Saldatura laserpuò essere ottenuto utilizzando raggi laser continui o pulsati. I principi disaldatura laserpuò essere suddiviso in saldatura a conduzione termica e saldatura a penetrazione profonda del laser. Quando la densità di potenza è inferiore a 104~105 W/cm2, si parla di saldatura a conduzione di calore. In questo momento, la profondità di penetrazione è bassa e la velocità di saldatura è lenta; quando la densità di potenza è maggiore di 105~107 W/cm2, la superficie metallica viene concava in "fori" a causa del calore, formando una saldatura a penetrazione profonda, che ha le caratteristiche di una velocità di saldatura elevata e di un ampio rapporto d'aspetto. Il principio della conduzione termicasaldatura laservale a dire: la radiazione laser riscalda la superficie da lavorare e il calore superficiale si diffonde verso l'interno per conduzione termica. Controllando parametri laser quali larghezza dell'impulso laser, energia, potenza di picco e frequenza di ripetizione, il pezzo viene fuso per formare uno specifico bagno di fusione.
La saldatura laser a penetrazione profonda utilizza generalmente un raggio laser continuo per completare la connessione dei materiali. Il suo processo fisico metallurgico è molto simile a quello della saldatura a fascio di elettroni, ovvero il meccanismo di conversione dell'energia si completa attraverso una struttura “a buco della serratura”.
Sotto l'irradiazione laser con una densità di potenza sufficientemente elevata, il materiale evapora e si formano piccoli fori. Questo piccolo foro pieno di vapore è come un corpo nero, che assorbe quasi tutta l'energia del raggio incidente. La temperatura di equilibrio nel foro raggiunge circa 2500°C. Il calore viene trasferito dalla parete esterna del foro ad alta temperatura, provocando la fusione del metallo che circonda il foro. Il piccolo foro viene riempito con vapore ad alta temperatura generato dalla continua evaporazione del materiale della parete sotto l'irraggiamento del fascio. Le pareti del piccolo foro sono circondate da metallo fuso e il metallo liquido è circondato da materiali solidi (nella maggior parte dei processi di saldatura convenzionali e nella saldatura a conduzione laser, l'energia viene prima depositata sulla superficie del pezzo e poi trasportata all'interno tramite trasferimento ). Il flusso di liquido all'esterno della parete del foro e la tensione superficiale dello strato della parete sono in fase con la pressione del vapore generato continuamente nella cavità del foro e mantengono un equilibrio dinamico. Il raggio di luce entra continuamente nel piccolo foro e il materiale all'esterno del piccolo foro scorre continuamente. Mentre il raggio di luce si muove, il piccolo foro è sempre in uno stato di flusso stabile.
Vale a dire, il piccolo foro e il metallo fuso che circonda la parete del foro si muovono in avanti con la velocità di avanzamento del raggio pilota. Il metallo fuso riempie lo spazio rimasto dopo la rimozione del piccolo foro e si condensa di conseguenza, formando la saldatura. Tutto ciò avviene così rapidamente che la velocità di saldatura può facilmente raggiungere diversi metri al minuto.
Dopo aver compreso i concetti di base di densità di potenza, saldatura a conducibilità termica e saldatura a penetrazione profonda, condurremo successivamente un'analisi comparativa della densità di potenza e delle fasi metallografiche di diversi diametri del nucleo.
Confronto di esperimenti di saldatura basati sui diametri dei nuclei laser comuni sul mercato:
Densità di potenza della posizione del punto focale di laser con diversi diametri del nucleo
Dal punto di vista della densità di potenza, a parità di potenza, minore è il diametro del nucleo, maggiore è la luminosità del laser e più concentrata l'energia. Se il laser viene paragonato a un coltello affilato, minore è il diametro del nucleo, più nitido sarà il laser. La densità di potenza del laser con diametro del nucleo di 14um è più di 50 volte quella del laser con diametro del nucleo di 100um e la capacità di elaborazione è più forte. Allo stesso tempo, la densità di potenza qui calcolata è solo una semplice densità media. La distribuzione effettiva dell'energia è una distribuzione gaussiana approssimativa e l'energia centrale sarà diverse volte la densità di potenza media.
Diagramma schematico della distribuzione dell'energia laser con diversi diametri del nucleo
Il colore del diagramma di distribuzione dell'energia è la distribuzione dell'energia. Più rosso è il colore, maggiore è l'energia. L'energia rossa è il luogo in cui si concentra l'energia. Attraverso la distribuzione dell'energia laser di raggi laser con diversi diametri centrali, si può vedere che la parte anteriore del raggio laser non è nitida e che il raggio laser è nitido. Quanto più piccola è l'energia concentrata in un punto, tanto più acuta è e forte è la sua capacità di penetrazione.
Confronto degli effetti di saldatura di laser con diversi diametri del nucleo
Confronto di laser con diversi diametri del nucleo:
(1) L'esperimento utilizza una velocità di 150 mm/s, saldatura in posizione di messa a fuoco e il materiale è alluminio di serie 1, spessore 2 mm;
(2) Maggiore è il diametro del nucleo, maggiore è la larghezza di fusione, maggiore è la zona termicamente influenzata e minore è la densità di potenza dell'unità. Quando il diametro del nucleo supera i 200um, non è facile ottenere una profondità di penetrazione su leghe ad alta reazione come alluminio e rame, e una saldatura a penetrazione profonda più elevata può essere ottenuta solo con potenza elevata;
(3) I laser a nucleo piccolo hanno un'elevata densità di potenza e possono rapidamente perforare buchi sulla superficie di materiali ad alta energia e piccole zone influenzate dal calore. Tuttavia, allo stesso tempo, la superficie della saldatura è ruvida e la probabilità di collasso del buco della serratura è elevata durante la saldatura a bassa velocità e il buco della serratura è chiuso durante il ciclo di saldatura. Il ciclo è lungo e tendono a verificarsi difetti come difetti e pori. È adatto per lavorazioni ad alta velocità o lavorazioni con traiettoria oscillante;
(4) I laser con diametro del nucleo di grandi dimensioni hanno punti luminosi più grandi e una maggiore energia dispersa, che li rendono più adatti per la rifusione, il rivestimento, la ricottura e altri processi della superficie laser.
Orario di pubblicazione: 06-ottobre-2023
