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Para eliminar ou reduzir os defeitos da soldagem a laser, algumas outras fontes de calor e processos de soldagem híbrida a laser são propostos, principalmente incluindo laser e arco, laser e arco de plasma, soldagem híbrida a laser e fonte de calor por indução e soldagem multifeixe. Além disso, várias medidas auxiliares de processo foram propostas, como soldagem a laser com fio de enchimento (que pode ser subdividida em soldagem com fio frio e soldagem com fio quente), soldagem a laser aprimorada assistida por campo magnético externo, soldagem a laser de penetração controlada por gás de proteção, laser- soldagem por fricção assistida, etc.

O princípio e a classificação da fonte de calor da soldagem híbrida a arco a laser

O princípio da soldagem híbrida a arco a laser

A tecnologia de soldagem híbrida a arco a laser foi proposta pela primeira vez pelo estudioso britânico WM Steen no final dos anos 1970. A ideia principal é usar efetivamente o calor do arco. O “arco” mencionado aqui se refere principalmente ao arco tungstênio argônio (TIG) e ao arco de fusão argônio. (MIG / MAG), também conhecido como laser-TIG / MIG; A tecnologia de soldagem híbrida, o equipamento de “soldagem híbrida laser-MIG” exibido pela Austrian Fronuis na Essen International Welding Exhibition em 2001, despertou grande interesse. Nos últimos anos, devido às necessidades da produção industrial, gradualmente se tornou o foco de atenção da comunidade internacional de soldagem e tem recebido atenção.

A tecnologia de soldagem híbrida a arco laser atua simultaneamente na área de soldagem por laser e arco MIG. Através da influência mútua do laser e do arco, um bom efeito composto é produzido e uma maior penetração da soldagem é obtida sob uma condição de menor potência do laser, e o laser é aprimorado ao mesmo tempo. A adaptabilidade da soldagem ao vão da junta permite um processo de soldagem de alta eficiência e alta qualidade. A Figura 1.1 mostra o princípio da soldagem híbrida a arco a laser e a forma típica da seção transversal da solda.

O laser atua na superfície do metal, e uma nuvem de fotoplasma é gerada acima da solda devido à ação do laser. A absorção e o espalhamento do laser incidente pela nuvem de plasma reduzirão a taxa de utilização da energia do laser. Depois que o arco é aplicado, o plasma de arco de baixa temperatura e baixa densidade faz com que o plasma fotoinduzido seja diluído e a eficiência de transmissão de energia do laser é melhorada; ao mesmo tempo, o arco aquece o material de base, de modo que a temperatura do material de base aumenta e a taxa de absorção do material de base para o laser. A penetração aumenta.

A fusão do metal fornece elétrons livres para o arco, reduz a resistência do canal do arco e aumenta a taxa de utilização de energia do arco. Finalmente, a taxa de utilização total de energia é aumentada e a profundidade de penetração é aumentada ainda mais. Quando o feixe de laser passa pelo MIG, sua capacidade de penetrar no metal é significativamente melhorada do que na atmosfera geral. O feixe de laser também focaliza e orienta o arco, o que o torna mais estável durante o processo de soldagem.

Na tecnologia de soldagem híbrida a laser, a tecnologia de soldagem híbrida a arco a laser é mais amplamente utilizada. O objetivo principal é usar efetivamente a energia do arco para obter uma maior profundidade de penetração e reduzir a precisão de montagem da soldagem a laser. Por exemplo, a soldagem híbrida a laser TIG / MIG composta de laser e arco TIG / MIG pode realizar soldagem de grande penetração sob a condição de menor potência do laser, e a entrada de calor é muito reduzida em comparação com o arco TIG / MIG.

