Cos'è la saldatura laser? Qual è l'attuale sviluppo della tecnologia di saldatura laser? In quali campi può essere applicata la tecnologia di saldatura laser?
1. Cos'è la saldatura laser?
In breve, la saldatura laser consente di riscaldare la superficie del pezzo con radiazione laser e il calore superficiale si diffonde all'interno attraverso la conduzione del calore. Quindi, controllando la larghezza, l'energia, la potenza di picco e la frequenza di ripetizione dell'impulso laser, il pezzo viene fuso per formare un pool fuso specifico, raggiungendo così la saldatura.
La saldatura laser può ridurre il calore di ingresso alla quantità minima richiesta, l'intervallo di variazione metallografica della zona colpita dal calore è piccola e anche la deformazione causata dalla conduzione del calore è minima.
La saldatura senza contatto può ridurre al minimo l'usura e la deformazione della macchina. Il raggio laser è facile da focus, allinea e guida da strumenti ottici. Può essere posizionato a una distanza adeguata dal pezzo e può essere guidato tra le macchine o gli ostacoli intorno al pezzo.
Il raggio laser può essere focalizzato su un'area molto piccola, può saldare parti piccole e strettamente distanziate, può saldare una vasta gamma di materiali e può anche unire vari materiali eterogenei.
È facile eseguire saldatura ad alta velocità con automazione e può anche essere controllato digitalmente o tramite computer. Durante la saldatura di materiali sottili o fili di diametro sottile, non ci sono problemi come il ricorso.
2. Qual è lo stato attuale della tecnologia di saldatura laser?
La tecnologia di saldatura laser si è sviluppata insieme allo sviluppo della tecnologia laser. Negli ultimi anni, sono state introdotte nuove fonti di luce come laser blu, laser verde, laser femtosecondo, saldatura oscillata, braccio (anello regolabile) saldatura a punti regolabili e altri nuovi processi sono stati introdotti, che hanno risolto innovatamente alcuni problemi di saldatura nella produzione industriale, che ha consentito la saldatura a laser per essere rapidamente promossa e sviluppata in vari campi di produzione industriale.
(1) Tecnologia di saldatura laser metallica
L'elevata densità di energia del laser consente di saldare alcuni materiali metallici difficili da perdere, ma ci sono ancora alcuni problemi con la saldatura di materiali altamente riflettenti e materiali metallici diversi come oro, argento, rame e alluminio. I motivi principali includono:
① Alta riflettività e alta conducibilità termica, la saldatura laser richiede una potenza di partenza più elevata;
② Durante la saldatura laser ad alta potenza, è sensibile ai cambiamenti nello stato superficiale del materiale, con conseguente scarsa formazione di giunti/saldatura di saldatura;
③La velocità di saldatura laser è rapida, con conseguenti difetti di saldatura come i pori all'interno della saldatura, in particolare le leghe di alluminio e alluminio.
(1.1) Saldatura laser efficiente di leghe di rame e rame
Il rame ha un'eccellente conduttività elettrica e termica ed è ampiamente utilizzato nei campi di produzione di prodotti elettronici e veicoli elettrici. Tra questi, motori, batterie, sensori, cablaggi e terminali sono i più utilizzati.
In passato, la saldatura laser di materiali metallici si basava principalmente sui laser a infrarossi. Tuttavia, la conduttività termica del rame è troppo alta, quasi 5 volte quella del ferro puro e 1,7 volte quella dell'alluminio puro. Il rame ha un basso tasso di assorbimento per i laser a infrarossi. L'uso di laser a infrarossi per la saldatura lineare da sola ha una finestra di processo instabile e la più grande fluttuazione della profondità di fusione, che è soggetta a problemi come schizzi di saldatura, schizzi di metallo fuso, pori e grandi fluttuazioni della profondità di penetrazione.
Pertanto, dopo l'emergere di laser a lunghezza d'onda corta ad alta potenza, la saldatura laser a luce visibile e la saldatura ibrida sono diventati metodi di elaborazione ideali per materiali altamente riflessivi come leghe di rame e rame.
① saldatura laser leggera
Green Laser è una specie di luce visibile con una lunghezza d'onda di 500-560 nm. Il tasso di assorbimento del rame per la luce verde con una lunghezza d'onda di λ=515 nm è alto fino al 40%, che è circa 8 volte la velocità di assorbimento della luce a infrarossi di circa 1 μm e l'efficienza dell'accoppiamento energetico è maggiore. Anche la sensibilità al grado di ossidazione è ridotta.
