¿Qué es la soldadura por láser? ¿Cuál es el desarrollo actual de la tecnología de soldadura por láser? ¿En qué campos se puede aplicar la tecnología de soldadura por láser?
1. ¿Qué es la soldadura por láser?
En resumen, la soldadura con láser es calentar la superficie de la pieza de trabajo con radiación láser, y el calor de la superficie se difunde hacia el interior a través de la conducción de calor. Luego, al controlar el ancho, la energía, la potencia máxima y la frecuencia de repetición del pulso láser, la pieza de trabajo se derrite para formar una piscina fundida específica, logrando así la soldadura.
La soldadura con láser puede reducir el calor de entrada a la cantidad mínima requerida, el rango de cambio metalográfico de la zona afectada por el calor es pequeña y la deformación causada por la conducción de calor también es mínimo.
La soldadura sin contacto puede reducir el desgaste y la deformación de la máquina al mínimo. El rayo láser es fácil de enfocar, alinear y guiar por instrumentos ópticos. Se puede colocar a una distancia apropiada de la pieza de trabajo y se puede guiar entre las máquinas u obstáculos alrededor de la pieza de trabajo.
El haz láser se puede centrar en un área muy pequeña, puede soldar piezas pequeñas y cerradas, puede soldar una amplia gama de materiales y también puede unir varios materiales heterogéneos.
Es fácil realizar soldaduras de alta velocidad con automatización, y también se puede controlar digitalmente o por computadora. Al soldar materiales delgados o cables de diámetro delgado, no hay problemas como la remeliación.
2. ¿Cuál es el estado actual de la tecnología de soldadura por láser?
La tecnología de soldadura con láser se ha desarrollado junto con el desarrollo de la tecnología láser. En los últimos años, se han introducido nuevas fuentes de luz como láser azul, láser verde, láser de femtosegundos, soldadura por swing, brazo (modo de anillo ajustable) de soldadura de manchas ajustables y otros procesos nuevos, que han resuelto innovadoramente algunos problemas de soldadura en la producción industrial, lo que ha permitido que la soldadura por láser se promueva rápidamente y se desarrolle en diversos campos de la producción industrial.
(1) Tecnología de soldadura por láser de metal
La alta densidad de energía del láser permite soldar algunos materiales de metal difíciles de soltar, pero todavía hay algunos problemas con la soldadura de materiales altamente reflectantes y materiales metálicos diferentes como oro, plata, cobre y aluminio. Las razones principales incluyen:
① Una alta reflectividad y alta conductividad térmica, la soldadura por láser requiere un poder de inicio más alto;
② En cuanto a la soldadura con láser de alta potencia, es sensible a los cambios en el estado de la superficie del material, lo que resulta en una formación de articulación/soldadura de soldadura deficiente;
③ La velocidad de soldadura por láser es rápida, lo que resulta en defectos de soldadura como los poros dentro de la soldadura, especialmente las aleaciones de aluminio y aluminio.
(1.1) soldadura láser eficiente de aleaciones de cobre y cobre
El cobre tiene una excelente conductividad eléctrica y térmica y se usa ampliamente en los campos de fabricación de productos electrónicos y vehículos eléctricos. Entre ellos, los motores, baterías, sensores, arneses de cableado y terminales son los más utilizados.
En el pasado, la soldadura por láser de materiales metálicos se basaba principalmente en láseres infrarrojos. Sin embargo, la conductividad térmica del cobre es demasiado alta, casi 5 veces la de hierro puro y 1.7 veces la de aluminio puro. El cobre tiene una baja tasa de absorción para los láseres infrarrojos. El uso de láseres infrarrojos para soldadura lineal solo tiene una ventana de proceso inestable y la mayor fluctuación en la profundidad de fusión, que es propensa a problemas como la salpicadura de soldadura, salpicaduras de metal fundido, poros y grandes fluctuaciones en la profundidad de la penetración.
Por lo tanto, después de la aparición de láseres de longitud de onda corta de alta potencia, la soldadura láser de luz visible y la soldadura híbrida se han convertido en métodos de procesamiento ideales para materiales altamente reflectantes, como aleaciones de cobre y cobre.
①Green Light Láser Soldadura
El láser verde es una especie de luz visible con una longitud de onda de 500-560 nm. La tasa de absorción de cobre para la luz verde con una longitud de onda de λ=515 nm es tan alta como 40%, que es aproximadamente 8 veces la velocidad de absorción de la luz infrarroja de aproximadamente 1 μm, y la eficiencia de acoplamiento de energía es mayor. La sensibilidad al grado de oxidación también se reduce.