Ao soldar peças de metal, a densidade de energia da saída do feixe de laser pelo laser YAG é de cerca de 106 W / cm2. Quando o feixe de laser atinge a superfície do material, a superfície aquecida atinge imediatamente a temperatura de evaporação e devido à ação do vapor metálico que flui, poços são gerados no metal soldado, podendo obter uma razão de aspecto de soldagem maior. A densidade de energia do arco MIG é ligeiramente maior que 10⁴W / cm², que pode obter uma solda mais ampla com uma pequena proporção de aspecto. A partir do princípio da soldagem híbrida a arco laser [Figura 3.1 (a)], pode-se observar que o feixe de laser e o arco são combinados na mesma área do local de soldagem, e os dois influenciam um no outro, o que melhora a taxa de utilização de energia. A morfologia da soldagem da soldagem híbrida laser-MIG é mostrada na Figura 3.1 (b), que é melhor do que o efeito da soldagem de uma única fonte de energia.

Na soldagem a laser único, o diâmetro do feixe de laser é pequeno e a folga do conjunto da ranhura deve ser pequena. A precisão do rastreamento da costura de soldagem deve ser alta e a eficiência térmica é muito baixa quando a poça de fusão não é formada. A soldagem híbrida a arco a laser pode apenas compensar essas deficiências, que podem ser refletidas nos seguintes aspectos.

• A soldagem a laser e a soldagem MIG são combinadas, a largura da poça de fusão é aumentada, a necessidade de montagem de ranhura é reduzida e a costura de soldagem é fácil de rastrear.
• O arco de soldagem MIG primeiro aquece a superfície da soldagem para formar uma poça fundida, que pode aumentar a taxa de absorção da radiação laser; o fluxo de ar da soldagem MIG também pode proteger o vapor de metal excitado pelo feixe de laser; o metal líquido produzido pelo fio fundido da soldagem MIG pode preencher a solda, evitando o rebaixamento.
• O plasma gerado pelo laser aumenta a capacidade de ignição e manutenção do arco MIG, e o arco composto laser-MIG é mais estável.

Resumindo, a interação entre o laser e o arco MIG é complementar e fortalecida, e melhores resultados de soldagem podem ser obtidos.

Por exemplo, a uma velocidade de soldagem de 2m / min, feixes de laser com uma potência de 0,2 KW e um arco TIG com uma corrente de soldagem de 90A podem ser combinados para soldar uma solda com uma profundidade de penetração de 1 mm, o que geralmente requer um feixe de laser com uma potência de 5KW. O mesmo efeito. Além disso, quando o feixe de laser contínuo está a 3 ~ 5 mm de distância da linha central do arco, ele pode atrair o arco e fazê-lo queimar de forma estável, o que pode aumentar a velocidade de soldagem a laser. A combinação de laser e arco não é uma simples superposição dos dois processos de soldagem. Não só permite que as duas fontes de calor aproveitem plenamente suas respectivas vantagens, mas também compensa as deficiências uma da outra, percebendo o efeito sinérgico "1 + 1> 2", tornando-se uma das tecnologias de soldagem de alta eficiência mais promissoras na produção industrial.

Classificação da fonte de calor composta de arco laser

A combinação de laser e arco pode aproveitar totalmente as vantagens das duas fontes de calor e compensar as deficiências uma da outra, formando uma nova fonte de calor de alta qualidade, alta eficiência e economia de energia. Sob as mesmas condições, a soldagem híbrida a arco a laser tem uma adaptabilidade mais forte do que a soldagem simples ou a soldagem TIG / MIG, e a conformabilidade da solda é melhor. A soldagem híbrida a arco a laser entrou na fase de aplicação industrial em países desenvolvidos como Alemanha e Japão.

Lasers usados em fontes de calor compostas de arco laser geralmente incluem CO₂ lasers de gás, lasers de estado sólido YAG, lasers de semicondutores e lasers de fibra. De acordo com os diferentes tipos de arcos, as fontes de calor de laser e de composto de arco incluem principalmente composto TIG, composto de laser-MIG / MAG, composto de laser duplo, composto de laser-plasma e assim por diante.

