho, mas a peça de trabalho foi derretida. Através da análise do processo de soldagem a laser e do estado de penetração na parte posterior da solda, pode-se determinar que a soldagem de penetração profunda a laser possui os seguintes estados de penetração, conforme mostrado na Figura 3.10

Não derreteu

Durante o processo de soldagem, o pequeno orifício e o metal líquido abaixo dele não penetraram no material de base (peça de trabalho), e nenhum traço do metal sendo derretido pode ser visto na parte de trás da peça de trabalho (Figura 3.10 (a)).

Apenas penetração da poça de solda

Durante o processo de soldagem, o pequeno orifício está próximo à superfície inferior da peça de trabalho, mas não penetrou na peça de trabalho, e o metal líquido sob o pequeno orifício penetra na parte de trás da peça de trabalho. Embora a parte de trás da peça de trabalho esteja derretida, o metal líquido derretido não pode formar uma grande poça de fusão na parte de trás da peça de trabalho devido ao efeito da tensão superficial. Portanto, a parte de trás da solda mostra uma altura de pilha contínua ou descontínua delgada após a solidificação. Embora este estado também esteja na faixa de penetração, a penetração de toda a solda não é confiável e instável devido à largura estreita do lado posterior (Figura 3.10 (b)), especialmente quando a solda é soldada a topo. Se houver um ligeiro desvio, não haverá fusão.

Penetração moderada (pequena penetração em orifícios)

Durante o processo de soldagem, o pequeno orifício apenas penetra na peça de trabalho. Neste momento, o vapor de metal dentro do pequeno orifício irá borrifar abaixo da peça de trabalho, e sua pressão de recuo fará com que o metal líquido flua em torno do pequeno orifício, resultando em um aumento significativo na largura da parte de trás da poça de fusão, o que é formado após a soldagem. Forma de solda com largura de soldagem uniforme e moderada na parte traseira e basicamente sem acúmulos [Figura 3. 10 (c)]

Sobre-penetração

Devido ao aporte excessivo de calor durante o processo de soldagem, o pequeno orifício não apenas penetra na peça de trabalho, mas o diâmetro do pequeno orifício e a espessura da camada de metal líquido em torno dele aumentam significativamente, resultando em uma poça fundida excessivamente ampla (significativamente maior do que o lado posterior derretendo em um estado de penetração moderado (Largo), e até mesmo causar amassamento da superfície de solda e assim por diante [Figura 3. 10 (d)].

Entre os quatro estados de penetração acima, o estado moderadamente cozido (pequeno furo de penetração) é o estado de penetração ideal, porque o pequeno furo penetra na peça de trabalho neste momento para garantir que a solda seja completamente penetrada e a poça de fusão não seja muito larga. Isso leva a amassados na superfície da solda. Portanto, o estado de penetração moderada (pequena penetração em orifícios) pode ser usado como uma referência para detecção e controle de penetração.

A análise microscópica mostrou que apenas a seção de solda no estado de penetração da poça de fusão apresenta um triângulo invertido mais evidente, enquanto a seção de solda no estado de penetração moderada apresenta uma forma trapezoidal invertida ou hiperbólica. Ou seja, o estado de penetração adequado deve ser expresso como os lados frontal e traseiro da costura de solda são ambos formados e planos, sem amassados e sem altura óbvia de pilha, e têm uma certa largura de fusão posterior.

Características da formação de solda na soldagem a laser

A soldagem da soldagem por condução térmica a laser tem as características da soldagem por fusão convencional (como soldagem a arco, soldagem com proteção de gás, etc.). A formação da costura de solda durante a soldagem de penetração profunda a laser é mostrada na Figura 3.11. A poça derretida da soldagem a laser tem como característica a mudança periódica, o motivo é o efeito de auto-oscilação no processo de interação do laser e do material. A frequência dessa auto-oscilação é geralmente 100 ~ 10000Hz, a amplitude das flutuações de temperatura é 100 ~ 500Hz e a amplitude das flutuações de temperatura é 100-500K.

Devido ao efeito de auto-oscilação, os pequenos orifícios e o fluxo de metal na poça de fusão sofrem mudanças periódicas. A formação do pequeno orifício permite que o laser irradie até a profundidade do pequeno orifício, fortalece a absorção da energia do laser pela poça fundida e aumenta ainda mais a profundidade do pequeno orifício original. A vaporização do metal fundido permite que o pequeno orifício seja mantido, formando uma relação de aspecto. Grandes soldas contínuas.

Como a entrada de calor da soldagem de penetração profunda a laser é 1/10 ~ 1/3 da soldagem a arco, o processo de solidificação é muito rápido. Principalmente na parte inferior da solda, por ser muito estreita e ter boas condições de dissipação de calor, tem uma taxa de resfriamento rápida, de forma que cristais finos equacionados se formam dentro da solda, e o tamanho de grão é cerca de 1/3 disso. de soldagem a arco.

