Soldadura por conducción térmica y soldadura de penetración profunda.

1.Definición y características de la soldadura por conductividad térmica láser.

La soldadura por conductividad térmica con láser es un método de soldadura por láser. Este modo de soldadura tiene una profundidad de penetración poco profunda y una pequeña relación de profundidad a ancho. Cuando la densidad de potencia es inferior a 10^4~10^5 W/cm2, se clasifica como soldadura por conducción, que se caracteriza por su poca profundidad de fusión. y una velocidad de soldadura más lenta.

Durante la soldadura por conducción térmica, la energía de la radiación láser actúa sobre la superficie del material y la energía de la radiación láser se convierte en calor en la superficie. El calor de la superficie se difunde hacia el interior a través de la conducción térmica, lo que hace que el material se derrita y forme un charco fundido. en el área de enlace entre los dos materiales. El baño fundido avanza junto con el rayo láser, y el metal fundido en el baño fundido no avanza. A medida que el rayo láser avanza, el metal fundido en el baño fundido se solidifica, formando una soldadura que conecta las dos piezas de material.

La energía de la radiación láser solo actúa sobre la superficie del material, y la fusión del material subyacente se lleva a cabo mediante conducción de calor. Después de que la energía del láser es absorbida por la capa delgada de 10 ~ 100 nm en la superficie y se funde, la temperatura de la superficie continúa aumenta, lo que hace que la isoterma de la temperatura de fusión se propague profundamente en el material. La temperatura máxima de la superficie solo puede alcanzar la temperatura de vaporización. Por lo tanto, la profundidad de fusión que se puede lograr con este método está limitada por la temperatura de vaporización y la conductividad térmica. Se utiliza principalmente para soldar piezas delgadas (aproximadamente 1 mm) y pequeñas.

La densidad de potencia del haz utilizado en soldadura es baja. Después de que la pieza de trabajo absorbe el láser, la temperatura solo necesita alcanzar el punto de fusión de la superficie y luego el calor se transfiere al interior de la pieza de trabajo para formar un baño fundido por conducción térmica, por lo que es económico. Además, la costura de soldadura es suave y sin poros, y puede usarse para el procesamiento de soldadura de piezas de apariencia.

Las aplicaciones típicas son soldadura de fregaderos de acero inoxidable, soldadura de fuelles metálicos, soldadura de accesorios de tuberías metálicas, etc.

2.Definición y características de la soldadura láser de penetración profunda.

Cuando la densidad de potencia es superior a 10^5~10^7 W/cm2, la superficie del metal se cóncava en "agujeros" debido al calor, formando una soldadura de penetración profunda, que tiene las características de una velocidad de soldadura rápida y una gran relación de aspecto.

El proceso físico metalúrgico de la soldadura por penetración profunda con láser es muy similar al de la soldadura por haz de electrones, es decir, el mecanismo de conversión de energía se completa a través de la estructura de "agujero pequeño". Bajo irradiación con un haz de densidad de potencia suficientemente alta, el material se evapora para forman pequeños agujeros. Este pequeño agujero lleno de vapor es como un cuerpo negro, absorbe casi toda la energía de la luz incidente, y la temperatura de equilibrio en el agujero alcanza unos 25,000 grados. El calor se transfiere desde la pared exterior de esta alta temperatura. cavidad, lo que hace que el metal que rodea la cavidad se derrita. El pequeño orificio se llena con vapor de alta temperatura generado por la evaporación continua del material de la pared bajo la irradiación del haz. Las paredes del pequeño orificio están rodeadas de metal fundido y el metal líquido está rodeado de materiales sólidos. El flujo de líquido fuera de la pared del orificio y la tensión superficial de la capa de la pared están en fase con la presión de vapor generada continuamente en la cavidad del orificio. y mantener un equilibrio dinámico. El haz de luz ingresa continuamente al pequeño orificio y el material fuera del pequeño orificio fluye continuamente. A medida que el haz de luz se mueve, el pequeño orificio siempre se encuentra en un estado de flujo estable. Es decir, el pequeño agujero y el metal fundido que rodea la pared del agujero avanzan con la velocidad de avance del haz piloto. El metal fundido llena el espacio que queda después de quitar el pequeño orificio y se condensa en consecuencia, y se forma la soldadura. Todo esto sucede tan rápido que las velocidades de soldadura pueden alcanzar fácilmente varios metros por minuto.