Fonte de calor composta Laser-TIG

As primeiras pesquisas sobre fontes de calor compostas de arco laser começaram a partir da recombinação paraxial de CO₂ laser e eletrodo não derretível TIG. O processo composto de laser e arco TIG é relativamente simples. O feixe e o arco podem ser dispostos coaxialmente ou em um eixo lateral. O ângulo entre o feixe, o tamanho da corrente do arco e a forma de entrada, a potência do laser, a direção do arranjo, a distância da ação, a altura do arco, o fluxo do gás de proteção, etc. são os principais fatores que afetam o efeito da soldagem híbrida.

A Figura 1.2 mostra um diagrama esquemático do laser-TIG soldagem híbrida. A fonte de calor do composto laser-TIG pode obter um arco estável sob condições de soldagem rápida e a costura de solda é perfeitamente formada, reduzindo os defeitos de soldagem, como poros, inclusões e cortes inferiores. Especialmente em baixa corrente, alta velocidade de soldagem e arco longo, a velocidade de soldagem da fonte de calor do composto TIG a laser pode chegar até mais do que o dobro da soldagem a laser único, o que é difícil para a soldagem TIG convencional. A fonte de calor de composto de arco laser-TIG é principalmente usada para soldagem de alta velocidade de placas finas e também pode ser usada para soldagem de soldas de topo de placas de espessura desigual. O metal de adição pode ser usado ao soldar grandes placas de folga.

Estudos têm mostrado que quando a velocidade de soldagem é 0,5-5m / min, a penetração da soldagem com um feixe de laser de 5KW e arco TIG é 1,3 ~ 2 vezes maior que a de um feixe de laser de 5KW sozinho, e não há corte inferior ou porosidade na solda. defeito. Após o laser composto de arco, sua densidade de corrente foi significativamente melhorada.

Fonte de calor composta Laser-MIG / MAG

A soldagem híbrida a laser-MIG / MAG é um método de soldagem de fonte de calor composta amplamente utilizado, que tem sido aplicado nas áreas de automóveis e construção naval. A soldagem híbrida a laser MIG / MAG usa as vantagens do arame de preenchimento para soldagem MIG / MAG, que pode melhorar a metalurgia da solda e as propriedades estruturais ao mesmo tempo em que aumenta a penetração e a adaptabilidade da soldagem.

A Figura 1.3 mostra um diagrama esquemático da soldagem híbrida laser-MIG / MAG. Como a soldagem de fonte de calor composta a laser-MIG / MAG tem problemas como alimentação de arame e transferência de gotas, seu processo físico é mais complicado do que a soldagem de fonte de calor composta a laser-TIG ou laser-PAW, e a maioria deles usa soldagem composta de eixo lateral.

A Figura 1.4 mostra dois tipos diferentes de cabeças de tocha de soldagem de composto MIG a laser. Algumas empresas se especializam no projeto e fabricação de cabeças de tocha de soldagem de composto laser-MIG / MAG. O fio de soldagem MIG e um gás de proteção são alimentados na área de soldagem em um determinado ângulo e obliquamente. O fio de solda derretido por forma uma gota com transição axial e, em seguida, a gota e o metal de base são aquecidos e derretidos pelo laser e formam um arco para formar uma poça de soldagem. Devido à existência do fio de adição, ele pode aumentar a penetração da soldagem, melhorar a adaptabilidade do processo e melhorar a estrutura e propriedades da solda.

Se os parâmetros do processo forem definidos incorretamente, o fio de soldagem e as gotas derretidas podem facilmente causar interferência no laser e afetar a qualidade da soldagem. Se a irradiância do laser na superfície da peça atingir a irradiância crítica da vaporização do material, o efeito pinhole e o plasma foto-induzido serão gerados para realizar o processo de soldagem de penetração profunda. Comparada com a soldagem híbrida a laser-TIG, a soldagem híbrida a laser-MIG / MAG tem uma boa perspectiva de aplicação, que pode ser soldada com espessura de chapa maior e maior adaptabilidade de soldagem. Especialmente porque o arco MIG / MAG tem as vantagens de forte direcionalidade e atomização do cátodo, ele é adequado para soldar placas de grande espessura e ligas de alumínio e outros metais resistentes ao laser.