L'uso del laser verde può ridurre significativamente la potenza di soglia della saldatura di penetrazione profonda in rame, la quantità di spruzzo di fusione e gli schizzi sulla superficie della saldatura è piccola ed è quasi inalterata dalla velocità di saldatura. Se la scansione del raggio, lo defocus del fascio e la corretta modulazione della potenza laser sono aumentati, la qualità di saldatura può essere significativamente migliorata. Mentre il numero di difetti di saldatura è notevolmente ridotto, la superficie di saldatura sarà più regolare e uniforme.
② BLUE LIGHT LASER WALDING
Più corta è la lunghezza d'onda, maggiore è l'energia del fotone, che aiuta ad aumentare il tasso di assorbimento del materiale della luce laser. La lunghezza d'onda del laser blu è di 400 nm ~ 500n. Il laser a semiconduttore basato sul materiale di nitruro di gallio può generare direttamente il laser con una lunghezza d'onda di 450 nm senza ulteriori raddoppio della frequenza. Ha i vantaggi di una struttura semplice, facile utilizzo, efficienza di conversione elettro-ottica e un alto tasso di assorbimento.
Rispetto ai laser in fibra comunemente usati nell'elaborazione industriale, i laser a luce blu hanno un aumento {0}}}% del tasso di assorbimento dei materiali metallici a 450 nm, in particolare l'aumento del tasso di assorbimento di materiali metallici altamente riflessivi come rame e oro. È stato verificato che il consumo di energia richiesto per la saldatura in rame è inferiore dell'84% rispetto a quello dei laser a infrarossi. Ciò significa che quando un laser a infrarossi richiede 10 W di energia laser per saldare i materiali di rame, usando un laser blu richiede solo circa 1 kW o 0,5 kW di potenza.
③ Welding ibrido a raggio doppio
Utilizzando il processo di saldatura composita a doppio raggio di luce visibile a infrarossi, utilizzando un laser a luce visibile di potenza più piccola, il laser a infrarossi può ottenere una saldatura a pennetrazione profonda forzata di rame quando la potenza è inferiore alla potenza di soglia di saldatura di penne di penna profonda e ridurre significativamente gli scatti di saldatura e il costo dell'attrezzatura è basso. La qualità della saldatura è alta e si ritiene avere vantaggi molto eccezionali e buone prospettive di applicazione.
(1.2) saldatura altalena laser di leghe di alluminio
Quando le travi laser a fuoco singolo convenzionali vengono utilizzate per saldare leghe di alluminio, i pori sono difetti comuni. Le ragioni principali della formazione di pori nelle leghe di alluminio sono:
① Il pool di saldatura fusa e il buco della serratura sono soggetti a collasso e instabilità a causa di gravi vibrazioni, che formano pori;
② La solubilità dell'idrogeno nelle leghe di alluminio diminuirà nettamente con la diminuzione della temperatura, con conseguente precipitazione dell'idrogeno supersaturo durante la solidificazione e la formazione di pori di idrogeno. La presenza di pori causerà la concentrazione di stress nella saldatura, che farà sì che la saldatura si rompa durante la solidificazione.
Saldatura a schiera laser. Durante il processo di saldatura, il raggio si muove lungo la direzione della saldatura e oscilla in varie forme come le linee circolari, a forma di {0}} e allo stesso tempo.
Al momento, la realizzazione dell'oscillazione del raggio è principalmente raggiunta da un galvanometro in grado di resistere ai laser ad alta potenza. L'area di azione del raggio della saldatura al swing laser è aumentata, il che aumenta l'area del buco della serratura e la piscina fusa e le dimensioni della radice del pool fuso, migliora la stabilità del buco della serratura e del pool fuso e ha un significativo effetto di miglioramento su difetti come la cattiva fusione e il sottosquadro. Allo stesso tempo, l'agitazione della piscina fusa mediante il raggio di luce oscillante accelera la convezione della piscina fusa, che aumenta la velocità di fuga delle bolle nella piscina fusa e riduce la porosità.
3. Attuale applicazione della tecnologia di saldatura laser in vari campi
La saldatura laser non è oltre il taglio. Al momento, ci sono imprese nel mio paese specializzate nella saldatura laser. All'inizio, la saldatura laser a pompa e YAG erano i metodi principali. Sono tutti saldatura laser a bassa potenza molto tradizionale, che è stata applicata in stampi, personaggi pubblicitari, occhiali, gioielli e altri campi, ma la scala è molto limitata. Negli ultimi anni, con il continuo miglioramento della potenza laser,, soprattutto, i laser a semiconduttore e i laser in fibra hanno gradualmente sviluppato scenari di applicazione di saldatura laser, rompendo il collo di bottiglia tecnico della saldatura laser e aprendo nuovi spazi di mercato.
