Soldagem por condução térmica e soldagem de penetração profunda

1.Definição e características de soldagem por condutividade térmica a laser

A soldagem por condutividade térmica a laser é um método de soldagem a laser. Este modo de soldagem tem profundidade de penetração rasa e pequena relação profundidade-largura. Quando a densidade de potência é inferior a 10 ^ 4 ~ 10 ^ 5 W / cm2, é classificada como soldagem por condução, que é caracterizada por sua profundidade rasa de fusão e velocidade de soldagem mais lenta.

Durante a soldagem por condução térmica, a energia da radiação laser atua na superfície do material, e a energia da radiação laser é convertida em calor na superfície. O calor da superfície se difunde para o interior por meio de condução térmica, fazendo com que o material derreta e formando uma poça derretida na área de ligação entre os dois materiais. A poça fundida avança junto com o feixe de laser, e o metal fundido na poça fundida não se move para frente. uma solda conectando as duas peças de material.

A energia da radiação laser atua apenas na superfície do material, e a fusão do material subjacente é realizada por condução de calor. Depois que a energia do laser é absorvida pela fina camada de 10 ~ 100 nm na superfície e derretida, a temperatura da superfície continua aumentar, fazendo com que a isoterma da temperatura de fusão se propague profundamente no material. A temperatura máxima da superfície só pode atingir a temperatura de vaporização. Portanto, a profundidade de fusão que pode ser alcançada com este método é limitada pela temperatura de vaporização e pela condutividade térmica. É usado principalmente para soldar peças finas (cerca de 1 mm) e pequenas.

A densidade de potência do feixe utilizado na soldagem é baixa. Depois que a peça absorve o laser, a temperatura só precisa atingir o ponto de fusão da superfície e, em seguida, o calor é transferido para o interior da peça para formar uma poça fundida por condução térmica, por isso é econômico. liso e sem poros, podendo ser usado para processamento de soldagem de peças de aparência.

As aplicações típicas são soldagem de pia de aço inoxidável, foles de metal, soldagem de acessórios para tubos de metal, etc.

2.Definição e características de soldagem de penetração profunda a laser

Quando a densidade de potência é superior a 10 ^ 5 ~ 10 ^ 7 W / cm2, a superfície do metal fica côncava em "buracos" devido ao calor, formando soldagem de penetração profunda, que possui as características de velocidade de soldagem rápida e grande proporção de aspecto.

O processo físico metalúrgico da soldagem por penetração profunda a laser é muito semelhante ao da soldagem por feixe de elétrons, ou seja, o mecanismo de conversão de energia é concluído através da estrutura de "pequeno furo". Sob irradiação com um feixe de densidade de potência alta o suficiente, o material evapora para formam pequenos buracos.Este pequeno buraco cheio de vapor é como um corpo negro, absorvendo quase toda a energia da luz incidente, e a temperatura de equilíbrio no buraco atinge cerca de 25,000 graus.O calor é transferido da parede externa desta alta temperatura cavidade, fazendo com que o metal ao redor da cavidade derreta. O pequeno orifício é preenchido com vapor de alta temperatura gerado pela evaporação contínua do material da parede sob a irradiação do feixe. As paredes do pequeno furo são cercadas por metal fundido e o metal líquido é cercado por materiais sólidos. O fluxo de líquido fora da parede do furo e a tensão superficial da camada da parede estão em fase com a pressão de vapor gerada continuamente na cavidade do furo e manter um equilíbrio dinâmico. O feixe de luz entra continuamente no pequeno orifício e o material fora do pequeno orifício flui continuamente. À medida que o feixe de luz se move, o pequeno orifício está sempre em um estado de fluxo estável. Ou seja, o pequeno furo e o metal fundido ao redor da parede do furo avançam com a velocidade de avanço do feixe piloto. O metal fundido preenche a lacuna deixada após a remoção do pequeno orifício e condensa adequadamente, e a solda é formada. Tudo isso acontece tão rapidamente que as velocidades de soldagem podem facilmente atingir vários metros por minuto.