El uso de láser verde puede reducir significativamente la potencia umbral de la soldadura de penetración profunda de cobre, la cantidad de pulverización y salpicaduras en la superficie de la soldadura es pequeña, y casi no se ve afectada por la velocidad de soldadura. Si el escaneo del haz, el desenfoque del haz y la modulación correcta de la potencia del láser se incrementan, la calidad de soldadura puede mejorarse significativamente. Si bien el número de defectos de soldadura se reduce considerablemente, la superficie de soldadura será más regular y uniforme.
② Soldadura láser de luz negra
Cuanto más corta sea la longitud de onda, mayor es la energía del fotón, lo que ayuda a aumentar la tasa de absorción del material de la luz láser. La longitud de onda del láser azul es de 400 nm ~ 500n. El láser semiconductor basado en el material de nitruro de galio puede generar directamente láser con una longitud de onda de 450 nm sin duplicar la frecuencia adicional. Tiene las ventajas de estructura simple, fácil uso, eficiencia de conversión electroóptica y alta tasa de absorción.
En comparación con los láseres de fibra comúnmente utilizados en el procesamiento industrial, los láseres de luz azul tienen un aumento {0}}% en la tasa de absorción de los materiales metálicos a 450 nm, especialmente el aumento en la tasa de absorción de materiales metálicos altamente reflectantes, como el cobre y el oro. Se ha verificado que el consumo de energía requerido para la soldadura de cobre es 84% más bajo que el de los láseres infrarrojos. Esto significa que cuando un láser infrarrojo requiere 10 W de potencia láser para soldar materiales de cobre, usar un láser azul solo requiere aproximadamente 1 kW o 0.5 kW de potencia.
③ Soldadura híbrida de haz de doble viga
Utilizando el proceso de soldadura compuesta de doble haz de luz infrarroja-visible, utilizando un láser de luz visible de potencia más pequeño, el láser infrarrojo puede lograr la soldadura de cobre de penetración profunda forzada cuando la potencia es más baja que la potencia del umbral de soldadura de la penetración profunda y reducir significativamente la patanza de soldadura, y el costo del equipo es bajo. La calidad de soldadura es alta y se considera que tiene ventajas muy excelentes y buenas perspectivas de aplicaciones.
(1.2) Soldadura por láser de aleaciones de aluminio
Cuando se usan vigas láser de enfoque único convencionales para soldar aleaciones de aluminio, los poros son defectos comunes. Las principales razones para la formación de poros en aleaciones de aluminio son:
① La piscina fundida y el ojo de teclado de soldadura son propensos al colapso y la inestabilidad debido a la vibración severa, formando poros;
② La solubilidad del hidrógeno en las aleaciones de aluminio caerá bruscamente con la disminución de la temperatura, lo que resulta en la precipitación de hidrógeno sobresaturado durante la solidificación y la formación de poros de hidrógeno. La presencia de poros causará concentración de estrés en la soldadura, lo que hará que la soldadura se agrieta durante la solidificación.
Soldadura por columpio láser. Durante el proceso de soldadura, el haz se mueve a lo largo de la dirección de la soldadura y se balancea en varias formas, como las líneas circulares, 8- y en forma de espiral al mismo tiempo.
En la actualidad, la realización del balanceo del haz se logra principalmente por un galvanómetro que puede soportar láseres de alta potencia. El área de acción del haz de la soldadura por columpio láser aumenta, lo que aumenta el área del ojo de la cerradura y el grupo fundido y el tamaño de la raíz de la piscina fundida, mejora la estabilidad del ojo de la cerradura y la piscina fundida, y tiene un efecto de mejora significativo en defectos como la fusión deficiente y el socio. Al mismo tiempo, la agitación de la piscina fundida por el haz de luz oscilante acelera la convección de la piscina fundida, lo que aumenta la velocidad de escape de las burbujas en la piscina fundida y reduce la porosidad.
3. Aplicación actual de la tecnología de soldadura por láser en varios campos
La soldadura por láser no es más tardía que cortar. En la actualidad, hay empresas en mi país que se especializan en soldadura por láser. En los primeros días, la soldadura con láser con lámpara y el láser YAG fueron los principales métodos. Todos son soldadura con láser de baja potencia muy tradicional, que se ha aplicado en moldes, personajes publicitarios, gafas, joyas y otros campos, pero la escala es muy limitada. En los últimos años, con la mejora continua de la potencia del láser, lo que es más importante, los láseres de semiconductores y los láseres de fibra han desarrollado gradualmente escenarios de aplicación de soldadura por láser, rompiendo el cuello de botella técnico de soldadura con láser y la apertura de un nuevo espacio de mercado.
