Com a eina de processament avançada, el làser juga un paper cada cop més important en el camp de la soldadura industrial. Tot i que la tecnologia tradicional de soldadura làser pot controlar aquests defectes fins a cert punt, el seu efecte sovint està limitat per paràmetres i processos de soldadura fixos. En els darrers anys, l'aparició de la tecnologia de soldadura per làser oscil·lant proporciona una nova solució per al control dels defectes de soldadura. En introduir l'oscil·lació del feix làser durant el procés de soldadura, la tecnologia pot millorar significativament les característiques dinàmiques del bany de soldadura, optimitzant així la qualitat de la soldadura. La tecnologia de soldadura per làser oscil·lant es basa principalment en el control precís del feix làser i la tecnologia d'oscil·lació per aconseguir una soldadura eficient i d'alta qualitat.
Millorar l'aspecte:
Durant elprocés de soldadura, el feix làser es fa oscil·lar ràpidament i amb precisió per cobrir tota l'àrea de soldadura. Quan el feix es mou al llarg de la direcció de la soldadura, oscil·la en diverses formes, com ara cercle, figura 8 i hèlix. Chen et al. van utilitzar làser oscil·lant per soldar aliatges d'alumini diferents i, en comparació amb la soldadura làser sense oscil·lació, la morfologia de soldadura frontal i posterior de la soldadura làser oscil·lant va millorar significativament. A més, la soldadura làser oscil·lant transversal s'utilitza per augmentar l'adaptabilitat de la folgança de la ranura. En algunes peces de connexió conductora, cal expandir l'àrea de sobrecorrent, també cal expandir la superfície de connexió metàl·lica i també cal fer oscil·lar la soldadura làser per fer que la superfície de connexió metàl·lica es converteixi en "U".
1. (a) i (b) estadístiques de la morfologia de la secció transversal de la soldadura i la mida de la soldadura sota diferents modes d'oscil·lació; (c) Formació de la superfície superior de la soldadura sota diferents modes d'oscil·lació.
Millora la mala fusió de la paret lateral:
El defecte de no fusió de la paret lateral és fàcil de produir en la soldadura làser tradicional de ranura estreta de plaques de gruix mitjà, que és causat per la distribució desigual de l'energia làser a la boca, l'entrada de calor al centre de la ranura és gran i l'entrada de calor a la paret lateral de la ranura és petita, cosa que no pot formar una bona combinació. La mesura clau per resoldre el defecte de la paret lateral no fusionada és augmentar l'entrada de calor a la paret lateral. En el procés de soldadura làser, es pot aconseguir una distribució d'energia més raonable del feix làser a la superfície de la peça a través de l'oscil·lació del feix. Quan l'amplada de la ranura canvia, l'amplitud de l'oscil·lació del feix s'ajusta per coincidir amb l'amplada de la ranura, per tal de formar una entrada de calor efectiva a la paret lateral.
2. Imatge macroscòpica de la soldadura des de la primera capa (L1) fins a la setena capa (L7) per a soldadura làser amb o sense oscil·lació.
Reduir els defectes de porositat:
El mecanisme d'inhibició de l'oscil·lació del làser sobre els porus de soldadura es pot atribuir a la millora de l'estabilitat dels forats petits i a la millora de la fluïdesa del metall líquid. La figura 3 mostra el comportament de flux del grup fos que mostren les partícules traçadores durant el procés de soldadura. L'oscil·lació del feix de llum fa que el forat petit formi un moviment d'agitació rotacional d'alta freqüència i alta velocitat, que promou el desbordament de bombolles i té un efecte d'"atrapament" sobre els porus solidificats. Al mateix temps, l'oscil·lació del feix de llum augmenta l'àrea del forat petit i redueix la probabilitat que la seva inestabilitat col·lapsi per formar bombolles.
3. (a) i (b) trajectòries de les partícules traçadores durant la soldadura; Àrea d'obertura del forat del pany: (c) sense làser oscil·lant (d) làser oscil·lant.
Reduir els defectes de fissures:
L'esquerda tèrmica és un tipus de defecte que es forma en el procés de soldadura a causa de la interacció de la tensió interna i els factors metal·lúrgics, que sovint es troba a la zona afectada per la calor (ZAT) de la soldadura. La formació d'aquestes esquerdes està relacionada amb la vulnerabilitat del material a altes temperatures, la tensió de soldadura i la composició química del material. La tecnologia tradicional de soldadura làser pot produir esquerdes tèrmiques en el procés de soldadura, principalment per les següents raons: en primer lloc, a causa de l'alta entrada d'energia de la soldadura làser, que resulta en un ràpid escalfament i refredament de la zona de soldadura, donant lloc a un gran gradient tèrmic i tensió tèrmica; en segon lloc, la reacció metal·lúrgica en el procés de soldadura pot conduir a la segregació d'elements d'impuresa amb baix punt de fusió, formant una fase fràgil i augmentant la sensibilitat de les esquerdes. Finalment, la ràpida solidificació del material pot conduir a l'heterogeneïtat de la microestructura, i la direcció de creixement dels cristalls columnars és des del grup fos cap al centre, com es mostra a la Figura 4. En aquest cas, la sensibilitat a l'esquerdament augmenta significativament.
4. Mode de solidificació de la soldadura làser (a) soldadura làser convencional (b) soldadura làser oscil·lant.
La tecnologia de soldadura làser oscil·lant pot reduir o eliminar eficaçment l'aparició d'esquerdes calentes mitjançant la introducció del feix làser oscil·lant. Durant el procés de soldadura làser oscil·lant, l'oscil·lació periòdica del feix làser pot promoure el flux de metall a la piscina fosa, millorant així la uniformitat de la microestructura, i el gra creix coaxialment al centre de la piscina fosa, tal com es mostra a la Figura 5. Aquests grans coaxials actuen com una barrera protectora per evitar la propagació d'esquerdes i actuen com una capa d'aïllament tèrmic per evitar una major propagació d'esquerdes. Al mateix temps, el làser oscil·lant ajuda a reduir la formació de fases fràgils a causa de la segregació dels components, reduint el risc d'esquerdament tèrmic.
5. (A) Característiques de la microestructura de solidificació de les soldadures làser convencionals (B) Característiques de la microestructura de solidificació de les soldadures làser oscil·lants (CCW).
En comparació amb la soldadura per autofusió làser, la tecnologia de soldadura làser oscil·lant s'ha reconegut com una manera eficaç de reduir la tendència a la porositat i millorar defectes com la no fusió de les parets laterals. A causa de l'efecte d'agitació del feix sobre el bany fos, té avantatges significatius en la millora de l'ajust del buit, la millora de la uniformitat de la microestructura i el refinament del gra. L'aplicació de la tecnologia de soldadura làser oscil·lant pot fer que la soldadura làser s'utilitzi més àmpliament, i es pot aconseguir una soldadura de precisió eficient amb làser per a peces més grans i soldadures més amples, és a dir, es relaxa el procés bàsic i la precisió del muntatge del producte.
Data de publicació: 21 de febrer de 2025
