La soldadura per punts és un mètode d'unió d'alta velocitat i rendible. És adequat per connectar components de placa fina amb unions de solapament que no requereixen hermeticitat. Hi ha molts tipus de soldadura per punts, com ara la soldadura per punts per resistència, la soldadura per punts per arc, la soldadura per punts adhesiva,soldadura per punts composta, i soldadura per punts làser. Actualment, la soldadura per punts per resistència s'utilitza àmpliament en la producció. Prenent com a exemple la indústria de l'automòbil, es necessiten de 3.000 a 4.000 punts de soldadura durant el muntatge dels components del panell de la carrosseria del cotxe, cosa que requereix de 250 a 300 robots, juntament amb sistemes de control de suport i altres equips auxiliars. Tanmateix, la soldadura per punts per resistència té poca flexibilitat. Amb el ràpid desenvolupament econòmic, el cicle d'actualització de les formes geomètriques i estructures dels components de l'automòbil s'ha tornat molt curt. L'actualització de nous productes i models requereix un nou tipus de tecnologia de soldadura per punts que sigui eficient i flexible. Per tant, la tecnologia de soldadura per punts làser s'ha convertit gradualment en el focus d'atenció i s'espera que s'apliqui àmpliament en la producció industrial de l'automòbil. En el camp aeroespacial, la soldadura per punts làser també s'està provant com a tecnologia alternativa. Durant molt de temps, les unions de solapament dels productes aeroespacials han utilitzat generalment reblades, cosa que implica molts processos de producció i una gran càrrega de treball. Amb l'aplicació creixent de nous materials com els aliatges d'alumini, els aliatges de titani i els materials compostos, l'adopció de noves tecnologies de soldadura per substituir els mètodes d'unió tradicionals s'ha convertit en una tendència general. Això no només millora l'eficiència de la producció, sinó que també redueix el pes estructural i compleix els nous requisits de disseny estructural, cosa que és de gran importància per als productes aeroespacials. L'alta precisió i l'alta flexibilitat de la soldadura per punts làser li donen avantatges significatius en la producció pràctica, especialment en la indústria aeronàutica, on pot substituir els processos tradicionals com la soldadura per punts per resistència i el reblat.
I. Definició i característiques de la soldadura per punts làser
Definició
La soldadura per punts làser es refereix al procés de fusió i unió de peces mitjançant un únic pols làser (t > 1 ms) o una sèrie de polsos làser a la mateixa posició.
La soldadura per punts amb làser és bàsicament similar a altres processos de soldadura amb làser; l'única diferència és que no hi ha desplaçament relatiu entre el feix làser i la peça durant la soldadura per punts. La soldadura per punts amb làser es divideix en dos tipus: soldadura per conducció tèrmica i soldadura per forat de pany. En la soldadura per punts amb conducció tèrmica, el làser només pot fondre el metall sense vaporitzar-lo. Aquest mètode és més adequat per soldar metalls amb un gruix inferior a 0,5 mm, com ara la soldadura per punts amb làser Nd:YAG de components electrònics. En la soldadura per punts amb làser per forat de pany, el làser pot entrar directament a l'interior del material a través del forat de pany, augmentant la taxa d'utilització de l'energia làser i aconseguint una major profunditat de penetració. La soldadura per punts per resistència tradicional fon les peces per formar punts de soldadura utilitzant la calor de resistència generada pel corrent elèctric, mentre que la font de calor de la soldadura per punts amb làser prové de la radiació làser, donant lloc a formes de punts de soldadura significativament diferents.
Els paràmetres ajustables de la soldadura per punts làser generalment inclouen la potència del làser, el temps de soldadura per punts i la quantitat de desenfoque. Per a la soldadura per punts mitjançant el mode de pols, els paràmetres també inclouen la forma d'ona del pols, la freqüència i el cicle de treball. Entre aquests, la potència del làser afecta principalment la profunditat de penetració del punt de soldadura, mentre que el temps de soldadura per punts té un impacte més gran en la mida lateral del punt de soldadura. Generalment, com més llarg sigui el temps d'acció del làser, més gran serà la mida de les superfícies superior i inferior del punt de soldadura i la mida de la superfície de fusió. Els canvis en la quantitat de desenfoque afecten principalment el diàmetre del punt i la densitat d'energia que actuen sobre la superfície de la peça, tenint així un impacte significatiu en la forma general del punt de soldadura.