A soldagem híbrida a laser-MIG usa as vantagens do arame de enchimento para melhorar as propriedades metalúrgicas e a microestrutura do metal de solda e é frequentemente usada para soldar placas médias e grossas. Portanto, esse método é usado principalmente na construção naval, transporte por dutos e fabricação de automóveis pesados. Na Alemanha, esta tecnologia composta foi desenvolvida até o estágio prático. Por exemplo, o Fraunhofer Research Institute desenvolveu um sistema de soldagem de tanque de armazenamento de óleo de soldagem de fonte de calor composto de laser-MIG, que pode soldar tanques de óleo com uma espessura de 5-8 mm.

Em comparação com a soldagem híbrida a laser TIG ou a laser-PAW, a soldagem híbrida MIG / MAG a laser usa soldagem composta de eixo lateral devido à presença de fio de soldagem.

A estrutura pode ser soldada com uma densidade de corrente maior, a eficiência do revestimento é maior e uma maior profundidade de penetração e largura podem ser obtidas. Usado para soldagem de chapas grossas e grandes, é menos sensível a folgas da peça, bordas erradas e desvios moderados, adaptabilidade mais forte e maior eficiência de soldagem. Além disso, a soldagem híbrida a laser MIG / MAG também pode adicionar elementos benéficos ao metal de solda, selecionando o fio de soldagem apropriado para melhorar as propriedades metalúrgicas e a microestrutura da solda, o que pode reduzir a tendência de trincas na solda e garantir tenacidade e resistência ao impacto. É mais adequado para soldar aço estrutural de alta resistência, liga de alumínio e outros materiais. É com base nessas características que a soldagem híbrida a laser-MIG / MAG se tornou um método de soldagem de fonte de calor híbrido a arco laser altamente respeitado no país e no exterior.

Fonte de calor composto de arco duplo a laser

A soldagem de fonte de calor híbrida de arco duplo a laser é um processo de soldagem que combina laser e dois arcos MIG ao mesmo tempo. Ambas as tochas de soldagem MIG possuem fonte de alimentação independente e mecanismos de alimentação de arame e compartilham a cabeça da tocha de soldagem por meio de seu próprio sistema de alimentação. Cada tocha de soldagem MIG pode ser ajustada arbitrariamente em relação à outra tocha de soldagem e à posição do feixe de laser, conforme mostrado na Figura 1.5.

Uma vez que as três fontes de calor devem atuar em uma área ao mesmo tempo, a disposição uma da outra é particularmente importante. Para tornar a posição da cabeça de soldagem híbrida em relação ao feixe de laser reposicionável na direção vertical, é necessário considerar cuidadosamente o tamanho da pistola de soldagem MIG e o foco do feixe de laser ao pesquisar e projetar o dispositivo de teste.

Para a soldagem de junta sem intervalos, a velocidade de soldagem da soldagem híbrida de arco duplo a laser é cerca de 30% maior do que a da soldagem híbrida a laser-MIG geral e cerca de 80% maior do que a da soldagem a arco submerso. A entrada de calor por unidade de comprimento é cerca de 25% menor do que a da soldagem híbrida a laser-MIG convencional e cerca de 80% menor do que a da soldagem a arco submerso, e o processo de soldagem é muito estável, excedendo em muito a eficiência de soldagem do híbrido convencional de laser-MIG Soldagem.

Como existem fontes de calor MIG antes e depois do laser, a limitação da direção de soldagem de uma única fonte de calor composto de laser-MIG é evitada e é mais fácil realizar a soldagem automática de placas de grande espessura.

