Máquina de corte por láser

4 formas de aprender la tecnología de soldadura láser de aleación de aluminio

4 formas de tecnología de soldadura láser de aleación de aluminio

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Con el desarrollo de tecnología láser y tecnología de investigación y desarrollo de aleación de aluminio. Llevar a cabo una investigación básica sobre la tecnología de aplicación de soldadura láser de aleación de aluminio. Desarrolle una nueva tecnología de soldadura láser de aleación de aluminio y expanda de manera más efectiva el potencial de aplicación de la estructura de soldadura láser de aleación de aluminio. Para entender la soldadura por láser de aleación de aluminio. El estado de la aplicación y la tendencia de desarrollo de la tecnología son particularmente importantes.

Método de soldadura por láser

La aleación de aluminio de alta resistencia tiene una alta resistencia específica, rigidez específica, buena resistencia a la corrosión, rendimiento de procesamiento y propiedades mecánicas. Se ha convertido en un material metálico indispensable en la fabricación ligera de la industria aeroespacial, la construcción naval y otros campos del transporte. Entre ellos, los aviones son los más utilizados. . La tecnología de soldadura tiene ventajas únicas para mejorar la tasa de utilización de materiales estructurales. Reducir el peso estructural y realizar la fabricación a bajo costo de estructuras generales de materiales complejos y diferentes. Entre ellos, la tecnología de soldadura por láser de aleación de aluminio es un punto caliente que ha atraído mucha atención.

En comparación con otros métodos de soldadura, la soldadura por láser tiene las ventajas del calentamiento concentrado. Pequeño daño térmico, gran relación de aspecto de la costura de soldadura y pequeña distorsión de la soldadura. El proceso de soldadura es fácil de integrar, automatizar y flexible, y puede lograr una soldadura de alta velocidad y alta precisión. Adecuado para soldaduras de alta precisión de estructuras complejas.

Principio de soldadura por láser de aleación de aluminio

1. CO2 Láser de gas

El medio de trabajo es CO2 gas, y se emite el láser de longitud de onda de 10,6 μm. Según la estructura de excitación láser, se divide en dos tipos: flujo transversal y flujo axial. Aunque la potencia de salida del CO de flujo cruzado2 el láser ha alcanzado los 150KW, la calidad del haz es deficiente y no es adecuada para soldar; el CO de flujo axial2 El láser tiene una buena calidad de haz y se puede utilizar para soldar aleaciones de aluminio con alta reflectividad láser.

2. Láser de estado sólido YAG

Láser de fibra YAG

El medio de trabajo es rubí, vidrio de neodimio y granate de itrio-aluminio dopado con neodimio, etc., y la longitud de onda de salida es de láser de 1,06 μm. El láser YAG es más fácil de absorber por el metal que el CO2 láser y se ve menos afectado por el plasma. Es transmisión de fibra óptica, operación de soldadura flexible y buena accesibilidad a la posición de soldadura. Actualmente es el principal láser para soldar estructuras de aleación de aluminio.

3. Láser de fibra YLR

Es un nuevo tipo de láser desarrollado después de 2002. Utiliza fibra óptica como material de matriz, dopado con diferentes iones de tierras raras, y el rango de longitud de onda de salida es de alrededor de 1.08μm. También es transmisión de fibra óptica. El láser de fibra revoluciona el uso de una estructura de fibra de doble revestimiento, que aumenta la longitud de la bomba y mejora la eficiencia de la misma, aumentando así en gran medida la potencia de salida del láser de fibra. En comparación con el láser YAG, aunque el láser de fibra YLR apareció más tarde, tiene las ventajas de tamaño pequeño, bajo costo operativo, alta calidad del haz, etc., y la potencia del láser obtenida es alta.

Características de la soldadura por láser de aleación de aluminio

Soldadura láser de aleación de aluminio
Soldadura láser de aleación de aluminio

En comparación con la soldadura por fusión convencional, la soldadura por láser de aleación de aluminio tiene un calentamiento concentrado, una relación de aspecto de costura de soldadura grande y una pequeña deformación de la estructura de soldadura, pero existen algunas deficiencias. En resumen, son:

1. El pequeño diámetro del punto de enfoque láser genera altos requisitos para la precisión de soldadura y ensamblaje de la pieza de trabajo. Generalmente, el espacio de ensamblaje y la cantidad de desalineación deben ser inferiores a 0,1 mm o 10% del espesor de la placa, lo que aumenta la dificultad de implementar una estructura de soldadura de soldadura tridimensional compleja;

2. Como la reflectividad de la aleación de aluminio al láser es tan alta como 90% a temperatura ambiente. La soldadura láser de penetración profunda de aleación de aluminio requiere un láser de mayor potencia. La investigación sobre la soldadura por láser de láminas de aleación de aluminio muestra que la soldadura por láser de penetración profunda de la aleación de aluminio. Depende de los umbrales duales de densidad de potencia láser y energía de línea. La densidad de potencia del láser y la energía de línea restringen el comportamiento del baño de fusión durante el proceso de soldadura. Y, en última instancia, reflejan las características de formación de la soldadura. Arriba, la optimización del proceso de las soldaduras de penetración total puede evaluarse mediante la relación entre la espalda y el ancho de los parámetros característicos de formación de la soldadura;