La soldadura de penetración profunda de materiales requiere una potencia láser muy alta. A diferencia de la soldadura por conducción de calor, la soldadura de penetración profunda no solo funde el metal, sino que también lo vaporiza. El metal fundido se descarga bajo la presión del vapor del metal para formar pequeños agujeros. El rayo láser continúa iluminando la parte inferior del orificio, lo que hace que el orificio se extienda hasta que la presión de vapor dentro del orificio se equilibre con la tensión superficial y la gravedad del metal líquido. Después de la soldadura de penetración profunda, se formará una soldadura estrecha y uniforme. y su profundidad generalmente será mayor que el ancho de la soldadura. Este proceso tiene las características de una velocidad de procesamiento rápida y una pequeña zona afectada por el calor, por lo que la deformación del material es pequeña.

Las aplicaciones típicas son la soldadura de placas de acero gruesas (10-25 mm) y la soldadura de carcasas de aluminio de baterías eléctricas.

3.Características de la soldadura láser de penetración profunda.

Alta relación de aspecto. Debido a que el metal fundido se forma alrededor de una cámara cilíndrica de vapor de alta temperatura y se extiende hacia la pieza de trabajo, la soldadura se vuelve profunda y estrecha.

Aporte mínimo de calor. Debido a que la temperatura dentro del pequeño orificio es muy alta, el proceso de fusión ocurre extremadamente rápido, la entrada de calor a la pieza de trabajo es muy baja y la deformación térmica y la zona afectada por el calor son pequeñas.

Alta densidad. Porque los pequeños orificios llenos de vapor a alta temperatura favorecen la agitación del baño de soldadura y el escape de gas, lo que da como resultado una soldadura de penetración sin poros. La alta velocidad de enfriamiento después de la soldadura puede refinar fácilmente la estructura de la soldadura.

Soldaduras fuertes. Debido a la fuente de calor caliente y la absorción total de componentes no metálicos, se reduce el contenido de impurezas, se modifica el tamaño de la inclusión y su distribución en el baño fundido. El proceso de soldadura no requiere electrodos ni alambres de relleno, y la zona de fusión está menos contaminado, lo que hace que la resistencia y tenacidad de la soldadura sean al menos iguales o incluso superiores a las del metal base.

Control preciso. Debido a que el punto de luz enfocado es pequeño, la costura de soldadura se puede colocar con alta precisión. La salida del láser no tiene "inercia" y se puede detener y reiniciar a altas velocidades. Se pueden soldar piezas de trabajo complejas utilizando la tecnología de movimiento de haz CNC.

Proceso de soldadura atmosférica sin contacto.Debido a que la energía proviene del haz de fotones y no hay contacto físico con la pieza de trabajo, no se ejerce ninguna fuerza externa sobre la pieza de trabajo. Además, el magnetismo y el aire no tienen ningún efecto sobre la luz láser.

Ventajas de la soldadura láser de penetración profunda:

1）Debido a que el láser enfocado tiene una densidad de potencia mucho mayor que los métodos convencionales, da como resultado una velocidad de soldadura rápida, una pequeña zona afectada por el calor y una pequeña deformación, y también puede soldar materiales difíciles de soldar como el titanio.
2）Debido a que el haz es fácil de transmitir y controlar, no hay necesidad de reemplazar frecuentemente las pistolas y boquillas de soldadura, y no se requiere vacío para la soldadura por haz de electrones, lo que reduce significativamente el tiempo de inactividad y el tiempo auxiliar, por lo que el factor de carga y la eficiencia de producción son altos.
3）Debido al efecto de purificación y la alta velocidad de enfriamiento, la costura de soldadura tiene alta resistencia, dureza y rendimiento general.
4）Debido al bajo aporte de calor promedio y la alta precisión del procesamiento, se pueden reducir los costos de reprocesamiento; Además, los costos operativos de la soldadura láser también son bajos, lo que puede reducir los costos de procesamiento de la pieza de trabajo.
5）Puede controlar eficazmente la intensidad del haz y el posicionamiento preciso, y es fácil realizar el funcionamiento automático.

Desventajas de la soldadura láser de penetración profunda:

1）La profundidad de soldadura es limitada.

2）El ensamblaje de la pieza de trabajo requiere altos requisitos.

3）La inversión única en el sistema láser es relativamente alta