(1) Applicazione della tecnologia di saldatura laser nella produzione automobilistica
Con lo sviluppo della scienza e della tecnologia e il miglioramento del livello di consumo delle persone e della qualità della vita, i requisiti per l'estetica leggera e artistica dei corpi automobilistici nel campo di produzione automobilistico stanno diventando sempre più alti. La tecnologia di saldatura laser si distingue per il suo eccellente effetto di elaborazione, una buona qualità del prodotto e un'elevata efficienza di lavoro e diventa rapidamente la tema dell'applicazione della tecnologia dei processi di saldatura nel campo di produzione automobilistica.
Nella produzione di veicoli, la tecnologia di saldatura laser viene utilizzata principalmente in processi come la saldatura laser di piastre in acciaio spesso, la saldatura laser di gruppi di automobili e gruppi di sottosistemi e saldatura laser di parti del veicolo. Le case automobilistiche in alcuni paesi europei e americani hanno iniziato ad applicare la tecnologia di saldatura laser relativamente presto, a partire dagli anni '80. Audi, Mercedes-Benz, GM e altri famosi marchi automobilistici hanno iniziato a introdurre la tecnologia di saldatura laser nella produzione e nella produzione dei veicoli in quel momento, che ha promosso l'applicazione e lo sviluppo approfonditi della tecnologia di saldatura laser nel campo della produzione e della produzione dei veicoli.
La saldatura laser di batterie di energia dovrebbe essere la domanda di applicazione di saldatura più accattivante negli ultimi anni, che ha un grande impulso per i produttori di apparecchiature laser. Il secondo dovrebbe essere la saldatura di corpi e parti automobilistiche. La Cina è il più grande mercato automobilistico al mondo, con molte vecchie compagnie automobilistiche e nuove compagnie automobilistiche che emergono continuamente, con quasi 100 marchi automobilistici. La maggior parte dei produttori utilizza tecnologia di saldatura a livello di chilowatt o linee di produzione di saldatura laser automatizzate; Soprattutto nel campo delle batterie di potenza, le principali società di batterie di energia hanno utilizzato un gran numero di attrezzature per saldatura laser.
4. Qual è la tendenza di sviluppo della tecnologia di saldatura laser?
Con l'ulteriore sviluppo e la svolta della tecnologia di saldatura, la sua unicità è più evidente nel processo di ricerca e sviluppo della tecnologia di saldatura laser. La tecnologia di saldatura laser può saldare i materiali metallici in modo rapido ed efficiente. Quando viene generato il raggio laser, a causa delle sue elevate caratteristiche di messa a fuoco, può causare una densità di potenza estremamente elevata nel raggio laser, che consente al raggio laser di rilasciare una grande quantità di energia termica in un tempo molto breve, migliorando così notevolmente l'efficienza della saldatura e garantendo la qualità della saldatura.
Inoltre, a causa del vantaggio di saldatura istantanea della tecnologia di saldatura laser, ha una prospettiva di applicazione molto ampia. Nell'effettiva applicazione della tecnologia di saldatura laser, quando il raggio laser irradia direttamente la superficie del materiale metallico, non influenzerà il materiale metallico al di fuori dell'area di irradiazione, quindi non causa danni significativi alla superficie del materiale metallico durante il processo di saldatura e dopo il completamento del processo di saldatura, non è necessario eseguire l'elaborazione della superficie correlata. Ciò rende la tecnologia di saldatura laser particolarmente adatta per l'elaborazione delle superfici di varie parti di precisione, in modo che anche operazioni di saldatura più difficili possano essere rapidamente raggiunte.
Inoltre, nelle precedenti specifiche tecniche di saldatura, di solito è stabilito che i requisiti del materiale per tutti i materiali di saldatura devono essere coerenti. Con l'uso della tecnologia di saldatura laser, non è necessario avere ottime restrizioni sul materiale dei materiali di saldatura, quindi anche i materiali di saldatura di materiali diversi possono essere facilmente saldati utilizzando la tecnologia di saldatura laser. Si può dire che la formazione e l'applicazione diffusa della tecnologia di saldatura laser hanno effettivamente superato i problemi nella tecnologia di saldatura tradizionale e ha ridotto la difficoltà delle operazioni di saldatura tradizionali.
Dopo oltre mezzo secolo di sviluppo, anche il livello tecnico della tecnologia di saldatura laser è diventato sempre più perfetto ed è stato gradualmente ampiamente utilizzato in campi sempre più industriali.
Nei settori dell'applicazione di aerospaziale, strumenti elettronici, produzione di macchinari, metallurgia in acciaio, produzione automobilistica, attrezzature mediche e altri settori, la tecnologia di saldatura laser svolge un ruolo sempre più grande. Ad esempio, nella produzione di parti automobilistiche, la tecnologia di saldatura laser può essere utilizzata per elaborare e produrre le parti di copertura del veicolo e paesi avanzati come gli Stati Uniti e il Giappone hanno anche applicato la tecnologia di saldatura laser alla produzione di parti aeronautiche in un ambiente di azoto puro.