Influencia de los parámetros del proceso láser en la soldadura.

1.1 Plano de enfoque

1.1.1 Definición de enfoque:La distribución de energía de la sección transversal del haz es como se muestra en la figura de la izquierda, y la sección longitudinal de la distribución de energía del haz también es como se muestra en la figura de la izquierda. El haz sale del láser y, después de pasar a través de la lente de enfoque colimador, se enfocará en una posición determinada, formando una cintura del haz. Este punto tiene la característica de que el punto es el más pequeño y la densidad de energía del haz es la más alta, que es el punto focal.

La distribución de la energía láser es estrictamente simétrica a lo largo del plano focal. A través del fenómeno físico de la interacción del láser con los materiales, se puede determinar el límite de energía, determinando así la posición central del punto focal.

1.2 La base para juzgar las coordenadas de los límites.:El límite entre áreas con salpicaduras y sin salpicaduras; La longitud y el brillo de la llama de plasma del límite superior (luz de fuego) y el estado correspondiente de la llama de plasma del límite inferior (luz de fuego), tomando el valor medio; El plano donde el sonido es más fuerte y la reacción física es más intensa.

1.3 Cómo determinar el plano focal:

1.3.1. El primer paso es establecer el punto de referencia

Posicionamiento aproximado:

Si no está seguro de la ubicación aproximada de la profundidad de enfoque, primero puede mover el eje Z hacia donde el punto de la luz roja coaxial es más pequeño, que generalmente está cerca de la profundidad de enfoque; Encuentre el punto guía más pequeño y luego busque los límites superior e inferior de la energía del punto focal.

Precauciones:

Con la misma configuración de trayectoria de luz externa, diferentes potencias darán como resultado diferentes profundidades de enfoque. Por lo tanto, al determinar el punto focal, la potencia debe establecerse lo más baja posible para que sea más fácil establecer los límites.

1.3.2 Paso 2 Método del punto de pulso: verifique las uniones de soldadura

Busque las coordenadas del estado crítico de desenfoque positivo y negativo, el punto medio de las dos coordenadas se toma como coordenadas de enfoque.

Método de punteo por pulso: observe las chispas

Por supuesto, también puede escuchar el sonido, en cuanto a qué característica elegir para juzgar, depende de la situación del láser y el material en el sitio, y se debe elegir la que sea más conveniente para juzgar.

También tenga en cuenta:

1） Asegúrese de no emitir luz continuamente en la misma posición (golpear la superficie lisa del material y el punto de soldadura donde las diferencias características son grandes causará un error de juicio significativo);

2）El material utilizado para encontrar el punto focal debe ser plano, sin cambios de altura y la superficie debe estar limpia;

3）Busque el punto focal varias veces y tome el valor promedio para reducir el error.

1.3.3 Determinación del plano focal mediante el método de la línea oblicua

Notas sobre la reducción:

Placa de acero general:

1） Para semiconductores, utilice alrededor de 500 W o menos; para fibra óptica, bastarán unos 300W;

2）La velocidad se puede configurar entre 80-200 mm/s;

3) Cuanto mayor sea el ángulo de bisel de la placa de acero, mejor, preferiblemente entre 45 y 60 grados; el punto medio se encuentra en el foco de posicionamiento aproximado del punto guía más pequeño y brillante.

Luego comienza a marcar la línea. ¿Qué efecto debe lograr el marcado? Teóricamente, esta línea se distribuirá simétricamente alrededor del punto focal y la trayectoria experimentará un proceso de aumento de pequeño a grande y luego disminuir nuevamente, o disminuir de grande a pequeño y luego aumentar nuevamente.
Para semiconductores, busque el punto más delgado. La placa de acero se vuelve blanca en el punto focal con características de color evidentes, que también pueden servir como base para localizar el punto focal. En segundo lugar, para la fibra óptica, intente controlar que la parte trasera sea ligeramente translúcida. Si es ligeramente translúcido en el punto focal, eso indica que el punto focal está en el punto medio de la longitud ligeramente translúcida de la parte trasera.

