Mètodes de soldadura per a peces micro i petites La soldadura làser és un mètode de soldadura eficient i precís que utilitza un feix làser d'alta densitat d'energia com a font de calor. És una de les aplicacions importants de la tecnologia de processament de materials làser. A la dècada de 1970, s'utilitzava principalment per soldar materials de paret fina i soldadura a baixa velocitat, i el procés de soldadura pertanyia al tipus de conducció tèrmica. Específicament, la radiació làser escalfa la superfície de la peça i la calor de la superfície es difon cap a l'interior a través de la conducció tèrmica. Controlant paràmetres com l'amplada, l'energia, la potència màxima i la freqüència de repetició dels polsos làser, la peça es fon per formar un bany fos específic. A causa dels seus avantatges únics, s'ha aplicat amb èxit a la...Soldadura de precisió de peces micro i petites.La tecnologia de soldadura làser de la Xina es troba entre les més avançades del món. Té la tecnologia i la capacitat per formar components complexos d'aliatge de titani de més de 12 metres quadrats mitjançant làser, i s'ha aplicat en la fabricació de prototips i productes de múltiples projectes de recerca d'aviació nacionals. L'octubre de 2013, un expert xinès en soldadura va guanyar el Premi Brook, el màxim guardó acadèmic en el camp de la soldadura, que va confirmar el nivell de soldadura làser de classe mundial de la Xina.
## Història del desenvolupament El primer feix làser del món es va generar el 1960 excitant cristalls de robí amb una làmpada de flaix. Limitat per la capacitat tèrmica del cristall, només podia produir feixos pulsats molt curts amb baixa freqüència. Tot i que l'energia màxima del pols instantani podia arribar fins a 10^6 watts, encara pertanyia a una sortida de baixa energia. Una vareta de cristall de granat d'itri i alumini dopat amb neodimi (Nd:YAG), amb neodimi (Nd) com a element d'excitació, pot generar un feix làser continu d'una sola longitud d'ona amb una potència d'1-8 kW. El làser YAG, amb una longitud d'ona d'1,06 μm, es pot connectar al capçal de processament làser a través d'una fibra òptica flexible, amb una disposició d'equip flexible i idoneïtat per soldar peces amb un gruix de 0,5-6 mm. El làser de CO₂, que utilitza diòxid de carboni com a excitant (amb una longitud d'ona de 10,6 μm), pot aconseguir una energia de sortida de fins a 25 kW i realitzar soldadura de penetració completa en una sola passada de plaques de 2 mm de gruix. S'ha utilitzat àmpliament en el processament de metalls en el sector industrial. A mitjans de la dècada de 1980, la soldadura làser, com a nova tecnologia, va atreure una àmplia atenció a Europa, els Estats Units i el Japó. El 1985, ThyssenKrupp Steel AG (Alemanya) i Volkswagen AG (Alemanya) van col·laborar per adoptar amb èxit la primera peça en brut soldada per làser del món a la carrosseria de l'Audi 100. A la dècada de 1990, els principals fabricants d'automòbils d'Europa, Amèrica del Nord i Japó van començar a utilitzar àmpliament la tecnologia de peça en brut soldada per làser en la fabricació de carrosseries d'automòbils. L'experiència pràctica tant dels laboratoris com dels fabricants d'automòbils ha demostrat que les peça en brut soldades per làser es poden aplicar amb èxit en la producció de carrosseries d'automòbils. La soldadura làser a mida utilitza energia làser per empalmar i soldar automàticament diversos acers, acers inoxidables, aliatges d'alumini, etc., amb diferents materials, gruixos i recobriments en una placa, perfil o panell sandvitx integrat. Això satisfà els diferents requisits de rendiment dels materials dels components i aconsegueix equips lleugers amb el pes més lleuger, una estructura òptima i el millor rendiment. En països desenvolupats com Europa i els Estats Units,soldadura làser a midaNo només s'utilitza en la indústria de fabricació d'equips de transport, sinó que també s'aplica àmpliament en camps com la construcció, els ponts, la producció de soldadura de plaques d'electrodomèstics i la soldadura de plaques d'acer en línies de laminació (connexió de plaques en laminació contínua). Entre les empreses de soldadura làser de renom mundial hi ha Soudonic (Suïssa), ArcelorMittal Group (França), ThyssenKrupp TWB (Alemanya), Servo-Robot (Canadà) i Precitec (Alemanya). L'aplicació de la tecnologia de peces en brut soldades per làser a la Xina tot just ha començat. El 25 d'octubre de 2002, es va posar oficialment en funcionament la primera línia de producció comercial professional de la Xina per a peces en brut soldades per làser. Va ser introduïda per Wuhan ThyssenKrupp Zhongren Laser Tailor Welding de ThyssenKrupp TWB (Alemanya). Més tard, Shanghai Baosteel Arcelor Laser Tailor Welding Co., Ltd., FAW Baoyou Laser Tailor Welding Co., Ltd. i altres empreses es van posar successivament en producció. El 2003, països estrangers van realitzar la soldadura de filferro de farciment làser de CO₂ de doble feix iSoldadura amb fil d'ompliment làser YAGper a l'estructura del panell de paret inferior d'aliatge d'alumini A318. Aquesta tecnologia va substituir l'estructura tradicional reblada, reduint el pes del fuselatge de l'avió en un 20% i estalviant un 20% del cost. Gong Shuili creia que la tecnologia de soldadura làser tindria un paper important en la transformació i la modernització de la indústria manufacturera tradicional de l'aviació de la Xina. Immediatament va sol·licitar una sèrie de projectes de pre-investigació