O que é soldagem a laser? Qual é o desenvolvimento atual da tecnologia de soldagem a laser? Em que campos a tecnologia de soldagem a laser pode ser aplicada?
1. O que é soldagem a laser?
Em resumo, a soldagem a laser é aquecer a superfície da peça de trabalho com radiação a laser, e o calor da superfície se difunde para o interior através da condução de calor. Então, ao controlar a largura, energia, potência de pico e frequência de repetição do pulso do laser, a peça de trabalho é derretida para formar um pool fundido específico, alcançando assim a soldagem.
A soldagem a laser pode reduzir o calor da entrada para a quantidade mínima necessária, a faixa de mudança metalográfica da zona afetada pelo calor é pequena e a deformação causada pela condução de calor também é mínima.
A soldagem sem contato pode reduzir o desgaste e a deformação da máquina no mínimo. O feixe a laser é fácil de focar, alinhar e guiar por instrumentos ópticos. Ele pode ser colocado a uma distância apropriado da peça de trabalho e pode ser guiado entre as máquinas ou obstáculos ao redor da peça de trabalho.
O feixe a laser pode ser focado em uma área muito pequena, pode soldar pequenas e espaçadas peças, pode soldar uma ampla gama de materiais e também pode se juntar a vários materiais heterogêneos.
É fácil executar soldagem de alta velocidade com automação e também pode ser controlada digitalmente ou por computador. Ao soldar materiais finos ou fios de diâmetro fino, não há problemas como remanescentes.
2. Qual é o status atual da tecnologia de soldagem a laser?
A tecnologia de soldagem a laser se desenvolveu juntamente com o desenvolvimento da tecnologia a laser. Nos últimos anos, novas fontes de luz, como laser azul, laser verde, laser de femtossegundos, soldagem de balanço, soldagem de anel de anel de braço (ringmode ajustável) e outros processos novos processos, que resolveram inovadoramente alguns problemas de soldagem na produção industrial, que permitiram a soldagem laser a ser aprovada e desenvolvida em vários Firields.
(1) Tecnologia de soldagem a laser de metal
A alta densidade de energia do laser possibilita a solda alguns materiais de metal difícil de lavar, mas ainda existem alguns problemas com a soldagem de materiais altamente refletivos e materiais de metal diferente, como ouro, prata, cobre e alumínio. Os principais motivos incluem:
① Alta refletividade e alta condutividade térmica, a soldagem a laser requer uma potência inicial mais alta;
② Durante a soldagem a laser de alta potência, é sensível a alterações no estado superficial do material, resultando em má articulação/solda de solda;
A velocidade de soldagem a laser é rápida, resultando em defeitos de soldagem, como poros dentro da solda, especialmente ligas de alumínio e alumínio.
(1.1) Soldagem a laser eficiente de ligas de cobre e cobre
O cobre possui excelente condutividade elétrica e térmica e é amplamente utilizada nos campos de fabricação de produtos eletrônicos e veículos elétricos. Entre eles, motores, baterias, sensores, arnês de fiação e terminais são os mais amplamente utilizados.
No passado, a soldagem a laser de materiais metálicos dependia principalmente de lasers infravermelhos. No entanto, a condutividade térmica do cobre é muito alta, quase 5 vezes a de ferro puro e 1,7 vezes o de alumínio puro. O cobre tem uma baixa taxa de absorção para lasers infravermelhos. O uso de lasers infravermelhos apenas para soldagem linear possui uma janela de processo instável e a maior flutuação na profundidade de fusão, que é propensa a problemas como respingo de soldagem, respingo de metal fundido, poros e grandes flutuações na profundidade da penetração.
Portanto, após o surgimento de lasers de comprimento de onda curto de alta potência, a soldagem a laser leve visível e a soldagem híbrida tornaram-se métodos de processamento ideais para materiais altamente refletivos, como ligas de cobre e cobre.
① Green Light Laser Soldagem
O laser verde é uma espécie de luz visível com um comprimento de onda de 500-560 nm. A taxa de absorção de cobre para luz verde com um comprimento de onda de λ=515 nm é tão alta quanto 40%, o que é cerca de 8 vezes a taxa de absorção de luz infravermelha de cerca de 1μm e a eficiência do acoplamento de energia é maior. A sensibilidade ao grau de oxidação também é reduzida.
