Muntatge de soldadura
1. Bretxa de muntatge i desalineació
La qualitat del muntatge és crucial per garantir la qualitat de la soldadura. Uns espais de muntatge excessius o una desalineació poden causar fàcilment defectes com ara cremades, una mala formació de la soldadura i una penetració incompleta. L'espai de muntatge per a les unions de filete i a topall ha de ser el més petit possible. La taula 8-2 enumera els requisits per a espais i desalineació en la soldadura autògena làser manual.
Per garantir les dimensions de la peça de treball, reduir la deformació i evitar la desalineació de la zona a soldar a causa de la deformació torsional durant la soldadura, normalment es requereix soldadura per punts abans de soldar. El mateix mètode de procés que la soldadura formal s'utilitza per a la soldadura per punts d'acoblament. La longitud de les soldadures per punts és de 20 a 30 mm, i els requisits de qualitat per a les soldadures per punts (per exemple, profunditat de penetració i amplada) són inferiors als de la soldadura formal. Generalment s'utilitza una velocitat de desplaçament més ràpida per a la soldadura per punts que per a la soldadura formal. Amb la premissa de garantir una connexió fiable de les soldadures per punts, les soldadures per punts han de ser planes, llargues i primes, i no han de ser excessivament grans, amples o altes. Les soldadures per punts també requereixen una protecció adequada per evitar l'oxidació.
3. Fixacions i brides
La soldadura làser s'utilitza principalment per asoldadura de placa finaEn la soldadura de xapa fina, la soldadura se sol realitzar a la part frontal de la peça, amb una fusió suficient a la part posterior per aconseguir una soldadura posterior ben formada. Per a la selecció de paràmetres: una baixa entrada de calor pot causar una fusió incompleta a la part posterior; una alta entrada de calor, tot i garantir una penetració completa a la part posterior, pot provocar cremades a causa de la gravetat del metall fos o una amplada de fusió desproporcionada en relació amb el gruix de la peça. Per evitar la cremada, si la peça permet la subjecció, s'han d'utilitzar accessoris per subjectar la peça durant la soldadura de xapa fina: prement la part frontal i col·locant una placa de suport de coure o acer inoxidable a la part posterior. Això evita canvis en els buits de muntatge o desalineació causats per la deformació de la soldadura i evita el col·lapse tèrmic. Quan la peça té una dissipació de calor desigual a través de les regions a causa de raons estructurals, l'ús d'accessoris per equilibrar la dissipació de calor també és eficaç, amb l'objectiu de formar soldadures amb dimensions uniformes tant a la part frontal com a la posterior.
Selecció de paràmetres de soldadura
En general, els paràmetres de soldadura làser inclouen la potència del làser, l'amplada del pols del làser, la quantitat de desenfoque, la velocitat de soldadura i el gas de protecció.
1. Potència làser
Hi ha una densitat de potència làser llindar en la soldadura làser. Per sota d'aquest llindar, la profunditat de penetració és superficial; un cop assolida o superada, la profunditat de penetració augmenta significativament. El plasma es genera només quan la densitat de potència làser a la peça supera el llindar, cosa que indica una soldadura de penetració profunda estable. Per sota del llindar, només es produeix una fusió superficial (soldadura per conducció de calor estable). Prop de la condició crítica per a la formació de forats de pany, la penetració profunda i la soldadura per conducció de calor s'alternen, donant lloc a un procés inestable amb grans fluctuacions en la profunditat de penetració. La potència del làser és un dels paràmetres més crítics en el processament làser i un determinant clau de la profunditat de penetració de la soldadura. Per a un diàmetre de punt enfocat fix, la densitat de potència del làser és proporcional a la potència del làser: una potència més alta augmenta la profunditat de penetració i la velocitat de soldadura. Tanmateix, una potència excessiva provoca un sobreescalfament greu del bany fos, augmenta l'amplada de la soldadura i la zona afectada per la calor (HAZ), i provoca més esquitxades, que poden contaminar la lent de soldadura. Amb una potència alta, la capa superficial es pot escalfar fins al punt d'ebullició i vaporitzar-se significativament en microsegons, cosa que la fa ideal per a processos d'eliminació de material com ara la perforació, el tall i el gravat. Amb menor potència, la superfície triga mil·lisegons a arribar al punt d'ebullició i la capa subjacent es fon abans de la vaporització de la superfície, cosa que facilita una bona soldadura per fusió.