A soldagem por penetração profunda de materiais requer uma potência de laser muito alta. Diferente da soldagem por condução de calor, a soldagem por penetração profunda não apenas derrete o metal, mas também vaporiza o metal. O feixe de laser continua a iluminar a parte inferior do furo, fazendo com que o furo se estenda até que a pressão do vapor dentro do furo se equilibre com a tensão superficial e a gravidade do metal líquido. Após a soldagem de penetração profunda, uma solda estreita e uniforme será formada , e sua profundidade geralmente será maior que a largura da solda. Este processo tem as características de rápida velocidade de processamento e pequena zona afetada pelo calor, portanto a deformação do material é pequena.

As aplicações típicas são a soldagem de placas de aço espessas (10-25 mm) e a soldagem de carcaças de alumínio de baterias de energia.

3.Características da soldagem de penetração profunda a laser

Alta proporção. Como o metal fundido se forma em torno de uma câmara cilíndrica de vapor de alta temperatura e se estende em direção à peça de trabalho, a solda torna-se profunda e estreita.

Entrada mínima de calor. Como a temperatura dentro do pequeno furo é muito alta, o processo de fusão ocorre extremamente rápido, a entrada de calor para a peça é muito baixa e a deformação térmica e a zona afetada pelo calor são pequenas.

Alta densidade. Porque os pequenos furos preenchidos com vapor de alta temperatura favorecem a agitação da poça de soldagem e o escape do gás, resultando em uma solda de penetração sem poros. A alta taxa de resfriamento após a soldagem pode facilmente refinar a estrutura da solda.

Soldas fortes. Devido à fonte de calor quente e à absorção total de componentes não metálicos, o teor de impurezas é reduzido, o tamanho da inclusão e sua distribuição na poça fundida são alterados. O processo de soldagem não requer eletrodos ou fios de enchimento, e a zona de fusão é menos contaminado, tornando a resistência e tenacidade da solda pelo menos igual ou até superior à do metal original.

Controle preciso. Como o ponto de luz focado é pequeno, a costura de solda pode ser posicionada com alta precisão. A saída do laser não tem "inércia" e pode ser parada e reiniciada em altas velocidades. Peças complexas podem ser soldadas usando tecnologia de movimento de feixe CNC.

Processo de soldagem atmosférica sem contato.Como a energia vem do feixe de fótons e não há contato físico com a peça, nenhuma força externa é exercida sobre a peça. Além disso, o magnetismo e o ar não têm efeito sobre a luz laser.

Vantagens da soldagem por penetração profunda a laser:

1) Como o laser focado tem uma densidade de potência muito maior do que os métodos convencionais, ele resulta em alta velocidade de soldagem, pequena zona afetada pelo calor e pequena deformação, e também pode soldar materiais difíceis de soldar, como titânio.
2）Como o feixe é fácil de transmitir e controlar, não há necessidade de substituir frequentemente pistolas e bicos de soldagem, e não há necessidade de vácuo para soldagem por feixe de elétrons, o que reduz significativamente o tempo de inatividade e o tempo auxiliar, portanto, o fator de carga e a eficiência da produção São altas.
3) Devido ao efeito de purificação e alta taxa de resfriamento, a costura de solda tem alta resistência, tenacidade e desempenho geral.
4）Devido à baixa entrada média de calor e alta precisão de processamento, os custos de reprocessamento podem ser reduzidos; além disso, os custos operacionais da soldagem a laser também são baixos, o que pode reduzir os custos de processamento da peça.
5）Ele pode controlar efetivamente a intensidade do feixe e o posicionamento preciso, e é fácil de realizar a operação automática.

Desvantagens da soldagem por penetração profunda a laser:

1) A profundidade de soldagem é limitada.

2) A montagem da peça requer altos requisitos.

3) O investimento único no sistema laser é relativamente alto