3. La aleación de aluminio tiene un punto de fusión bajo y buena fluidez de metal líquido. Produce una fuerte vaporización del metal bajo la acción de un láser de alta potencia. La nube de vapor de metal / foto plasma formada por el efecto de un pequeño orificio durante el proceso de soldadura afecta la energía láser de la aleación de aluminio. La absorción de cromo provoca la inestabilidad del proceso de soldadura de penetración profunda. La soldadura es propensa a defectos como poros, colapso de la superficie, socavación, etc .;

4. La soldadura por láser tiene una velocidad de calentamiento y enfriamiento rápida. La dureza de la soldadura es mayor que la del arco. Sin embargo, debido a la combustión de elementos de aleación en la soldadura láser de aleación de aluminio. Lo que afecta el efecto de refuerzo de la aleación, todavía existe un problema de ablandamiento en la soldadura de la aleación de aluminio. Reduciendo así las juntas de soldadura de aleación de aluminio. fuerza. Por lo tanto, el principal problema de la soldadura por láser de aleación de aluminio es controlar los defectos de soldadura y mejorar el rendimiento de las uniones soldadas.

Tecnología de control de defectos de la soldadura por láser de aleación de aluminio

Bajo la acción de un láser de alta potencia, los principales defectos de la soldadura de penetración profunda con láser de aleación de aluminio son los poros, el colapso de la superficie y el socavado. Entre ellos, el colapso de la superficie y los defectos de corte pueden mejorarse mediante soldadura de relleno de alambre con láser o soldadura híbrida de arco con láser; El control de los defectos estomáticos es más difícil.

Los resultados de la investigación existente muestran que: hay dos tipos de poros característicos en la soldadura láser de penetración profunda de aleaciones de aluminio. Uno son los poros metalúrgicos, que son poros de hidrógeno causados por la contaminación del material o la intrusión de aire durante el proceso de soldadura, como la soldadura por fusión por arco; el otro es un proceso Los poros son causados por las fluctuaciones inestables de los pequeños orificios inherentes al proceso de soldadura de penetración profunda con láser.

En el proceso de soldadura de penetración profunda con láser, el pequeño orificio a menudo se retrasa con respecto al movimiento del rayo debido al efecto viscoso del metal líquido. Su diámetro y profundidad se ven afectados por el vapor de plasma / metal y fluctúan. Con el movimiento de la viga y el flujo del metal de la piscina fundida, el agujero En la soldadura de penetración profunda, aparecen burbujas en la punta del pequeño orificio debido al flujo de metal de la piscina fundida, mientras que en la soldadura de penetración profunda de penetración completa, aparecen burbujas en la cintura en el medio del pequeño agujero. Las burbujas migran y ruedan con el flujo de metal líquido, o escapan de la superficie de la piscina fundida, o son empujadas hacia pequeños agujeros. Cuando las burbujas son solidificadas por el baño fundido y capturadas por el frente de metal, se convierten en poros de soldadura.

Obviamente, los poros metalúrgicos se controlan principalmente mediante el control del tratamiento de la superficie previo a la soldadura y una protección de gas razonable durante la soldadura. La clave para procesar los poros es garantizar la estabilidad de los pequeños orificios en el proceso de soldadura de penetración profunda con láser. De acuerdo con la investigación de la tecnología de soldadura por láser doméstica, el control de porosidad de la soldadura de penetración profunda con láser de aleación de aluminio debe considerar de manera integral los diversos enlaces antes de la soldadura, el proceso de soldadura y el tratamiento posterior a la soldadura. En resumen, existen los siguientes nuevos procesos y nuevas tecnologías.

1. Método de tratamiento previo a la soldadura

El tratamiento de la superficie antes de la soldadura es un método eficaz para controlar los poros metalúrgicos en la soldadura láser de aleaciones de aluminio. Por lo general, los métodos de tratamiento de superficies incluyen limpieza física y mecánica y limpieza química. En los últimos años, también ha aparecido la limpieza por impacto con láser, que mejorará aún más la automatización de la soldadura por láser.

2. Control de optimización de la estabilidad de los parámetros

3. Soldadura láser de doble punto

Soldadura láser de doble punto
Soldadura láser de doble punto

La soldadura por láser de doble punto se refiere al proceso de soldadura en el que dos rayos láser enfocados actúan sobre el mismo baño de fusión al mismo tiempo. En el proceso de soldadura láser de penetración profunda, el cierre instantáneo para sellar el gas en el pequeño orificio del baño de fusión es una de las principales razones de la formación de poros de soldadura. Cuando se utiliza soldadura láser de doble punto, debido a la acción de las dos fuentes de luz, la gran abertura del orificio pequeño favorece el escape del vapor metálico interno y también es beneficiosa para la estabilidad del orificio pequeño, por lo que reduciendo la porosidad de la costura de soldadura. Las investigaciones sobre soldadura láser de aleaciones de aluminio A356, AA5083, 2024 y 5A90 han demostrado que la soldadura láser de doble punto puede reducir significativamente los poros de soldadura.

