In quanto strumento di lavorazione avanzato, il laser sta assumendo un ruolo sempre più importante nel campo della saldatura industriale. Sebbene la tecnologia di saldatura laser tradizionale possa controllare i difetti di saldatura in una certa misura, la sua efficacia è spesso limitata da parametri e processi di saldatura fissi. Negli ultimi anni, l'avvento della tecnologia di saldatura laser a oscillazione (laser swing welding) ha offerto una nuova soluzione per il controllo dei difetti di saldatura. Introducendo l'oscillazione del raggio laser durante il processo di saldatura, questa tecnologia può migliorare significativamente le caratteristiche dinamiche del bagno di fusione, ottimizzando così la qualità della saldatura. La tecnologia di saldatura laser a oscillazione si basa principalmente sul controllo preciso del raggio laser e sulla tecnologia di oscillazione per ottenere una saldatura efficiente e di alta qualità.
Migliora l'aspetto:
Durante ilprocesso di saldaturaIl raggio laser viene ruotato rapidamente e con precisione per coprire l'intera area di saldatura. Quando il raggio si muove lungo la direzione della saldatura, oscilla in varie forme, come cerchio, otto ed elica. Chen et al. hanno utilizzato il laser a oscillazione per saldare leghe di alluminio dissimili e, rispetto alla saldatura senza laser a oscillazione, la morfologia della saldatura anteriore e posteriore è risultata significativamente migliorata. Inoltre, la saldatura laser a oscillazione trasversale viene utilizzata per aumentare l'adattabilità del gioco della scanalatura. Su alcuni pezzi di collegamento conduttivi, è necessario espandere l'area di sovracorrente, è anche necessario espandere la superficie di connessione metallica ed è anche necessario ruotare la saldatura laser per far sì che la superficie di connessione metallica assuma una forma a "U".
1. (a) e (b) statistiche della morfologia della sezione trasversale della saldatura e delle dimensioni della saldatura in diverse modalità di oscillazione; (c) Formazione della superficie superiore della saldatura in diverse modalità di oscillazione.
Migliorare la fusione insufficiente della parete laterale:
Il difetto di mancata fusione delle pareti laterali è frequente nella saldatura laser tradizionale di lamiere di medio spessore con scanalatura stretta. Questo difetto è causato dalla distribuzione non uniforme dell'energia laser all'interno della scanalatura: l'apporto termico al centro è elevato, mentre quello sulle pareti laterali è ridotto, impedendo una buona fusione. La soluzione principale per risolvere il problema della mancata fusione delle pareti laterali consiste nell'aumentare l'apporto termico alle pareti stesse. Durante il processo di saldatura laser, è possibile ottenere una distribuzione più uniforme dell'energia del raggio laser sulla superficie del pezzo attraverso l'oscillazione del raggio. Quando la larghezza della scanalatura varia, l'ampiezza dell'oscillazione del raggio viene regolata di conseguenza, in modo da garantire un apporto termico efficace alle pareti laterali.
2. Immagine macroscopica della saldatura dal primo strato (L1) al settimo strato (L7) per la saldatura laser con o senza oscillazione.
Ridurre i difetti di porosità:
Il meccanismo di inibizione dell'oscillazione laser sui pori di saldatura può essere attribuito al miglioramento della stabilità dei piccoli fori e all'aumento della fluidità del metallo liquido. La Figura 3 mostra il comportamento del flusso del bagno fuso evidenziato dalle particelle traccianti durante il processo di saldatura. L'oscillazione del fascio luminoso provoca la formazione di un movimento di agitazione rotazionale ad alta frequenza e alta velocità all'interno del piccolo foro, che favorisce il trabocco delle bolle e ha un effetto di "intrappolamento" sui pori solidificati. Allo stesso tempo, l'oscillazione del fascio luminoso aumenta l'area del piccolo foro e riduce la probabilità del suo collasso per instabilità con conseguente formazione di bolle.
3. (a) e (b) traiettorie delle particelle traccianti durante la saldatura; Area di apertura del keyhole: (c) laser senza oscillazione (d) laser con oscillazione.
Ridurre i difetti di fessurazione:
La cricca termica è un tipo di difetto che si forma nel processo di saldatura a causa dell'interazione tra tensioni interne e fattori metallurgici, e si riscontra spesso nella zona termicamente alterata (ZTA) della saldatura. La formazione di tali cricche è correlata alla vulnerabilità del materiale alle alte temperature, alle tensioni di saldatura e alla composizione chimica del materiale. La tecnologia di saldatura laser tradizionale può produrre cricche termiche durante il processo di saldatura, principalmente per i seguenti motivi: in primo luogo, a causa dell'elevato apporto di energia della saldatura laser, che provoca un rapido riscaldamento e raffreddamento dell'area di saldatura, con conseguente elevato gradiente termico e tensioni termiche; in secondo luogo, la reazione metallurgica durante il processo di saldatura può portare alla segregazione di elementi impuri con basso punto di fusione, formando una fase fragile e aumentando la suscettibilità alla formazione di cricche. Infine, la rapida solidificazione del materiale può portare all'eterogeneità della microstruttura, e la direzione di crescita dei cristalli colonnari va dal bagno fuso verso il centro, come mostrato in Figura 4. In questo caso, la suscettibilità alla formazione di cricche aumenta significativamente.
4. Modalità di solidificazione della saldatura laser (a) saldatura laser convenzionale (b) saldatura laser oscillante.
La tecnologia di saldatura laser oscillante può ridurre o eliminare efficacemente la formazione di cricche a caldo grazie all'introduzione di un raggio laser oscillante. Durante il processo di saldatura laser oscillante, l'oscillazione periodica del raggio laser favorisce il flusso del metallo nel bagno di fusione, migliorando così l'uniformità della microstruttura e la crescita coassiale dei grani al centro del bagno di fusione, come mostrato in Figura 5. Questi grani coassiali agiscono come una barriera protettiva per impedire la propagazione delle cricche e come uno strato di isolamento termico per prevenire un'ulteriore propagazione delle stesse. Allo stesso tempo, il laser oscillante contribuisce a ridurre la formazione di fasi fragili dovute alla segregazione dei componenti, diminuendo il rischio di cricche termiche.
5. (A) Caratteristiche della microstruttura di solidificazione delle saldature laser convenzionali (B) Caratteristiche della microstruttura di solidificazione delle saldature laser a oscillazione (CCW).
Rispetto alla saldatura laser auto-fusione, la tecnologia di saldatura laser a oscillazione è riconosciuta come un metodo efficace per ridurre la tendenza alla porosità e correggere difetti come la mancata fusione delle pareti laterali. Grazie all'effetto di agitazione del raggio sul bagno di fusione, offre vantaggi significativi nel migliorare l'accoppiamento delle fessure, l'uniformità della microstruttura e l'affinamento della grana. L'applicazione della tecnologia di saldatura laser a oscillazione può rendere la saldatura laser più diffusa e consentire di ottenere una saldatura laser di precisione efficiente per pezzi di grandi dimensioni e saldature più ampie, ovvero semplificando i processi di base e la precisione di assemblaggio del prodotto.
Data di pubblicazione: 21 febbraio 2025