2. Amplada de pols làser
L'amplada d'impuls làser, o "amplada d'impuls", és un paràmetre clau en la soldadura làser pulsada. Està determinada per la profunditat de penetració i la zona de penetració tèrmica (HAZ): les amplades d'impuls més llargues augmenten la HAZ, i la profunditat de penetració augmenta amb l'arrel quadrada de l'amplada d'impuls. Tanmateix, les amplades d'impuls més llargues redueixen la potència màxima, per la qual cosa generalment s'utilitzen per a la soldadura per conducció de calor, formant soldadures amples i poc profundes, especialment adequades per a unions de solapament de plaques primes i gruixudes. Tanmateix, una potència màxima baixa provoca una entrada de calor excessiva, i cada material té una amplada d'impuls òptima per a una profunditat de penetració màxima.
3. Selecció de la quantitat de desenfoque
La posició del punt enfocat és crítica ensoldadura per fusió làserQuan el focus és per sobre de la superfície de la peça, la profunditat de penetració és petita, cosa que dificulta la soldadura per penetració profunda. Quan el focus és per sota de la superfície, la densitat de potència dins de la peça és més alta que a la superfície, cosa que promou una fusió i vaporització més fortes, permetent que l'energia es transfereixi més profundament a la peça i augmentant la profunditat de penetració. Hi ha dos modes de desenfoque: desenfoque positiu (pla d'enfocament per sobre de la peça) i desenfoque negatiu (pla d'enfocament per sota de la peça). A la pràctica, per a plaques gruixudes que requereixen una gran profunditat de penetració, s'utilitza un desenfoque negatiu, amb el focus làser normalment d'1 a 2 mm per sota de la superfície de la peça. Per a plaques primes, es prefereix el desenfoque positiu, amb el focus d'1 a 1,5 mm per sobre de la superfície.
4. Velocitat de soldadura
Amb altres paràmetres fixos, la profunditat de penetració disminueix a mesura que augmenta la velocitat de soldadura, mentre que l'eficiència millora. Les velocitats excessivament altes no compleixen els requisits de penetració; les velocitats excessivament baixes provoquen sobrefusió, soldadures amples, sobreescalfament de zones afectades per la calor i una major tendència a l'esquerdament en calent.soldadura làser pulsada, la velocitat també ve determinada per la freqüència màxima d'impulsos i la superposició de punts requerida: cada punt d'impulsos posterior s'ha de superposar fins a cert punt. Així, per a una potència làser i un gruix de material determinats, hi ha un rang de velocitat òptim, dins del qual s'aconsegueix la màxima profunditat de penetració a una velocitat específica.
5. Gas de protecció
Els gasos inerts s'utilitzen sovint per protegir el bany fos durant la soldadura amb làser. Si bé alguns materials poden no requerir protecció contra l'oxidació superficial, la majoria d'aplicacions sí que ho requereixen. Tradicionalment, l'Ar, el N₂ i l'He s'utilitzen per a la soldadura amb làser d'aliatges d'alumini per evitar l'oxidació. Teòricament, l'He és el més lleuger amb l'energia d'ionització més alta, però a baixa potència i altes velocitats, el plasma és feble, minimitzant les diferències entre els gasos. Els estudis mostren que, en les mateixes condicions, el N₂ indueix més fàcilment la formació de forats de pany a causa de reaccions exotèrmiques amb l'Al; els compostos ternaris d'Al-NO resultants tenen una absorció làser més alta. Tanmateix, el N₂ pur forma fases i porus d'Al-N fràgils a les soldadures. Els gasos inerts, en ser lleugers, s'escapen sense causar porus, fent que els gasos barrejats siguin més eficaços. Recentment, la investigació sobre la soldadura amb làser d'Al utilitzant mescles d'Ar-O₂ i N₂-O₂ ha augmentat.
6. Absorció de materials
L'absorció material de l'energia làser depèn de propietats com l'absortivitat, la reflectivitat, la conductivitat tèrmica, la temperatura de fusió i la temperatura d'evaporació, sent l'absortivitat la més crítica. Els factors que afecten l'absortivitat inclouen:
Resistivitat elèctrica: Per a superfícies polides, l'absortivitat és proporcional a l'arrel quadrada de la resistivitat, que varia amb la temperatura.
Estat de la superfície: Afecta significativament l'absortivitat i, per tant, els resultats de la soldadura.
Consells d'operació i tabús per a la soldadura làser de fibra manual
1. Evitar la radiació d'arc
Soldadores làser de fibra manualsFeu servir làsers de fibra de classe 4 que emetin radiació de (1080 ± 3) nm amb una potència de sortida superior a 1000 W (segons el model). L'exposició directa o indirecta pot danyar els ulls o la pell. Tot i que és invisible, el feix pot causar danys irreversibles a la retina o la còrnia. Utilitzeu sempre ulleres de seguretat làser certificades quan el làser estigui en funcionament. No mireu mai directament el capçal de sortida mentre el làser estigui encès, ni tan sols amb ulleres.