4. Soldadura híbrida por arco láser

La soldadura híbrida por arco láser es un método de soldadura en el que el láser y el arco se aplican al mismo baño fundido. Generalmente, el láser es la principal fuente de calor, y la interacción entre el láser y el arco se usa para aumentar la penetración de la soldadura láser y la velocidad de soldadura, y reducir la precisión del ensamblaje de soldadura. El uso de alambre de relleno para controlar la estructura y el rendimiento de la junta soldada, y el efecto auxiliar del arco para mejorar la estabilidad del orificio de soldadura láser, ayudando así a reducir los poros de la soldadura. En el proceso de soldadura híbrida por arco láser, el arco afecta la nube de vapor / plasma de metal inducida por el proceso láser, lo que es beneficioso para la absorción de energía láser del material y la estabilidad del orificio pequeño. Los resultados de la investigación de la costura de soldadura del láser de aleación de aluminio. soldadura por arco híbrido también confirmó su efecto.

5. Soldadura por láser de fibra

El efecto estenopeico del proceso de soldadura de penetración profunda con láser se origina en la fuerte vaporización del metal bajo la acción del láser. La potencia del vapor de vaporización del metal está estrechamente relacionada con la densidad de potencia del láser y la calidad del haz. Lo que no solo afecta la profundidad de penetración de la soldadura láser, sino que también afecta la estabilidad del orificio pequeño. La investigación sobre el láser de fibra de alta potencia de acero inoxidable SUS304 mostró que el baño fundido se alargaba durante la soldadura de alta velocidad. Se suprimieron las salpicaduras, la fluctuación del pequeño orificio se mantuvo estable. No hubo generación de burbujas en la punta del pequeño agujero.

Cuando el láser de fibra se utiliza para soldadura de alta velocidad de aleación de titanio y aleación de aluminio. Se pueden obtener las mismas soldaduras sin porosidad. La investigación de Allen sobre la tecnología de control de gas de protección para la soldadura por láser de fibra de aleación de titanio. Demostró que controlar la posición del gas protector de soldadura puede evitar que el gas se vea involucrado. Reduzca el tiempo de cierre del orificio, estabilice el orificio de soldadura y cambie el comportamiento de solidificación del baño fundido, reduciendo así la porosidad de la costura de soldadura.

6. Soldadura por láser de pulso

En comparación con la soldadura láser continua, la salida del láser adopta una salida pulsante, que puede promover el flujo periódico y estable del baño fundido, lo que favorece el escape de burbujas en el baño fundido y reduce los poros de la soldadura. El efecto sobre la porosidad y el rendimiento de las soldaduras de acero inoxidable SUS 304L y aleación de alta temperatura Inconel 690 muestra que: para la soldadura por láser de pulso de onda cuadrada, cuando la potencia base es 1700w, a medida que aumenta la amplitud del pulso ΔP, la porosidad de la soldadura disminuye. Entre ellos, la porosidad del acero inoxidable se redujo de 2,1% a 0,5%, y la porosidad de las superaleaciones se redujo de 7,1% a 0,5%.

Tecnología de tratamiento compuesto después de la soldadura

En aplicaciones de ingeniería reales, incluso si el tratamiento superficial estricto se lleva a cabo antes de soldar, el proceso de soldadura es estable y la soldadura por láser de aleación de aluminio producirá inevitablemente poros de soldadura. Por lo tanto, es muy importante utilizar un tratamiento posterior a la soldadura para eliminar los poros. . Este método es actualmente principalmente soldadura modificada. La tecnología de prensado isostático en caliente es uno de los métodos para eliminar la porosidad interna y la porosidad por contracción en las piezas de fundición de aleación de aluminio. Se combina con el tratamiento térmico de tensión después de la soldadura láser de aleación de aluminio para formar un proceso compuesto compuesto por prensado isostático en caliente y tratamiento térmico de componentes de soldadura láser de aleación de aluminio. Lo que elimina tanto los poros de soldadura mejoran el rendimiento de la junta.

Debido a las características de la aleación de aluminio, todavía existen muchos problemas en la aplicación de la soldadura por láser de alta potencia que necesitan ser estudiados en profundidad. El principal problema es controlar los defectos de los poros de soldadura y mejorar la calidad de la soldadura. El control de ingeniería de la porosidad en la soldadura láser de aleaciones de aluminio debe considerar de manera integral todos los aspectos. Incluye soldadura, proceso de soldadura y tratamiento post-soldadura, para mejorar la estabilidad del proceso de soldadura. De esto se han derivado muchas tecnologías y procesos nuevos, como la limpieza con láser antes de soldar. Optimización del control de la relación de ancho posterior de los parámetros del proceso de soldadura, soldadura láser de doble haz, soldadura híbrida de arco láser, soldadura láser de pulso y soldadura láser de fibra.

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2 pensamientos sobre "4 Ways to Learn Laser Welding Technology of Aluminum Alloy"

  1. Jason dice:

    ¡Bastante útil! ¿Puedo reenviarlo a mi blog?

    1. Sandy dice:

      Sí, por supuesto

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