Fonte de calor composta de plasma a laser

O arco de plasma tem as vantagens de boa rigidez, alta temperatura, forte direcionalidade, boa inflamabilidade do arco, zona de aquecimento estreita e baixa sensibilidade ao mundo externo, o que é bom para soldagem de fonte de calor composta. A aplicação de arco de plasma e compósito para soldagem de topo de placa fina, conexão de placa de espessura desigual, soldagem sobreposta de placa galvanizada, soldagem de liga de alumínio, corte e liga de superfície têm alcançado bons resultados.

A utilização da soldagem híbrida laser-plasma para soldagem em alta velocidade de chapas galvanizadas com espessura de 0,16 mm mostra que o arco é muito estável durante a soldagem, mesmo a 90 m / min, e não haverá defeitos apenas na soldagem. Quando a soldagem a laser sozinha é de 48m / min, haverá instabilidade do arco e defeitos de soldagem.

Como a soldagem híbrida a laser TIG, a soldagem híbrida a plasma a laser (PAW) pode ser combinada lado a lado ou coaxialmente.

Características da soldagem híbrida de arco a laser

A soldagem híbrida a arco a laser combina as vantagens de duas fontes de calor independentes (por exemplo, a fonte de calor a laser tem alta densidade de energia, excelente diretividade e as características de condução de meio transparente; plasma a arco tem alta conversão calor-eletricidade Baixa eficiência , baixo custo de equipamento e custo operacional, desenvolvimento de tecnologia madura e outras vantagens), evita as deficiências de ambos (como a perda de energia do laser causada pela alta refletividade de materiais metálicos para o laser, o alto custo do equipamento de laser e o baixa eletricidade - Eficiência de conversão de luz, etc; menor densidade de energia da fonte de calor do arco, baixa estabilidade do arco durante o movimento em alta velocidade, etc.).

Ao mesmo tempo, a combinação orgânica dos dois derivou muitos novos recursos (alta densidade de energia, alta utilização de energia, alta estabilidade do arco, baixa precisão da ferramenta e qualidade da superfície da peça a ser soldada, etc.), tornando-o um ótimo Aplicação Prospectiva nova fonte de calor de soldagem.

Ele pode ser usado para lasers compostos; CO₂ lasers, lasers YAG, lasers semicondutores, lasers de fibra, etc. Podem ser usados para fontes de calor de arco de soldagem composta: TIG, MIG, MAG, arco de plasma, etc.

O laser e o arco mencionados acima podem ser combinados de qualquer maneira, sem limitação, para construir uma fonte de calor composta. Sua tecnologia composta possui as seguintes características principais.

O pré-aquecimento do arco melhora a eficiência térmica do laser

As propriedades ópticas dos materiais metálicos estão intimamente relacionadas com a temperatura de teste. Quando a temperatura aumenta, a taxa de absorção do metal da energia do laser aumenta de forma não linear. No processo de soldagem híbrida, o aquecimento do arco faz com que a peça de trabalho aqueça e derreta, e o feixe de laser passa através do arco para atuar diretamente na superfície do metal líquido, o que reduz muito a refletividade da peça para o laser infravermelho ( especialmente o CO₂ laser com um comprimento de onda maior) e melhora a taxa de absorção do laser da peça de trabalho.

Além disso, a temperatura e o grau de ionização do plasma de arco são relativamente baixos, o que tem um efeito de diluição no plasma foto-induzido para reduzir a densidade do número de elétrons, reduzindo assim a absorção e refração do laser pelo plasma foto-induzido, e aumentando a incidência na superfície da peça. Energia do laser. Mas esse tipo de influência é mais complicado, quando a corrente de soldagem é grande pode ter um efeito negativo.

Na soldagem a laser e híbrida de arco, o arco TIG ou MIG primeiro derrete o material de base e, em seguida, irradia o metal fundido com um laser para aumentar a taxa de absorção do material de base para o laser, que pode usar efetivamente a energia do arco e reduzir o potência do laser. A interação dela aumentará a eficiência da soldagem, sendo que a velocidade de soldagem pode chegar a 9m / min. Devido ao efeito do arco, um laser de menor potência pode ser utilizado para obter um bom efeito de soldagem. Em comparação com a soldagem a laser, ela pode reduzir os custos de produção, atender aos requisitos de “alta eficiência, economia de energia e economia” e pode usar a energia do laser com eficácia.