2. Configuració dels paràmetres de soldadura
Ajusteu la potència làser baixa a la pantalla tàctil (com es mostra a la Figura 8-2). Col·loqueu la boquilla de coure del capçal de soldadura contra la peça i premeu l'interruptor de la torxa per emetre làser per soldar. Paràmetres típics: freqüència làser 5000 Hz, velocitat del galvanòmetre 300–600, retard del gas >100 ms, cicle de treball del 100% per a emissió contínua. Ajusteu l'amplada de la soldadura en funció dels espais de muntatge; la potència és ajustable de 0 a 1000 W (0–100% del màxim). Després d'introduir els paràmetres, feu clic a "D'acord" i deseu perquè la configuració tingui efecte.
4. No augmenteu excessivament la velocitat de soldadura
Les soldadures es formen movent la font làser (vegeu la Figura 8-3). La profunditat i l'amplada depenen de la velocitat i la potència, amb velocitats típiques d'1 a 3 m/min, produint superfícies llises i sense incrustacions amb una relació d'aspecte <1. Per a un corrent i un voltatge fixos, el canvi de velocitat afecta directament l'entrada de calor, alterant la penetració i l'amplada. Les velocitats excessivament altes provoquen un escalfament insuficient, la qual cosa comporta una penetració reduïda, amplada estreta, socavament, porus i penetració incompleta.
Neteja mecànica: utilitzeu raspalls d'acer inoxidable o rodes pneumàtiques per eliminar els òxids fins que s'aconsegueixi un acabat blanc brillant. Soldeu immediatament després de polir; torneu a polir si la soldadura es retarda més de 36 hores.
Neteja química: elimineu els òxids mitjançant reaccions químiques (els mètodes varien segons el material). La taula 8-3 enumera els mètodes de neteja química per als aliatges d'alumini. Elimineu l'oli/pols amb dissolvents orgànics (gasolina, alcohol isopropílic) submergint-los, netejant-los i assecant-los.
5. Minimitzar la porositat
Els porus d'hidrogen són habituals en la soldadura làser d'aliatges d'alumini. Reduïu-los eliminant la humitat superficial, l'oli i els òxids. Allargar el temps de refredament de la piscina fosa (augmentant l'amplada del pols) ajuda a que els gasos s'escapin, ja que el cicle tèrmic ràpid de la soldadura làser limita l'alliberament de gas. Eviteu posicions d'enfocament o desenfoque negatiu, on les reaccions intenses de la piscina fosa i la vaporització de l'aliatge augmenten la porositat; utilitzeu una energia més suau mitjançant un desenfocament ajustat per reduir la vaporització.
6. Presteu atenció a la postura de subjecció de la torxa
Les torxes làser de mà (vegeu la figura 8-4) són més pesades que les torxes TIG i tenen cables gruixuts, cosa que provoca fatiga a l'operador. Per a la soldadura durant molt de temps, subjecteu la torxa amb les dues mans, mantingueu el broquet en contacte amb la peça de treball, alineeu visualment la soldadura i estireu la torxa constantment cap a vosaltres mateixos. Ajusteu la postura en funció de la posició de soldadura per minimitzar la fatiga i el nombre de juntes.
7. Prevenir lesions per làser
Un funcionament incorrecte pot causar accidents. Seguiu aquestes normes:
No mireu mai fixament el capçal de sortida del làser durant el funcionament.
No utilitzarlàsers de fibraen ambients foscos/en penombra.
No apunteu mai la llanterna a persones quan el dispositiu estigui actiu.
Utilitzeu barreres metàl·liques a menys de 3 m de la zona de soldadura.
Restringiu l'accés a la zona de soldadura només als operaris.
Feu servir equip de protecció (ulleres de protecció, màscares i guants certificats). No mireu mai el capçal de sortida mentre el làser està encès, ni tan sols amb ulleres de protecció.
Manipuleu la torxa i el cable amb cura (radi de curvatura mínim > 200 mm).
Desactiveu la tecla d'emissió làser quan no la feu servir.
Assegureu-vos de la qualitat de la boquilla per a una protecció eficaç del gas:
Parets interiors llises, concèntriques amb el làser.
Substituïu immediatament els broquets deformats per mantenir un moviment constant de la torxa.