Característiques
- Amb el làser com a font de calor, la soldadura per punts ofereix alta velocitat, alta precisió, baixa aportació de calor i mínima deformació de la peça.
- El grau de llibertat en les posicions de soldadura per punts millora considerablement, permetent la soldadura per punts en totes les posicions i realitzant-la fàcilmentsoldadura per punts d'una sola cara, augmentant així significativament la llibertat de disseny de productes.
- La soldadura per punts amb làser té pocs requisits pel que fa a la mida de les unions de solapament. Hi ha restriccions mínimes en paràmetres com ara la quantitat de unions de solapament i la distància entre els punts de soldadura, i no cal tenir en compte l'impacte de la derivació de corrent.
- Per a la soldadura de plaques de gruix desigual, materials diferents i materials especials (aliatges d'alumini, xapes galvanitzades), la soldadura per punts làser té un millor rendiment que els mètodes tradicionals de soldadura per punts.
- No requereix un gran nombre d'equips auxiliars, s'adapta ràpidament als canvis de producte i satisfà les demandes del mercat.
II. Anàlisi de defectes de la soldadura per punts làser
Les esquerdes, els porus i l'enfonsament són els defectes més comuns en la soldadura per punts làser, que s'analitzen un per un a continuació.
1. Esquerdes
Les esquerdes es divideixen en esquerdes superficials i esquerdes longitudinals. Les velocitats d'escalfament i refredament durant la soldadura per punts làser són molt ràpides, cosa que provoca un gran gradient de temperatura entre la zona escalfada i el metall circumdant, cosa que fàcilment condueix a la formació d'esquerdes. L'aparició d'esquerdes està estretament relacionada amb el material; per exemple, els aliatges d'alumini tenen una tendència molt més alta a esquerdar-se durant la soldadura per punts làser que l'acer inoxidable. Un mètode eficaç per suprimir la formació d'esquerdes és optimitzar la forma d'ona del pols per controlar la velocitat de refredament del procés de solidificació del metall i reduir la tensió interna.
2. Porus
Els defectes porosos (porus) en les soldadures per punts làser es poden dividir en porus petits i porus grans. Els porus petits són causats principalment per la disminució de la solubilitat de l'hidrogen en el metall líquid durant la solidificació del metall, així com per la ràpida evaporació del metall al forat del pany i la pertorbació del bany fos. Els porus grans es deuen principalment a la velocitat de refredament massa ràpida durant la soldadura per punts làser, cosa que deixa poc temps perquè el metall al voltant del forat del pany s'ompli. En general, els porus petits són propensos a formar-se en la soldadura per punts de pols llarg, mentre que és probable que es formin porus grans en la soldadura per punts de pols curt.
Hi ha dos llocs on és més probable que apareguin porus en la soldadura per punts amb làser: un és a prop de la zona de fusió al mig del punt de soldadura i l'altre és a l'arrel de la soldadura. Les imatges de fusió capturades per raigs X mostren que els porus propers a la zona de fusió són causats principalment per l'estrenyiment quan es tanca el forat del pany; pel que fa als porus a l'arrel de la soldadura, es formen principalment pel col·lapse del forat del pany a causa de la ràpida desaparició del làser després de la formació del forat del pany.
3. Caiguda
L'enfonsament és un fenomen evident en la soldadura per punts làser. L'enfonsament central a la superfície del punt de soldadura i l'acumulació de metall al seu voltant són causats per la força de retrocés generada per la vaporització del metall que empeny el metall líquid cap a la superfície del punt de soldadura. Durant el procés de refredament, el metall acumulat a la superfície se solidifica ràpidament i no es pot omplir completament. A més, la pèrdua de material causada per l'evaporació ràpida del metall i les esquitxades és un altre factor que contribueix a l'enfonsament central. El temps de pols té un impacte significatiu tant en l'enfonsament de la superfície del punt de soldadura com en la formació de porus. Es poden obtenir punts de soldadura satisfactoris optimitzant la forma d'ona i el temps de pols.