Melhorar o fluxo de calor do arco e a estabilidade da soldagem

A densidade de energia do laser é extremamente alta, o que faz com que o metal evapore durante o processo de soldagem e forme uma grande quantidade de plasma de metal, fornecendo assim um bom caminho condutor para o arco e tem um forte efeito de atração e contração no arco, que pode reduzir a pressão de ignição do arco e reduzir a intensidade do campo. Aumente a estabilidade do arco. Devido ao efeito de estabilização do arco do laser, o desvio do arco ou fenômeno de quebra do arco não é fácil de ocorrer durante a soldagem de alta velocidade da fonte de calor composta, de forma que todo o processo de soldagem é muito estável e os respingos são extremamente pequenos. Como o laser encolhe o arco, a densidade do fluxo de calor do arco aumenta e o laser comprime a raiz do arco, aumentando ainda mais a profundidade de penetração.

Quando TIG ou MIG isoladamente, o arco de soldagem às vezes fica instável, principalmente no caso de uma pequena corrente, quando a velocidade de soldagem aumenta para um determinado valor, fará com que o arco se desvie, impossibilitando o processo de soldagem. Ao usar a tecnologia de soldagem híbrida de arco a laser, o plasma gerado pelo laser ajuda a estabilizar o arco, e o laser atua na poça fundida para formar um buraco de fechadura, que atrai o arco e também aumenta a estabilidade da soldagem; e o buraco da fechadura comprimirá a raiz do arco, aumentando assim a utilização da energia do arco. O arco composto aumenta a largura da solda (especialmente o arco MIG), reduz os requisitos da fonte de calor para a precisão da montagem, a quantidade de desalinhamento e a sensibilidade de centralização da lacuna da junta e reduz a carga de trabalho do processamento e montagem da extremidade da peça de trabalho. A soldagem é realizada sob uma lacuna de junta maior, o que melhora a eficiência da produção.

O material de base é derretido para formar uma poça de fusão sob a ação do sol elétrico, e o feixe de laser atua na parte inferior do arco para formar a poça de fusão. O metal líquido tem uma alta taxa de absorção do feixe de laser, de modo que a profundidade de penetração da soldagem híbrida é maior do que a da soldagem a laser simples, que é equivalente à da soldagem a laser. Em comparação com a soldagem a laser em alta potência, a profundidade de penetração da soldagem de fonte de calor composta pode ser duplicada, especialmente na soldagem de lacunas estreitas e grandes placas grossas. Ao usar a soldagem híbrida a arco a laser, o arco pode mergulhar na profundidade da solda sob a ação do laser. Reduza a quantidade de deposição de metal de adição e realize soldagem de penetração profunda de placas grandes e grossas.

Melhore a eficiência da soldagem e reduza os custos

Devido ao efeito de pré-aquecimento do arco, a taxa de absorção da energia do laser pela peça é aumentada, aumentando assim a profundidade de penetração da solda. Além disso, o calor do arco também pode atuar no interior da peça através dos pequenos orifícios gerados pela pouca luz, o que aumenta ainda mais a profundidade de penetração. A comparação da forma da seção transversal da costura de soldagem da placa de aço inoxidável 1Cr18NigTi de 6 mm de espessura com diferentes processos de soldagem (soldagem a laser, soldagem MIG e soldagem híbrida laser-MIG) é mostrada na Figura 1.6.

A interação do laser e do arco torna o efeito de energia da soldagem híbrida maior do que a soma dos efeitos de energia de duas fontes de calor separadas e também faz com que a soldagem híbrida a arco a laser tenha vantagens óbvias em comparação com uma única processo de soldagem. Na condição de mesma profundidade de penetração, a velocidade de soldagem pode ser aumentada em 1 a 2 vezes, o que melhora muito a eficiência da soldagem, reduz os requisitos de potência do laser e reduz o investimento em equipamentos e os custos de produção.