1.3.4 Punteado en espiral: galvanómetro para encontrar el foco

Cuando el modo único se combina con un galvanómetro, a veces es difícil encontrar el punto crítico de las características físicas debido a la relación de aumento excesivamente grande. Por lo tanto, se deriva un método para marcar una línea espiral, utilizando una entrada de energía más densa, para determinar el punto focal.

1）Cree una línea en espiral dentro del marco del galvanómetro y céntrela.
Establezca los parámetros de la hélice:

•Radio del punto de partida 0.5 mm.

•Radio del punto final 1.5 mm.

•Paso en espiral de 0.5 mm;

(*El radio del punto final de la línea espiral no debe establecerse demasiado grande; generalmente es apropiado entre 1 mm y 2 mm).

2）El soldadura La velocidad generalmente debe establecerse en ≥100 mm/s. Si la velocidad es demasiado lenta, el efecto de soldadura con alambre en espiral no es obvio. La velocidad recomendada es 150 mm/s.

1.4 Soldadura velocidad

El sistema soldadura por láser El sistema se compone de un láser, fibra de transmisión, cabezal de enfoque colimador o galvanómetro, etc. La luz que sale de la fibra es divergente y necesita ser convertida en luz paralela mediante una lente colimadora y luego convertida en un estado enfocado (lupa). efecto cristal) a través de una lente de enfoque. Los parámetros clave durante la depuración del proceso láser incluyen: velocidad, industria , cantidad de desenfoquey gas protector, etc. Generalmente, el informe de proceso proporcionado por los ingenieros de procesos cuando se realizan pruebas en el laboratorio contiene principalmente los cuatro parámetros anteriores, así como la configuración del modelo láser elegido.

1.4.1 Efecto de la velocidad en la calidad de la soldadura: energía de línea

En términos generales, antes de decidir qué parámetros elegir para una pieza de trabajo, es necesario determinar primero la velocidad de procesamiento. Esto requiere comunicación con el cliente para satisfacer sus demandas, como los requisitos de ritmo de producción y las demandas de producción. A partir de estos, puede deducir aproximadamente la velocidad requerida y luego realizar la depuración del proceso sobre esta base.

Durante los soldadura por láser En el proceso, la velocidad de soldadura afecta directamente la densidad de energía de la línea del rayo láser, lo que afecta significativamente el tamaño de la costura de soldadura. Mientras tanto, bajo diferentes velocidades de soldadura, el patrón de flujo del baño de fusión durante el proceso de soldadura láser también varía.

Aumento de la velocidad de un láser de fibra única: Esto hará que la energía de la línea disminuya y la costura de soldadura cambiará de gruesa a delgada. Pasará de soldadura de penetración profunda a soldadura por conducción hasta que no quede ninguna marca de soldadura debido a la falta de fusión. Generalmente, la velocidad no se ajusta demasiado. Para materiales altamente reflectantes, si hay mucha soldadura de segmentos o falta de fusión, reducir la velocidad puede resolver algunos de los problemas. Esto incluye reducir la zona afectada por el calor y la energía de la línea para algunas piezas estructurales con piezas de plástico en los bordes o en soldaduras en capas aumentando la velocidad.

Soldadura por pulsos: la velocidad afecta la tasa de superposición;

Soldadura láser continua: El principio básico de cómo la velocidad afecta la soldadura es que afecta la distribución de energía de la línea y, por lo tanto, la duración de la acción del láser. Esto a su vez conduce a niveles variables de profundidad y anchura de fusión metalográfica. La regla de influencia se ilustra en la siguiente imagen:

El ancho de fusión disminuye a medida que aumenta la velocidad de soldadura; la profundidad de fusión también disminuye a medida que aumenta la velocidad de soldadura; aumentar la velocidad puede reducir hasta cierto punto defectos como socavaduras y salpicaduras.