O uso de laser verde pode reduzir significativamente a potência limiar da soldagem de penetração profunda de cobre, a quantidade de spray de fusão e respingos na superfície da solda é pequena e quase não é afetada pela velocidade de soldagem. Se a varredura do feixe, o desfocagem do feixe e a modulação correta de potência do laser aumentar, a qualidade da soldagem pode ser significativamente melhorada. Embora o número de defeitos de solda seja bastante reduzido, a superfície da solda será mais regular e uniforme.
② Blue Light Laser Solding
Quanto menor o comprimento de onda, maior a energia do fóton, o que ajuda a aumentar a taxa de absorção do material de luz a laser. O comprimento de onda do laser azul é de 400nm ~ 500n. O laser semicondutor baseado no material de nitreto de gálio pode gerar diretamente o laser com um comprimento de onda de 450 nm sem dobrar mais frequência. Tem as vantagens de estrutura simples, uso fácil, eficiência de conversão eletro-óptica e alta taxa de absorção.
Comparados com lasers de fibra comumente usados no processamento industrial, os lasers de luz azul têm um aumento {{0}}}% na taxa de absorção de materiais metálicos a 450nm, especialmente o aumento da taxa de absorção de materiais metálicos altamente refletivos, como cobre e ouro. Foi verificado que o consumo de energia necessário para a soldagem de cobre é 84% menor que o dos lasers infravermelhos. Isso significa que, quando um laser infravermelho requer 10 W de energia a laser para soldar materiais de cobre, o uso de um laser azul requer apenas cerca de 1 kW ou 0,5 kW de energia.
Soldagem híbrida de feixe Double
Usando o processo de soldagem composta de viga dupla com fios duplos visíveis infravermelha, usando um laser leve menor de energia, o laser infravermelho pode obter a soldagem forçada de cobre de cobre quando a energia é menor que o limite de soldagem de penetração profunda e reduz significativamente a respingo de soldagem e o custo do equipamento é baixo. A qualidade da soldagem é alta e é considerada como tendo vantagens muito pendentes e boas perspectivas de aplicação.
(1.2) Soldagem a laser de ligas de alumínio
Quando as vigas de laser de foco único convencionais são usadas para soldar ligas de alumínio, os poros são defeitos comuns. As principais razões para a formação de poros em ligas de alumínio são:
① A piscina fundida de soldagem e o buraco da fechadura são propensos ao colapso e instabilidade devido à vibração grave, formando poros;
② A solubilidade do hidrogênio em ligas de alumínio cairá acentuadamente com a diminuição da temperatura, resultando na precipitação de hidrogênio supersaturado durante a solidificação e na formação de poros de hidrogênio. A presença de poros causará a concentração de tensão na solda, o que fará com que a solda quebre durante a solidificação.
Soldagem a laser. Durante o processo de soldagem, o feixe se move ao longo da direção da solda e oscilações em várias formas, como as linhas circulares, 8- e espiral ao mesmo tempo.
Atualmente, a realização do balanço do feixe é alcançada principalmente por um galvanômetro que pode suportar lasers de alta potência. A área de ação do feixe de soldagem a laser é aumentada, o que aumenta a área do buraco da fechadura e o pool fundido e o tamanho da raiz da piscina derretida, melhora a estabilidade do buraco da fechadura e do pool derretido e tem um efeito de melhoria significativo em defeitos como fusão e malhada. Ao mesmo tempo, a agitação da piscina derretida pelo feixe de luz oscilante acelera a convecção da piscina derretida, o que aumenta a velocidade de escape das bolhas na piscina derretida e reduz a porosidade.
3. Aplicação atual da tecnologia de soldagem a laser em vários campos
A soldagem a laser é o mais tardar do que cortar. Atualmente, existem empresas em meu país especializadas em soldagem a laser. Nos primeiros dias, a soldagem a laser e a laser YAG eram os principais métodos. Todos são soldagem a laser de baixa potência, que foi aplicada em moldes, personagens de publicidade, óculos, jóias e outros campos, mas a escala é muito limitada. Nos últimos anos, com a melhoria contínua do poder a laser, mais importante, lasers de semicondutores e lasers de fibra desenvolveram gradualmente cenários de aplicação de soldagem a laser, quebrando o gargalo técnico de soldagem a laser e abrindo um novo espaço de mercado.