Combinação de laser e arco

Existem duas maneiras de combinar soldagem a laser e a arco elétrico. Um é ao longo da direção de soldagem, a distância entre o laser e o arco é grande e eles são dispostos em série antes e depois. Os dois atuam como fontes de calor independentes na peça de trabalho. O objetivo principal é usar a fonte de calor do arco para pré-aquecer ou pós-aquecer a solda para melhorar a taxa de absorção do laser. O objetivo de melhorar a estrutura de soldagem e desempenho.

Devido ao comprimento de onda curto dos lasers de estado sólido, ele tem vantagens únicas no processamento de materiais, especialmente no processamento de soldagem (por exemplo, o material tem uma alta taxa de absorção do laser, o feixe é fácil de transmitir através da fibra óptica e é fácil de obter flexibilidade de soldagem e automação, etc.), de modo que a soldagem de fonte de calor híbrida a laser + Arco sólido tem recebido cada vez mais atenção.

Na prática de produção, as fontes de calor compostas de arco laser usam principalmente CO₂ lasers e lasers YAG (lasers de fibra semicondutora têm sido promovidos gradualmente nos últimos anos). De acordo com a posição relativa do laser e do arco, existem compósitos paraxiais e compósitos coaxiais, conforme mostrado na figura. Conforme mostrado em 1.7.

Composto Paraxial

A recombinação paraxial significa que os feixes de laser e o arco atuam juntos na mesma posição da peça em um determinado ângulo, ou seja, o laser passa pela parte externa do arco para atingir a superfície da peça, e pode ser enviado na frente do arco ou atrás do arco, como mostrado na figura como mostrado em 1.8 (a). A recombinação paraxial é mais fácil de alcançar. Ele pode usar arco de soldagem com eletrodo de tungstênio argônio (TIG) ou arco de soldagem com eletrodo de gás derretido (MIG), que atualmente é um método amplamente utilizado.

Composto Coaxial

A recombinação coaxial significa que o laser e o arco atuam coaxialmente na mesma posição da peça de trabalho, ou seja, o laser passa pelo centro do arco ou o arco passa pelo centro do feixe de laser do anel para atingir a superfície da peça de trabalho , conforme mostrado na Figura 1.8 (b). O composto coaxial é mais difícil e o processo mais complicado, então arco TIG ou PAW (soldagem por arco de plasma, soldagem por arco de plasma) é freqüentemente usado.

A influência da posição frontal e traseira do laser

A posição relativa do laser e do arco afetará a formação da superfície de solda e as propriedades da microestrutura. Estudos têm mostrado que a superfície superior da costura de soldagem é uniformemente formada e cheia e bonita antes que o feixe de laser entre no arco, especialmente quando a velocidade de soldagem é alta, o efeito é mais óbvio; enquanto o arco está na frente do feixe de laser, a superfície superior da costura de soldagem parecerá ranhuras.

Ao analisar a composição e o desempenho da solda, sabe-se que o teor do elemento aumenta da parte superior para a parte inferior da solda em ambos os casos. A dureza da parte superior da solda antes do arco do laser é menor que a da parte inferior, e a dureza da parte superior da solda após o laser é maior do que a dureza da parte inferior.

A razão para isso é que quando o arco está atrasado, a fonte de calor tem uma grande área de ação, e a fonte de calor é removida após a soldagem. O resfriamento lento da costura favorece o escape do gás no fundido piscina e boa formação; depois que a fonte de calor do arco atua sobre o laser, é equivalente a um revenimento da solda, e o calor não pode ser transmitido para a parte mais profunda da solda, então a parte inferior não é temperada, então a dureza da parte superior do a solda é menor que a parte inferior.