1.5 Potencia de soldadura

La entrada de energía de la soldadura láser suele estar representada por la densidad de energía (potencia del láser dividida por el área del punto, en unidades de w/cm²) y la entrada de calor (potencia del láser dividida por la velocidad de soldadura, en unidades de w/cm²). El primero describe la intensidad de la energía láser en el rango espacial, mientras que el segundo describe la acumulación de energía láser a lo largo del tiempo.

La relación simple entre potencia, profundidad de fusión y ancho de fusión es como se muestra en la imagen. En términos generales: cuanto mayor sea la potencia, la profundidad y el ancho de la fusión aumentarán con la potencia. Soldadura por láser tiene un umbral de energía. Por debajo de este umbral, se llama soldadura por conducción de calor, por encima de él, se llama soldadura de penetración profunda. La diferencia es que la soldadura de penetración profunda tiene un ojo de cerradura.

Los defectos comunes causados ​​por energía insuficiente incluyen: soldadura falsa, profundidad de fusión poco profunda y marcas de soldadura poco claras; Los defectos debidos a una potencia excesiva incluyen: penetración de soldadura, salpicaduras grandes, bordes ondulados y socavaduras.

La relación entre potencia y profundidad y ancho de fusión.: Cuanto mayor sea la potencia, mayor será la profundidad y el ancho de la fusión.

1.5.1 Mancha en forma de anillo:

El láser de anillo interior es el principal responsable de la profundidad de fusión, a medida que aumenta la potencia, aumenta la profundidad de fusión.

El láser del anillo exterior tiene un impacto menor en la profundidad de la fusión y afecta principalmente al ancho de la fusión. A medida que aumenta la potencia del anillo exterior, la apariencia de la costura de soldadura se vuelve más suave y aumenta el ancho de fusión.

1.6 Desenfoque

El desenfoque es la distancia entre el plano focal del láser y la superficie de la pieza a soldar. Cuando el plano focal está por encima de la superficie de la pieza de trabajo, se trata de un desenfoque positivo; cuando el plano focal está debajo de la superficie de la pieza de trabajo, se trata de un desenfoque negativo. Naturalmente, cuando el plano focal está en la superficie de la pieza de trabajo, el desenfoque es cero. El desenfoque es un parámetro importante en la soldadura láser. Dado que el rayo láser se enfoca en un punto focal para hacer converger la energía para soldar mediante la lente dentro del cabezal láser en la distancia focal, por lo tanto, desde un punto de vista óptico, cambiar el desenfoque de la soldadura por láser esencialmente cambia el área del punto de acción del rayo láser, cambiando así la densidad de potencia del láser.

Generalmente, cuando se especifica una ventana de proceso, es necesario establecer un rango de desenfoque, principalmente para piezas de trabajo con superficies de alta reflectividad, como acero inoxidable, aleaciones de aluminio, etc. Debido a que estos materiales tienen superficies similares a espejos, si el desenfoque es demasiado grande , la energía unitaria será demasiado baja para derretir rápidamente la superficie del material, lo que provocará que una cierta cantidad de energía láser se refleje y dañe la lente del cabezal de soldadura y la cara final de la fibra.

Al mismo tiempo, después de seleccionar el diámetro del núcleo de la fibra, si el espacio entre las piezas de trabajo es demasiado grande y puede haber una situación en la que el láser se escape sobre la costura, se puede utilizar el desenfoque como solución para agrandar el punto, con lo que se puede utilizar el desenfoque como solución para agrandar el punto. aumentando el área calentada y asegurando que la piscina fundida cubra la costura para evitar fugas de luz.

Generalmente se elige que el desenfoque sea positivo y no se selecciona ni el punto focal ni el desenfoque negativo porque: la energía del láser se concentra principalmente en el centro del punto focal. Cuando el punto focal está en la superficie o dentro de la pieza de trabajo, la densidad de potencia del láser dentro del baño fundido es demasiado alta, lo que puede causar fácilmente salpicaduras de soldadura, superficies de soldadura rugosas e irregularidades.