relacionats, va organitzar un equip de recerca i va liderar la introducció de la tecnologia de "soldadura làser de doble feix" en projectes de recerca a la Xina. Des del principi, va planejar aplicar aquesta tecnologia a la fabricació d'aeronaus. L'equip d'experts xinesos va informar de la tecnologia preliminar a un institut de disseny d'aeronaus i va promoure els avantatges i la viabilitat de la soldadura làser de doble feix. Després de múltiples verificacions i avaluacions, l'institut de disseny va decidir aplicar aquesta tecnologia a la fabricació de panells de paret acanalats per a un determinat avió, aconseguint l'objectiu inicial d'aplicar la tecnologia de "soldadura làser de doble feix" a la fabricació d'aeronaus. Va trencar tecnologies clau com el control de precisió del filferro de farciment per a soldadura làser per a aliatges lleugers, va desenvolupar un dispositiu de soldadura híbrid de filferro de farciment làser de doble feix integrat i innovador, va establir la primera plataforma de soldadura de filferro de farciment làser de doble feix d'alta potència de la Xina, va realitzar la soldadura síncrona de doble feix i doble cara de juntes en T en grans estructures de paret prima i la va aplicar amb èxit a la fabricació de soldadura de peces estructurals clau de panells de paret acanalats per a l'aviació per primera vegada, jugant un paper important en el desenvolupament dels nous avions de la Xina. El 2003, el primer conjunt complet d'equips de soldadura de bandes en línia a gran escala nacional proporcionat per HG Laser va passar l'acceptació fora de línia. Aquest equip integra tall per làser, soldadura i tractament tèrmic, convertint HG Laser en una de les quartes empreses del món capaces de produir aquest tipus d'equips. El 2004, el projecte "Tecnologia i equips de processament combinat de tall per làser d'alta potència, soldadura i tall-soldadura" de HG Laser Farley Laserlab va guanyar el segon premi del Premi Nacional al Progrés de la Ciència i la Tecnologia, convertint-la en l'única empresa làser a la Xina amb la capacitat d'R+D d'aquesta tecnologia i equips. Amb el ràpid desenvolupament de la indústria làser industrial, el mercat ha plantejat requisits més elevats per a la tecnologia de processament làser. La tecnologia làser ha passat gradualment d'una sola aplicació a aplicacions diversificades. Pel que fa al processament làser, ja no es limita al tall o la soldadura individuals. La demanda del mercat d'equips de processament làser integrats que combinin el tall i la soldadura està augmentant, i per tant han sorgit equips integrats de tall i soldadura per làser. HG Laser Farley Laserlab va desenvolupar la màquina de tall i soldadura integrada Walc9030, amb un format ultra gran de 9 × 3 metres, que actualment és l'equip de tall i soldadura per làser integrat de format més gran del món. El Walc9030 és un equip de tall i soldadura de gran format que integra...funcions de tall per làser i soldadura per làserEstà equipat amb un capçal de tall professional i un capçal de soldadura, i els dos capçals de processament comparteixen un feix. La tecnologia de control numèric garanteix que no interfereixin entre si. L'equip pot completar dos processos que requereixen tall i soldadura simultàniament. Pot canviar lliurement entre tallar primer i després soldar, o soldar primer i després tallar, realitzant funcions de tall làser i soldadura amb un sol equip sense necessitat d'equips addicionals. Això estalvia costos d'equip per als fabricants d'aplicacions, millora l'eficiència del processament i el rang de processament. A més, gràcies a la integració del tall i la soldadura, la precisió del processament està totalment garantida i el rendiment de l'equip és eficient i estable. A més, ha superat les dificultats de la deformació tèrmica de les plaques durant la soldadura a mida de plaques ultra grans i la realització estable de camins òptics de vol ultra llargs. Pot soldar dues plaques planes de 6 metres de llargada i 1,5 metres d'amplada alhora, i la superfície soldada és llisa i plana sense postprocessament addicional. Al mateix temps, pot tallar plaques amb una amplada de 3 metres, una longitud de més de 6 metres i un gruix inferior a 20 mm en un procés de conformació sense posicionament secundari. L'Institut d'Automatització de Shenyang, de l'Acadèmia Xinesa de les Ciències, va dur a terme una cooperació internacional amb IHI Corporation (Japó). Seguint l'estratègia nacional de desenvolupament científic i tecnològic d'"introducció, digestió, absorció i reinnovació", va superar diverses tecnologies clau desoldadura làser a mida, va desenvolupar el primer conjunt complet de línies de producció de soldadura làser a mida de la Xina el setembre de 2006, i va desenvolupar amb èxit un sistema de soldadura làser robòtic, realitzant la soldadura làser de corbes planes i espacials. L'octubre de 2013, un expert en soldadura xinès va guanyar el Premi Brook, el màxim guardó acadèmic en el camp de la soldadura. El Welding Institute (TWI, Regne Unit) recomana i nomina candidats cada any de més de 4.000 unitats membres de més de 120 països, i finalment atorga aquest premi a un expert en reconeixement de les seves destacades contribucions a la ciència i la tecnologia de la soldadura o unió i la seva aplicació industrial. Aquest premi no només és un reconeixement de Gong Shuili i el seu equip, sinó també una afirmació del paper d'AVIC en la promoció del progrés de la tecnologia d'unió de materials.