Não apenas a diferença entre a frente e o verso do laser e o arco tem impacto no processo de soldagem, mas a diferença entre a distância também tem impacto no processo de soldagem. A distância entre eles afeta a transferência de gotas da soldagem híbrida. A transferência de gotas é muito instável durante a soldagem MIG de alta velocidade. Na soldagem MIG híbrida a laser, devido ao efeito da radiação térmica do plasma a laser sobre a gota e a absorção do arco. A forma dele e o estado de força da gota foram alterados e a transferência de gotas foi alterada. Diferentes correntes de soldagem têm diferentes distâncias ideais de arco e laser. Sob o espaçamento ideal, a forma de transferência de gotículas é uma única transferência de jato estável, a corrente e a voltagem são constantes e a costura de solda é bem formada.

Na Figura 1.9 (a), o arco está localizado no meio dos dois feixes de laser. Depois que o feixe de laser YAG sai da fibra óptica, ele é dividido em dois feixes e reorientado por meio de um conjunto de lentes. O eletrodo e o arco são colocados sob a lente, e o ponto de foco de seu ponto de radiação é coincidente. Neste momento, são utilizados 8 eletrodos de tungstênio, que são uniformemente distribuídos a 45 ° em um anel circular de determinado diâmetro.

Os eletrodos de tungstênio são alimentados por fontes de energia independentes. Durante o processo de soldagem, os dois pares de eletrodos na direção correspondente são controlados para trabalhar de acordo com a direção do movimento da tocha, formando uma fonte de calor nas direções frontal e traseira. Projetar o eletrodo de tungstênio oco para fazer o feixe de laser passar pelo centro da circular também é um método comum para recombinação coaxial. Este compósito coaxial resolve o problema da direcionalidade do compósito paraxial e é adequado para soldar peças estruturais tridimensionais. A dificuldade é que a negação da pistola de solda é mais complicada.

Mudanças na tensão e na corrente da soldagem híbrida a arco a laser

A interação entre o laser e o arco forma um método de soldagem que aumenta a adaptabilidade. Ele evita as deficiências de um único método de soldagem. Tem as vantagens de aumentar a energia, aumentar a penetração, estabilizar o processo de soldagem. Isso também reduz os requisitos de montagem e realiza a soldagem de materiais altamente reflexivos. Muitas vantagens.

A Figura 1.10 mostra as formas de onda da tensão do arco e da corrente de soldagem na soldagem TIG pura e na soldagem híbrida laser-TIG. Na Figura 1.10 (a), a velocidade de soldagem é 135cm / min e a corrente de soldagem TIG é 100A. Pode-se observar que a tensão do arco e a corrente de soldagem aumentam significativamente durante a soldagem híbrida laser-TIG. Na Figura 1.10 (b), a velocidade de soldagem é 270cm / min e a corrente de soldagem TIG é 70A. Pode-se observar que a tensão do arco e a corrente de soldagem são instáveis apenas na soldagem TIG. É difícil soldar, enquanto a tensão na soldagem híbrida TIG e a corrente de soldagem são muito estáveis e a soldagem pode ser realizada sem problemas.

A soldagem de fio a laser refere-se ao preenchimento da costura de soldagem com fio de solda durante a execução da soldagem a laser. Existem duas finalidades para adicionar arame de solda: a soldagem normal ainda pode ser realizada quando a folga da junta não é ideal para que a solda possa ser bem formada. A segunda é alterar a composição e a estrutura da solda para que ela possa atender a certos requisitos de desempenho.

Ao usar arame de soldagem de penetração profunda, deve-se tomar cuidado para não adicionar o arame de soldagem muito rápido. Não danificará os pequenos orifícios da poça de fusão. Experimentos têm mostrado que, ao usar soldagem a laser de fio, sob outras condições de soldagem inalterada. A largura da solda é mais estreita do que quando nenhum fio é adicionado. Isso ocorre porque o derretimento do fio de enchimento consome parte da luz sob a mesma entrada de calor. Energia, a energia usada para derreter o material de base é correspondentemente reduzida.