La relación entre desenfoque y profundidad y ancho de fusión:

La profundidad de fusión disminuye a medida que aumenta el desenfoque, y la profundidad de fusión con desenfoque negativo es mayor que con desenfoque positivo; el ancho de la fusión aumenta primero y luego disminuye a medida que aumenta el desenfoque.

1.7 Gas de protección

Gas de protección: Existen muchos tipos de gases de protección. En las líneas de producción industrial, se suele utilizar nitrógeno para controlar los costes. En los laboratorios, el argón es la opción principal, pero también se utilizan helio y otros gases inertes, normalmente en circunstancias especiales. Los tres más utilizados son nitrógeno, argón y helio.

Gracias soldadura por láser Es un proceso de reacción vigorosa a alta temperatura, donde el metal se funde y se evapora; el metal es muy activo a altas temperaturas. Una vez que encuentre oxígeno, se producirá una reacción violenta, caracterizada por una gran cantidad de salpicaduras y una superficie de soldadura rugosa y desigual. Por lo tanto, el propósito del gas protector es crear un ambiente libre de oxígeno dentro de un rango pequeño (cerca del baño fundido) para evitar que reacciones de oxidación violentas causen soldaduras deficientes y una apariencia rugosa.

1.7.1 Efectos de los diferentes gases protectores

El vapor de metal absorbe los rayos láser y se ioniza formando una nube de plasma. Si hay demasiado plasma, el plasma consume hasta cierto punto el rayo láser. El gas protector puede dispersar la columna de vapor metálico o la nube de plasma, reduciendo su efecto protector sobre el láser y aumentando la utilización efectiva del láser.
Al mismo tiempo, el láser de alta energía ioniza también el gas protector. Debido a las diferentes energías de ionización, diferentes gases protectores tendrán diferentes efectos protectores sobre el láser.

Según investigaciones experimentales, la clasificación de la energía de ionización es: Helio > Nitrógeno > Argón.

• El helio es el que tiene menos probabilidades de ionizarse bajo la acción de un láser y tiene el menor impacto en el proceso de soldadura.

• El argón tiene baja reactividad y es un gas inerte. No reacciona con el material y se usa comúnmente en laboratorios.

• El nitrógeno es un gas reactivo porque puede reaccionar con materiales metálicos. Generalmente se utiliza en situaciones donde no existen requisitos de alta resistencia, especialmente por parte de empresas de líneas de producción que consideran los costos.

1.7.2 Efecto de soplar gas protector en diferentes ángulos

¿Cómo aplicar gas protector de soplado lateral?

• El ángulo y la altura del gas protector que sopla lateralmente afectan directamente el área de cobertura del gas protector y la posición en la que actúa sobre el ojo de la cerradura del charco fundido;

• Generalmente, se deben hacer coincidir diferentes diámetros de tubería y caudales de gas protector según el tamaño del baño fundido de soldadura para garantizar el efecto protector;

• El mejor ángulo para el gas protector es de 45 a 60°, lo que puede ampliar efectivamente la abertura del ojo de la cerradura y reducir las salpicaduras.

Gas protector de soplado lateral

Ventajas: Es beneficioso para dispersar el plasma y soplar de adelante hacia atrás puede suprimir eficazmente las salpicaduras.

Impacto: Puede provocar un aumento de la porosidad.

Gas protector de soplado directo

Ventajas:

• El soplado directo puede asegurar eficazmente el área de cobertura del gas protector sobre el charco fundido, proporcionando así una buena protección;

• El soplado directo es fácil de usar y no requiere ajustes, aunque se debe prestar atención ya que la escoria de soldadura en la boquilla de cobre puede interferir con la dirección del flujo del gas de protección y la turbulencia puede afectar la efectividad del gas de protección.

Impacto: El soplado directo también puede ampliar eficazmente la abertura del ojo de la cerradura, pero un flujo excesivo de gas protector puede provocar un aumento de la porosidad.