Usando soldagem a laser, "Enquanto você pode ver, você pode soldar." A soldagem a laser pode ser realizada em uma estação distante, através de uma janela, ou no interior de partes tridimensionais onde eletrodos ou feixes de elétrons não podem penetrar. Como a soldagem por feixe de elétrons, a soldagem a laser só pode ser realizada de um único lado, portanto, a soldagem de um lado pode ser usada para soldar peças laminadas. Esta vantagem da soldagem a laser abre um novo caminho para o projeto de juntas de soldagem. Com a soldagem a laser, não apenas a qualidade da soldagem é significativamente melhorada, mas a produtividade também é maior do que a dos métodos de soldagem tradicionais.

Características e aplicações da soldagem a laser

Características da soldagem a laser

A soldagem a laser é um método de soldagem por fusão que usa um feixe de laser de alta densidade de energia como fonte de calor. Com a soldagem a laser, não apenas a produtividade é maior do que o método de soldagem tradicional, mas a qualidade da soldagem também é significativamente melhorada. Em comparação com os métodos gerais de soldagem, a soldagem a laser tem as seguintes características.

• O laser focado tem alta densidade de potência (10⁵~10⁷W / cm² ou superior), e uma velocidade de aquecimento rápida, que pode realizar soldagem de penetração profunda e soldagem de alta velocidade. Devido à pequena faixa de aquecimento do laser (o diâmetro do ponto é inferior a 1 mm), ele está no mesmo nível. Sob as condições de potência e espessura de soldagem, a zona afetada pelo calor de soldagem é pequena, e a tensão de soldagem e deformação são pequenas.
• O astigmatismo pode ser emitido e transmitido e viajar uma distância considerável no espaço com atenuação muito pequena. Ele pode ser transmitido e desviado dobrando fibras ópticas, prismas, etc., e é fácil de focar. É especialmente adequado para focalizar micro peças em partes pequenas, inacessíveis ou distantes. Distância a soldar.
• Ele pertence à soldagem sem contato, nenhum eletrodo é necessário e não há contaminação ou desgaste do eletrodo. Um laser pode ser usado para diferentes processamentos em várias bancadas de trabalho. Pode ser usado para soldagem, mas também corte, revestimento, liga e tratamento térmico de superfície, etc. Uma máquina tem vários usos.
• O feixe de laser tem pouca atenuação na atmosfera e pode passar por objetos transparentes como o vidro. É adequado para soldar materiais altamente tóxicos, como ligas de berílio, em um recipiente selado de vidro; o laser não é afetado por campos eletromagnéticos (soldagem a arco e soldagem por feixe de elétrons são afetados), pode alinhar com precisão a soldagem; não há proteção de raios-X e nenhuma proteção contra vácuo é necessária.
• Ele pode soldar materiais que são difíceis de soldar por métodos de soldagem convencionais, como metais de alto ponto de fusão e materiais não metálicos (como cerâmicas, vidro orgânico, etc.). Os materiais que são sensíveis à entrada de calor também podem ser soldados a laser. Nenhum tratamento térmico é necessário após a soldagem e vários tipos de soldagem podem ser executados. Materiais heterogêneos.

Em comparação com a soldagem por feixe de elétrons, a maior característica da soldagem a laser é que ela não requer uma câmara de vácuo (a soldagem pode ser realizada na atmosfera) e não produz raios-X.

Os principais obstáculos que atualmente afetam a expansão da soldagem a laser são os seguintes.

• Lasers (especialmente lasers contínuos de alta potência) são caros. Atualmente, a potência máxima dos lasers industriais é cerca de 25KW, e a espessura máxima das peças soldáveis é de cerca de 20 mm, o que é muito menor do que a soldagem por feixe de elétrons
• Os requisitos de processamento, montagem e posicionamento da soldagem são muito altos. A posição da soldagem deve ser muito precisa e deve estar dentro da faixa de foco do feixe de laser.
• A conversão eletro-óptica do laser e a eficiência operacional geral são baixas e a taxa de conversão de energia do feixe é de apenas 10% a 20%. É difícil para a soldagem a laser soldar metais com alta refletividade.

Exemplo de soldagem a laser

Manufatura

Japão substitui soldagem instantânea por CO₂ soldagem a laser para conectar bobinas de aço laminado. A soldagem de placas ultrafinas (como folhas com espessura inferior a 100 pm) não pode ser soldada, mas a soldagem a laser YAG com uma forma de onda de potência de saída especial pode ser soldada com sucesso, o que mostra as amplas perspectivas da soldagem a laser. A Kawasaki Heavy Industries Corporation do Japão mudou o processo tradicional de soldagem por pontos para soldagem a laser na fabricação de veículos ferroviários, o que melhorou a resistência, rigidez e estanqueidade da carroceria do carro, e a eficiência da produção também foi significativamente melhorada. A Figura 3.12 mostra um diagrama esquemático da estrutura em favo de mel da carroceria do vagão de alta velocidade soldada a laser. O Japão também desenvolveu com sucesso o uso da soldagem a laser YAG para a soldagem e manutenção de tubos geradores de vapor finos em reatores nucleares.