(1) Aplicação da tecnologia de soldagem a laser na fabricação de automóveis
Com o desenvolvimento da ciência e da tecnologia e a melhoria do nível de consumo das pessoas e da qualidade de vida, os requisitos para a estética leve e artística dos corpos de automóveis no campo de produção de automóveis estão cada vez mais altos. A tecnologia de soldagem a laser se destaca devido ao seu excelente efeito de processamento, boa qualidade do produto e alta eficiência no trabalho e rapidamente se torna a queridinha da aplicação de tecnologia de processos de soldagem no campo de produção de automóveis.
Na produção de veículos, a tecnologia de soldagem a laser é usada principalmente em processos como soldagem a laser de placas de aço grossas, soldagem a laser de conjuntos de automóveis e conjuntos de subsistema e soldagem a laser de peças de veículos. As montadoras em alguns países europeus e americanos começaram a aplicar a tecnologia de soldagem a laser relativamente cedo, a partir da década de 1980. Audi, Mercedes-Benz, GM e outras marcas de automóveis conhecidas começaram a introduzir a tecnologia de soldagem a laser na produção e manufatura de veículos na época, que promoveu a apropriada aplicação e desenvolvimento da tecnologia de soldagem a laser no campo da produção e fabricação de veículos.
A soldagem a laser de baterias de energia deve ser a demanda de aplicação de soldagem mais atraente nos últimos anos, que tem um grande impulso para os fabricantes de equipamentos a laser. O segundo deve ser a soldagem de corpos e peças de automóveis. A China é o maior mercado de automóveis do mundo, com muitas empresas de automóveis antigas e novas empresas de automóveis emergindo continuamente, com quase 100 marcas de automóveis. A maioria dos fabricantes usa tecnologia de soldagem no nível de quilowatt ou linhas automatizadas de produção de soldagem a laser; Especialmente no campo das baterias de energia, as principais empresas de bateria de energia usaram um grande número de equipamentos de soldagem a laser.
4. Qual é a tendência de desenvolvimento da tecnologia de soldagem a laser?
Com o desenvolvimento e o avanço da tecnologia de soldagem, sua singularidade é mais evidente no processo de pesquisa e desenvolvimento da tecnologia de soldagem a laser. A tecnologia de soldagem a laser pode soldar materiais de metal de maneira rápida e eficiente. Quando o feixe do laser é gerado, devido às suas próprias características de foco, pode causar uma densidade de potência extremamente alta no feixe de laser, o que permite que o feixe de laser libere uma grande quantidade de energia térmica em um tempo muito curto, melhorando bastante a eficiência da soldagem e garantindo a qualidade da soldagem.
Além disso, devido à vantagem instantânea da soldagem da tecnologia de soldagem a laser, ela possui uma perspectiva de aplicação muito ampla. Na aplicação real da tecnologia de soldagem a laser, quando o feixe de laser irradia diretamente a superfície do material metálico, ela não afetará o material metálico fora da área de irradiação; portanto, não causa danos significativos à superfície do material metálico durante o processo de soldagem e, após o processo de soldagem, não há necessidade de realizar o processamento da superfície relacionado. Isso torna a tecnologia de soldagem a laser particularmente adequada para processar as superfícies de várias peças de precisão, para que operações de soldagem mais difíceis também possam ser alcançadas rapidamente.
Além disso, nas especificações técnicas de soldagem anteriores, geralmente é estipulado que os requisitos de material para todos os materiais de soldagem devem ser consistentes. Com o uso da tecnologia de soldagem a laser, não há necessidade de ter grandes restrições ao material dos materiais de soldagem; portanto, mesmo os materiais de soldagem de diferentes materiais podem ser facilmente soldados usando a tecnologia de soldagem a laser. Pode -se dizer que a formação e a aplicação generalizada da tecnologia de soldagem a laser superaram efetivamente os problemas na tecnologia de soldagem tradicional e reduziu a dificuldade das operações tradicionais de soldagem.
Após mais de meio século de desenvolvimento, o nível técnico de tecnologia de soldagem a laser também se tornou cada vez mais perfeito e foi gradualmente amplamente utilizado em cada vez mais campos industriais.
Nos campos de aplicação de aeroespacial, instrumentos eletrônicos, fabricação de máquinas, metalurgia de aço, fabricação de automóveis, equipamentos médicos e outras indústrias, a tecnologia de soldagem a laser desempenha um papel cada vez mais enorme. Por exemplo, na produção de peças automotivas, a tecnologia de soldagem a laser pode ser usada para processar e produzir as partes de cobertura do veículo, e países avançados como Estados Unidos e Japão também aplicaram a tecnologia de soldagem a laser à produção de peças de aviação em um ambiente de nitrogênio puro.