La mida de l'obertura del broquet (vegeu la figura 8-6) afecta la qualitat de la soldadura: les obertures més grans augmenten el flux de gas, accelerant la solidificació i augmentant els riscos de porositat/esquerdament.
8. Eviteu les altes velocitats per a aliatges sensibles a les esquerdes
Soldadura làser manualutilitza torxes galvanòmetres oscil·lants autògenes i sense fil. Les altes velocitats redueixen la penetració, estrenyen les soldadures, provoquen soscaves i interrompen la cobertura del gas protector, cosa que empitjora la protecció. Utilitzeu velocitats més baixes per a aliatges sensibles a les esquerdes.
9. Assegureu-vos de la qualitat de les juntes
Les diferències de temperatura i la soldadura sense fil poden causar cremades, cràters o esquerdes al cràter. Soldeu contínuament per minimitzar les aturades; si les aturades són inevitables (per exemple, canvis de posició, soldadura segmentada), reduïu la velocitat (10 mm) abans d'aturar-se per evitar cràters. Torneu a començar 20 mm darrere del cràter anterior per a més superposició i qualitat.
10. Seguiu el moviment correcte de la torxa
Estireu la torxa cap a vosaltres mateixos (de lluny a a prop) sense oscil·lació lateral. Manteniu una velocitat constant mentre superviseu la formació consistent de la soldadura. Per a la soldadura vertical, utilitzeu el desplaçament cap avall (no cap amunt) per aprofitar la solidificació ràpida i garantir un moviment constant.
11. Eviteu socavaments, petits filetes i col·lapses en soldadures de solapa
Per a les soldadures de solapament, ajusteu l'angle d'incidència del làser de manera que el galvanòmetre cobreixi 2/3 de la placa vertical (vegeu la figura 8-7). Això fon la placa vertical (com a farciment) i 1/3 de la placa base mitjançant la conducció de calor, formant una soldadura de mida suficient després del refredament. Les soldadures de solapament deficients debiliten la resistència de la unió, redueixen la resistència a les esquerdes o provoquen fallades estructurals; eviteu el tall inferior.
12. Reduir la reflectivitat en la soldadura d'aliatge d'alumini
L'alumini reflecteix entre el 60 i el 98% de l'energia làser. La reflectivitat disminueix bruscament al punt de fusió i s'estabilitza quan està fos. L'absortivitat disminueix amb l'augment de l'angle d'incidència; l'absorció màxima es produeix a la incidència normal (ajusteu-ho per protegir la lent). Reduïu la reflectivitat eliminant els òxids mitjançant una neteja mecànica/química.
13. Ús adequat del gas de protecció
El gas protector afecta la formació, la penetració i l'amplada de la soldadura. La majoria dels gasos milloren la qualitat però poden tenir inconvenients:
Ar: Baixa energia d'ionització, alta formació de plasma (reduint l'eficiència del làser) però inert, de baix cost i dens, que cobreix eficaçment el grup fos (ideal per a ús general).
N₂: Energia d'ionització moderada (redueix el plasma millor que l'Ar), però reacciona amb l'alumini/acer al carboni per formar nitrids fràgils, cosa que redueix la tenacitat (no es recomana per a aquests materials). Apte per a acer inoxidable, on els nitrids augmenten la resistència.
14. Cabal de gas de protecció
El gas s'expulsa a través del broquet a una pressió específica. El disseny hidrodinàmic del broquet i el diàmetre de sortida són crítics: prou grans per cobrir la soldadura, però restringits per evitar el flux turbulent (que aspira aire i causa porositat). Per a la soldadura làser manual, el cabal típic és de 7 L/min. Un cabal excessiu remena contaminants a la piscina fosa, comprometent la puresa del gas; seleccioneu el cabal correcte.
15. Posició d'enfocament làser
Posició d'enfocament: Punt més petit, energia més alta: s'utilitza per asoldadura per puntso baix consum energètic i requisits mínims de mida de punt (vegeu la figura 8-8).
Desenfocament negatiu: punt més gran (augmenta amb la distància del focus): adequat per a la soldadura contínua de penetració profunda i la soldadura per punts profunds.
Desenfocament positiu: punt més gran (augmenta amb la distància del focus): adequat per al segellat de superfícies o soldadura contínua de baixa penetració.
Control per a la soldadura de penetració completa: un lleuger canvi de color a la part posterior indica bona qualitat; les marques/penetracions evidents provoquen esquitxades o solcs profunds en la soldadura contínua. Ajusteu el focus, l'energia i la forma d'ona en funció de les mostres. Utilitzeu punts més petits per a materials més prims per evitar que es cremin.
Data de publicació: 21 d'agost de 2025