(1) Aplicación de la tecnología de soldadura por láser en la fabricación de automóviles
Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología y la mejora del nivel de consumo de las personas y la calidad de vida, los requisitos para la estética liviana y artística de los cuerpos de automóviles en el campo de producción de automóviles se están volviendo cada vez más altos. La tecnología de soldadura por láser se destaca debido a su excelente efecto de procesamiento, buena calidad del producto y alta eficiencia de trabajo, y rápidamente se convierte en la favorita de la aplicación de tecnología de procesos de soldadura en el campo de producción de automóviles.
En la producción de vehículos, la tecnología de soldadura por láser se usa principalmente en procesos como soldadura con láser de placas de acero gruesas, soldadura con láser de conjuntos de automóviles y conjuntos de subsistema, y soldadura con láser de piezas de vehículos. Los fabricantes de automóviles en algunos países europeos y estadounidenses comenzaron a aplicar tecnología de soldadura por láser relativamente temprano, a partir de la década de 1980. Audi, Mercedes-Benz, GM y otras marcas de automóviles conocidas comenzaron a introducir tecnología de soldadura por láser en la producción y fabricación de vehículos en ese momento, lo que promovió la aplicación en profundidad y el desarrollo de la tecnología de soldadura por láser en el campo de la producción y fabricación de vehículos.
La soldadura con láser de las baterías eléctricas debe ser la demanda de aplicaciones de soldadura más llamativa en los últimos años, lo que tiene un gran impulso para los fabricantes de equipos láser. El segundo debe ser la soldadura de cuerpos y piezas de automóviles. China es el mercado de automóviles más grande del mundo, con muchas compañías automotrices antiguas y nuevas compañías de automóviles que emergen continuamente, con casi 100 marcas de automóviles. La mayoría de los fabricantes utilizan tecnología de soldadura a nivel de kilovatio o líneas de producción automatizadas de soldadura con láser; Especialmente en el campo de las baterías eléctricas, las nuevas compañías de baterías de energía han utilizado una gran cantidad de equipos de soldadura por láser.
4. ¿Cuál es la tendencia de desarrollo de la tecnología de soldadura por láser?
Con el desarrollo adicional y el avance de la tecnología de soldadura, su singularidad es más evidente en el proceso de investigación y desarrollo de la tecnología de soldadura por láser. La tecnología de soldadura por láser puede soldar materiales metálicos de manera rápida y eficiente. Cuando se genera el haz láser, debido a sus propias características de enfoque alto, puede causar una densidad de potencia extremadamente alta en el haz láser, lo que permite que el haz del láser libere una gran cantidad de energía térmica en muy poco tiempo, mejorando en gran medida la eficiencia de soldadura y garantizar la calidad de soldadura.
Además, debido a la ventaja de soldadura instantánea de la tecnología de soldadura por láser, tiene una perspectiva de aplicación muy amplia. En la aplicación real de la tecnología de soldadura por láser, cuando el haz láser irradia directamente la superficie del material metálico, no afectará el material metálico fuera del área de irradiación, por lo que no causa daños significativos en la superficie del material metálico durante el proceso de soldadura, y después del proceso de soldadura, no es necesario realizar un procesamiento de superficie relacionado. Esto hace que la tecnología de soldadura por láser sea particularmente adecuada para procesar las superficies de varias piezas de precisión, de modo que también se pueden lograr rápidamente operaciones de soldadura más difíciles.
Además, en las especificaciones técnicas de soldadura anteriores, generalmente se estipula que los requisitos del material para todos los materiales de soldadura deben ser consistentes. Con el uso de la tecnología de soldadura por láser, no es necesario tener excelentes restricciones en el material de los materiales de soldadura, por lo que incluso los materiales de soldadura de diferentes materiales pueden soldar fácilmente con la tecnología de soldadura por láser. Se puede decir que la formación y la aplicación generalizada de la tecnología de soldadura por láser han superado efectivamente los problemas en la tecnología de soldadura tradicional y han reducido la dificultad de las operaciones de soldadura tradicionales.
Después de más de medio siglo de desarrollo, el nivel técnico de la tecnología de soldadura por láser también se ha vuelto cada vez más perfecto, y gradualmente se ha utilizado ampliamente en campos cada vez más industriales.
En los campos de aplicación de los aeroespaciales, los instrumentos electrónicos, la fabricación de maquinaria, la metalurgia de acero, la fabricación de automóviles, los equipos médicos y otras industrias, la tecnología de soldadura por láser juega un papel cada vez más grande. Por ejemplo, en la producción de piezas automotrices, la tecnología de soldadura por láser se puede utilizar para procesar y producir las partes de cobertura del vehículo, y los países avanzados como Estados Unidos y Japón también han aplicado la tecnología de soldadura por láser a la producción de piezas de aviación en un entorno de nitrógeno puro.