Indústria automobilística

No final da década de 1980, a soldagem a laser de nível de quilowatt foi aplicada com sucesso à produção industrial. Hoje em dia, as linhas de produção de soldagem a laser surgiram em grande escala na indústria automobilística. Fabricantes de automóveis europeus como Audi, Mercedes-Benz, Volkswagen na Alemanha e Volvo na Suécia assumiram a liderança no uso de tecnologia de soldagem a laser para soldar tetos, carrocerias e armações laterais já na década de 1980. Na década de 1990, GM, Ford e Chrysler também competiram para introduzir a soldagem a laser na fabricação de automóveis. Embora tenha começado tarde, ele se desenvolveu rapidamente. A empresa italiana Fiat usa a soldagem a laser na soldagem e montagem da maioria dos componentes de placas de aço. As japonesas Nissan, Honda e Toyota também usam processos de corte e soldagem a laser na fabricação de painéis de carroceria.

A tecnologia de soldagem a laser é amplamente utilizada na fabricação de automóveis no exterior. Já em 2000, havia mais de 100 linhas de produção soldadas a laser para blanks sob medida em todo o mundo, com uma produção anual de 70 milhões de peças de blanks soldados sob medida para componentes de automóveis, e continuava a crescer a uma taxa relativamente alta a cada ano. Os modelos importados produzidos internamente, Passat, Buick, Audi e outros também adotaram algumas estruturas cortadas em branco.

As peças de montagem para soldagem a laser de aço de alta resistência são cada vez mais utilizadas na fabricação de carrocerias de automóveis devido ao seu excelente desempenho. De acordo com as características de grandes lotes e alta automação na indústria automobilística, o equipamento de soldagem a laser está se desenvolvendo na direção de alta potência e multicanal. Por outro lado, o Laboratório Nacional Sandia nos Estados Unidos e a Pratt Whitney conduziram pesquisas conjuntas sobre a adição de pó e fio de metal no processo de soldagem a laser. O Institute of Applied Beam Technology em Bremen, Alemanha, conduziu muitas pesquisas sobre o uso de soldagem a laser em estruturas de carroceria de liga de alumínio. Adicionar metal de adição à solda pode ajudar a eliminar rachaduras quentes e aumentar a velocidade de soldagem. A linha de produção desenvolvida foi colocada em produção na Mercedes-Benz.

Atualmente, a tecnologia de soldagem a laser tem sido amplamente utilizada em linhas de produção de automóveis e tem sido utilizada em chassis, carroceria, teto, porta, estrutura lateral, tampa do motor, estrutura do motor, estrutura do radiador, compartimento de bagagem, painel de instrumentos, caixa de velocidades de velocidade variável, válvula elevador Estruturas e componentes, como hastes e dobradiças de portas. A aplicação em larga escala da tecnologia de soldagem a laser melhorou significativamente o nível de fabricação de automóveis, a qualidade do produto e o desempenho, e criou condições para a realização de design e fabricação leves, de alta resistência e flexíveis.

Indústria da aviação

A aplicação da tecnologia de soldagem a laser na indústria de fabricação de aviação tem atraído a atenção de países desenvolvidos em todo o mundo. Por exemplo, na Europa, a estrutura da parede da fuselagem do Airbus A330 / 340 é uma estrutura geral soldada a laser. A pele da fuselagem (liga de alumínio 6013-T6) e as costelas (6013-T6511) são soldadas para formar uma parede integral da fuselagem usando tecnologia de soldagem a laser. A placa substitui a placa de parede de vedação rebitada original, reduzindo o peso em 15% e reduzindo o custo em 15%. Para outro exemplo, um CO₂ laser com uma potência nominal de 10KW é usado para soldar a junta em forma de T de painéis de parede de liga de alumínio (6013, espessura de 2 mm) e nervuras (6013, espessura de 4 mm), e fio de solda AISi12 é adicionado, e a velocidade de soldagem é de 10 m / min. Abaixo, a potência real de soldagem é de 4KW, a largura da parede soldada geral é de cerca de 2m e o efeito de aplicação da estrutura de soldagem a laser é bom. O núcleo de favo de mel de pequenas células fabricado pelo pessoal científico e tecnológico de nosso país com tecnologia de soldagem a laser oferece uma garantia técnica para melhorar o desempenho dos motores aeronáuticos.

Os vários exemplos típicos acima mostram que a tecnologia de soldagem a laser tem uma perspectiva de aplicação muito ampla na fabricação de estruturas de aeronaves. No meu país, a aplicação de CO industrial de 5KW₂ o equipamento de soldagem a laser na indústria da aviação tornou-se gradualmente popular e os lasers acima de 10KW também entraram em aplicações de engenharia.