La soldadura láser se puede realizar mediante un generador láser continuo o pulsado. El principio de la soldadura láser se divide en soldadura por conducción térmica y soldadura por fusión profunda. Una densidad de potencia inferior a 104-105 W/cm² se considera soldadura por conducción térmica, en cuyo caso la profundidad de fusión y la velocidad de soldadura son lentas. Cuando la densidad de potencia es superior a 105-107 W/cm², la superficie del metal se cóncava formando "ojos de cerradura" bajo la acción del calor, formando una soldadura por fusión profunda, que se caracteriza por una alta velocidad de soldadura y una gran relación profundidad-ancho.
Hoy, cubriremos principalmente el conocimiento de los principales factores que afectan la calidad de la soldadura por fusión profunda con láser.
1. Potencia del láser
En la soldadura por fusión profunda con láser, la potencia del láser controla tanto la profundidad de penetración como la velocidad de soldadura. La profundidad de soldadura está directamente relacionada con la densidad de potencia del haz y es función de la potencia del haz incidente y del punto focal del haz. En general, para un haz láser de cierto diámetro, la profundidad de penetración aumenta con el aumento de la potencia del haz.
2. Punto focal
El tamaño del punto del haz es una de las variables más importantes en la soldadura láser, ya que determina la densidad de potencia. Sin embargo, su medición supone un reto para los láseres de alta potencia, a pesar de que existen numerosas técnicas de medición indirecta.
El tamaño del punto límite de difracción del foco del haz puede calcularse según la teoría de difracción, pero el tamaño real del punto es mayor que el valor calculado debido a una reflexión focal deficiente. El método de medición más sencillo es el método de perfil de isotemperatura, que mide el diámetro del punto focal y la perforación tras la combustión del papel grueso y su penetración a través de la placa de polipropileno. Este método, mediante la práctica de la medición, permite comprender la potencia del láser y el tiempo de acción del haz.
3. Gas protector
El proceso de soldadura láser a menudo utiliza gases protectores (helio, argón, nitrógeno) para proteger el baño de fusión, evitando que la pieza de trabajo se oxide en el proceso de soldadura. La segunda razón para usar gas protector es proteger la lente de enfoque de la contaminación por vapores metálicos y la pulverización catódica por gotas de líquido. Especialmente en la soldadura láser de alta potencia, la eyección se vuelve muy potente, es necesario proteger la lente. El tercer efecto del gas protector es que es muy eficaz en la dispersión del blindaje de plasma producido por la soldadura láser de alta potencia. El vapor metálico absorbe el haz láser y se ioniza en una nube de plasma. El gas protector alrededor del vapor metálico también se ioniza debido al calor. Si hay demasiado plasma, el haz láser es de alguna manera consumido por el plasma. Como la segunda energía, el plasma existe en la superficie de trabajo, lo que hace que la profundidad de la soldadura sea menor y la superficie del baño de soldadura más ancha.
¿Cómo elegir el gas de protección adecuado?
4. Tasa de absorción
La absorción láser del material depende de algunas propiedades importantes del mismo, como la tasa de absorción, la reflectividad, la conductividad térmica, la temperatura de fusión y la temperatura de evaporación. De todos estos factores, el más importante es la tasa de absorción.
Dos factores afectan la tasa de absorción del material por el haz láser. El primero es el coeficiente de resistencia del material. Se ha comprobado que la tasa de absorción del material es proporcional a la raíz cuadrada del coeficiente de resistencia, y este varía con la temperatura. En segundo lugar, el estado de la superficie (o acabado) del material influye considerablemente en la tasa de absorción del haz, lo que a su vez influye significativamente en el resultado de la soldadura.
5. Velocidad de soldadura
La velocidad de soldadura influye considerablemente en la profundidad de penetración. Aumentar la velocidad reducirá la profundidad de penetración, pero una velocidad demasiado baja provocará una fusión excesiva de los materiales y la soldadura de la pieza. Por lo tanto, existe un rango de velocidad de soldadura adecuado para un material específico con una potencia láser y un espesor determinados, y la profundidad de penetración máxima se puede obtener con el valor de velocidad correspondiente.
6. Longitud focal de la lente de enfoque
Generalmente, se instala una lente de enfoque en el cabezal de la pistola de soldadura, con una distancia focal de 63 a 254 mm (diámetro de 2,5 a 10 pulgadas). El tamaño del punto de enfoque es proporcional a la distancia focal: cuanto menor sea, menor será el punto. Sin embargo, la longitud de la distancia focal también afecta la profundidad de enfoque; es decir, esta aumenta simultáneamente con la distancia focal, por lo que una distancia focal corta puede mejorar la densidad de potencia. Sin embargo, debido a la pequeña profundidad de enfoque, la distancia entre la lente y la pieza de trabajo debe mantenerse con precisión y la profundidad de penetración no es grande. Debido a la influencia de las salpicaduras y el modo láser durante la soldadura, la profundidad focal más corta utilizada suele ser de 126 mm (diámetro de 5 pulgadas). Se puede seleccionar una lente con una distancia focal de 254 mm (diámetro de 10 pulgadas) cuando la costura es grande o se necesita aumentar el tamaño del punto de soldadura. En este caso, se requiere una mayor potencia de salida del láser (densidad de potencia) para lograr el efecto de perforación de penetración profunda.
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Hora de publicación: 27 de septiembre de 2022