## Paràmetres estructurals
### Equip de treball Està compost per un oscil·lador òptic i un medi col·locat entre els miralls a ambdós extrems de la cavitat de l'oscil·lador. Quan el medi s'excita a un estat d'alta energia, comença a generar ones de llum en fase, que es reflecteixen entre els miralls a ambdós extrems, formant un efecte de concatenació fotoelèctrica. Això amplifica les ones de llum i, quan s'obté prou energia, s'emet el làser. El làser també es pot definir com un dispositiu que converteix fonts d'energia primàries com l'energia elèctrica, l'energia química, l'energia tèrmica, l'energia lumínica o l'energia nuclear en feixos de radiació electromagnètica de freqüències òptiques específiques (llum ultraviolada, llum visible o llum infraroja). Aquesta conversió es pot dur a terme fàcilment en certs medis sòlids, líquids o gasosos. Quan aquests medis s'exciten en forma d'àtoms o molècules, produeixen un feix de llum amb gairebé la mateixa fase i gairebé una sola longitud d'ona: el làser. A causa de la seva propietat en fase i la seva única longitud d'ona, l'angle de divergència és molt petit i es pot transmetre a llarga distància abans de ser altament concentrat per proporcionar funcions com la soldadura, el tall i el tractament tèrmic. ### Classificació dels làsers Hi ha principalment dos tipus de làsers utilitzats per a la soldadura, és a dir, els làsers de CO₂ i els làsers de Nd:YAG. Tant els làsers de CO₂ com els làsers de Nd:YAG són llum infraroja invisible a simple vista. El feix generat pel làser de Nd:YAG és principalment llum d'infraroig proper amb una longitud d'ona d'1,06 μm. Els conductors tèrmics tenen una taxa d'absorció relativament alta per a la llum d'aquesta longitud d'ona, i per a la majoria dels metalls, la reflectivitat és del 20%-30%. El feix d'infraroig proper es pot enfocar a un diàmetre de 0,25 mm utilitzant lents òptiques estàndard. El feix del làser de CO₂ és llum d'infraroig llunyà amb una longitud d'ona de 10,6 μm. La majoria dels metalls tenen una reflectivitat del 80%-90% per a aquest tipus de llum, per la qual cosa es necessiten lents òptiques especials per enfocar el feix a un diàmetre de 0,75-1,0 mm. La potència dels làsers Nd:YAG generalment pot arribar a uns 4.000-6.000 W, i la potència màxima ja ha arribat als 10.000 W. En canvi, la potència dels làsers de CO₂ pot arribar fàcilment als 20.000 W o fins i tot més. Els làsers de CO₂ d'alta potència resolen el problema de l'alta reflectivitat a través de l'efecte forat de pany. Quan la superfície del material irradiada pel punt de llum es fon, es forma un forat de pany. Aquest forat de pany ple de vapor és com un cos negre, que absorbeix gairebé tota l'energia de la llum incident. La temperatura d'equilibri dins del forat de pany arriba a uns 25.000 °C, i la reflectivitat disminueix ràpidament en pocs microsegons. Tot i que l'enfocament del desenvolupament dels làsers de CO₂ encara se centra en el desenvolupament i la investigació d'equips, ja no es tracta d'augmentar la potència màxima de sortida, sinó de com millorar la qualitat del feix i el seu rendiment d'enfocament. A més, quan s'utilitza argó com a gas de protecció per a la soldadura làser de CO₂ amb una potència superior a 10 kW, sovint indueix un plasma fort, cosa que redueix la profunditat de penetració. Per tant, l'heli, que no genera plasma, s'utilitza sovint com a gas de protecció per a la soldadura làser de CO₂ d'alta potència. L'aplicació de combinacions de làser de díodes per excitar cristalls Nd:YAG d'alta potència és un tema important de recerca i desenvolupament, que millorarà considerablement la qualitat dels feixos làser i formarà un processament làser més eficient. L'ús de matrius de díodes directes per excitar i generar làsers a la regió de l'infraroig proper ha aconseguit una potència mitjana d'1 kW i una eficiència de conversió fotoelèctrica de gairebé el 50%. Els díodes també tenen una vida útil més llarga (10.000 hores), cosa que ajuda a reduir el cost de manteniment dels equips làser. El desenvolupament d'equips làser d'estat sòlid bombats per díodes (DPSSL) també està avançant.
Data de publicació: 27 d'agost de 2025