4. Impacte de la quantitat de desenfoque en els punts de soldadura
Els canvis en la quantitat de desenfoque alteren directament el diàmetre del punt i la densitat d'energia. Quan la quantitat de desenfoque augmenta tant en la direcció negativa com en la positiva, significa que el diàmetre del punt augmenta i la densitat d'energia disminueix. Durant la soldadura per punts làser, hi ha una certa relació corresponent entre el diàmetre del punt i la mida del forat inicial del pany format pel làser incident sobre la peça de prova, mentre que la densitat d'energia determina la velocitat d'expansió del grup fos. Quan el valor absolut de la quantitat de desenfoque és petit, el diàmetre del punt làser és petit, la densitat de potència del làser és alta i la velocitat d'expansió del grup fos del punt de soldadura és ràpida, però el diàmetre del forat inicial del pany és petit. Al contrari, quan la quantitat de desenfoque és gran, el diàmetre del forat inicial del pany és gran, però la velocitat d'expansió del grup fos s'alenteix i la mida del punt de soldadura resultant pot no ser gran. Per tant, durant el canvi de la quantitat de desenfoque, l'efecte integral del diàmetre del punt i la densitat de potència superficial del punt de soldadura determina la mida del punt de soldadura.
III. Aplicació de la tecnologia de soldadura per punts làser
La soldadura per punts làser presenta una alta velocitat, una gran profunditat de penetració, una deformació mínima i es pot realitzar a temperatura ambient o en condicions especials amb equips de soldadura senzills. A més, l'aparició de làsers d'impulsos d'alta freqüència (amb una freqüència superior a 40 impulsos per segon) ha permès l'àmplia aplicació de la soldadura per punts làser en el muntatge i la soldadura de microcomponents i components petits en la producció automatitzada en massa. Quan es solden petits components electrònics que requereixen una petita zona afectada per la calor, com ara la connexió entre vidre i metall, la connexió d'unions en circuits semiconductors sensibles a la calor i la connexió entre diferents metalls en cables, la soldadura per punts làser és més avantatjosa que els processos tradicionals de soldadura per punts (per exemple, la soldadura per punts per resistència), amb punts de soldadura sense contaminació i alta qualitat de soldadura. La figura 6-60 mostra un exemple d'aplicació de la soldadura per punts làser en la producció de fars d'automòbils: un làser d'impulsos d'estat sòlid de 500 W genera quatre punts de soldadura similars amb una freqüència d'impulsos molt alta.
Quan es realitza soldadura per punts d'alta precisió en microestructures utilitzant una alta energia de pols, els làsers Nd:YAG pulsats tenen avantatges tècnics i econòmics. En la majoria d'aplicacions industrials de soldadura per punts, s'utilitzen bàsicament làsers d'estat sòlid pulsats amb una potència mitjana de 50 W i una potència de pols > 2 kW. El làser pot actuar directament sobre la peça a través de fibres òptiques o lents d'enfocament combinades.
La soldadura per punts làser és aplicable a una àmplia gamma de materials. Per exemple, quan es solden per punts bateries de Li, utilitzant Nd:Tecnologia de soldadura per punts làser YAGConnectar diferents metalls és més eficient que la soldadura TIG i la soldadura per punts de resistència. En particular, com que les fibres òptiques s'utilitzen per transmetre làsers durant la producció, és convenient moure's ràpidament i amb flexibilitat entre diversos bancs de treball.
En resum, la soldadura per punts làser té les següents característiques:
- Amb l'augment de la potència del làser, el diàmetre de la superfície del punt de soldadura fluctua amunt i avall, mentre que el diàmetre de la superfície de fusió i la superfície inferior augmenten lentament. El canvi en la forma de la secció transversal del punt de soldadura no és evident. A mesura que augmenta la durada, la mida del punt de soldadura augmenta ràpidament i la taxa de canvi del diàmetre de la superfície de fusió és més gran que la dels diàmetres de la superfície superior i inferior. El canvi en la quantitat de desenfoque té un impacte significatiu en la mida del punt de soldadura. Altera directament el diàmetre del punt i la densitat de potència del làser, i l'efecte integral d'aquests dos factors determina la mida del punt de soldadura.
- En el cas de penetració completa, hi ha una flacciditat evident a la superfície de la soldadura per punts làser. Amb l'augment de la potència i la durada del làser, augmenta la profunditat de flacciditat a la superfície del punt de soldadura. Quan la durada o la mida de l'espai és gran, la superfície inferior també pot mostrar indentació.
- A mesura que augmenta la separació, la deformació general del punt de soldadura, l'enfonsament central i la indentació es fan evidents. La superfície de fusió es contrau i la resistència disminueix ràpidament. Actualment, en la soldadura de resistències, bateries i el camp de l'electrònica, s'utilitza habitualment el procés de soldar dos punts simultàniament, que normalment adopta un disseny amb dues fonts de llum làser.
Data de publicació: 27 d'octubre de 2025
