Perché abbiamo bisogno della saldatura laser a filo?

Rispetto ai metodi di saldatura tradizionali,saldatura laserpresenta vantaggi significativi: basso apporto di calore, elevata velocità di saldatura, piccola zona termicamente alterata,

Negli ultimi anni, la saldatura laser è stata ampiamente utilizzata nell'industria automobilistica, nell'industria navale, nell'industria dell'energia nucleare e nell'industria aerospaziale.

L'industria aeronautica e altre industrie ad alta tecnologia sono sempre più utilizzate e, con la riduzione del costo dei set completi di apparecchiature, nelle forniture hardware quotidiane

E altre applicazioni legate alla vita hanno iniziato a crescere rapidamente. Ma allo stesso tempo, la saldatura laser singola presenta anche alcuni inconvenienti,

Non è possibile soddisfare le esigenze sempre più diversificate: in primo luogo, i requisiti di spazio tra i componenti saldati tramite saldatura laser singola sono molto rigorosi,

Di solito è necessario avere uno spazio < 0,2 mm, altrimenti è difficile ottenere una buona connessione; In secondo luogo,saldatura laser singolaè altamente sensibile alle crepe di saldatura

È molto facile causare la formazione di crepe nella saldatura e la composizione della saldatura non può essere regolata per controllare la generazione di crepe; Terzo, singolo

La saldatura laser richiede laser ad altissima potenza per la saldatura di lamiere di grande spessore, e la sua capacità di penetrazione dipende interamente dalla potenza del laser.

E la qualità della saldatura non può essere garantita in modo assoluto.

Al fine di soddisfare le esigenze di sviluppo di vari settori, sono stati migliorati anche i metodi di saldatura laser, e si è sviluppato il relativo sviluppo, come in questo articolo.

Vengono descritti la saldatura a filo laser e altri metodi di saldatura. La saldatura a filo laser è sviluppata sulla base della saldatura laser singola,

Rispetto alla saldatura laser singola, presenta vantaggi evidenti:

①Riduce notevolmente i requisiti di assemblaggio del pezzo, poiché il filo di saldatura viene aggiunto al processo di saldatura, il metallo del bagno di saldatura sarà notevolmente aumentato e potrà essere collegato

Collegare con uno spazio di saldatura più ampio, rendendo al contempo la saldatura più completa;

Le proprietà microstrutturali della zona di saldatura possono essere controllate perché la composizione del filo di saldatura è diversa da quella del materiale di base del giunto saldato.

Dopo che il filo è stato fuso nel bagno di saldatura, la qualità, la composizione e la proporzione del bagno di saldatura possono essere regolate per controllare il processo di solidificazione e la formazione della microstruttura.

(3) L'apporto di energia lineare è ridotto, la zona termicamente alterata e la deformazione termica sono ridotte, il che è molto favorevole alla saldatura del pezzo con requisiti di deformazione stringenti;

④può ottenere una potenza laser inferiore saldando materiali più spessi, perché il filo di saldatura viene aggiunto al processo di saldatura, è possibile ottenere saldature multiple e

Il bagno di saldatura verrà notevolmente ampliato, in modo che il giunto di saldatura possa essere aperto per ridurre le dimensioni effettive della saldatura.

Saldatura laser dello spessore, e quindi realizzazione della saldatura laser a filo multicanale di materiali in lamiera spessa.

La differenza tra saldatura laser a filo e saldatura laser a filo

La forma della saldatura laser con filo di riempimento è mostrata nella Figura 1, che è diversa dalla brasatura laser con filo di riempimento mostrata nella Figura 2. Gli elementi base di entrambi i metodi di saldatura sono

Coerenti, sono composti da un raggio laser, filo di saldatura, parti di saldatura, gas protettivo secondo le effettive esigenze per decidere se aggiungere, coinvolti

Le principali attrezzature sono: macchina per l'alimentazione del filo, saldatrice, pistola per saldatura a filo morbido, testa di saldatura, laser ad alta potenza.

Figura 1 Saldatura a fusione laser del filo

Figura 2 Brasatura laser del filo

Sebbene non vi sia sostanzialmente alcuna differenza nella forma esterna dei due metodi di saldatura, esiste una differenza significativa nell'essenza. Quando si salda il filo laser,

Il laser generalmente utilizza un laser a fibra ad alta potenza, come mostrato nella Figura 3, il laser non solo necessita di un filo di saldatura, ma deve anche fondere il metallo di base e in

Lo speciale effetto di foratura della saldatura laser a penetrazione profonda si forma sul metallo base, creando un profondo bagno di fusione, e la composizione del filo di saldatura si miscela completamente con la composizione metallica del metallo base.

Si forma un nuovo bagno fuso ibrido, e la composizione degli elementi, la proporzione e la qualità del bagno fuso ibrido sono maggiori di quelle del filo di saldatura e del materiale di base

Pertanto, in base ai difetti prestazionali del materiale di base, è possibile aggiungere al processo di saldatura il filo di saldatura appropriato, in modo da migliorare l'efficienza della saldatura.

A livello visivo, la resistenza alle crepe, la resistenza alla fatica, la resistenza alla corrosione, la resistenza all'usura e altri aspetti della saldatura vengono appositamente migliorati.

Inoltre, la saldatura laser a filo può essere una saldatura multicanale impilata, perché può ottenere una saldatura a penetrazione profonda con un piccolo effetto foro, che può essere ottenuto

La completa fusione dei due strati inferiori del cordone di saldatura evita gravi difetti di mancata fusione, consentendo così la saldatura di giunti di grande spessore.

Quandofilo laserPer la brasatura, il laser utilizza generalmente un laser a semiconduttore ad alta potenza, come mostrato nella Figura 4.

Sul filo di saldatura, solo una piccolissima quantità di laser agirà sulla saldatura e fonderà una piccola quantità di metallo sulla superficie della saldatura, e il bagno di fusione è quasi fuso dalla fusione

Il filo di saldatura è formato, quindi le prestazioni della saldatura dipendono principalmente dalla composizione elementare e dalla proporzione del filo di saldatura e del filo di saldatura fuso nella saldatura

Lo scopo principale della brasatura laser a filo è quello di ottenere una determinata resistenza del giunto di saldatura.

E la sigillatura e la brasatura laser del filo non possono essere saldature multicanale sovrapposte, i due strati superiore e inferiore della saldatura non possono essere sostanzialmente solidi

Ora che la fusione è completa ed efficace, le proprietà meccaniche del giunto risultano molto scarse.

Campo di applicazione della saldatura laser a filo

Con lo sviluppo della tecnologia di saldatura laser a filo e l'aumento del limite di potenza del laser, la gamma di applicazioni disaldatura a filo laser

Sempre più esteso, soprattutto nei seguenti aspetti:

Saldatura laser a filo di leghe di alluminio

In generale, poiché la lega di alluminio stessa ha un'elevata riflettività al laser e un'elevata conduttività termica, la lega di alluminio viene saldata al laser

Quando la potenza laser richiesta è elevata, ciò comporterà una grave perdita per evaporazione e combustione degli elementi a basso punto di ebollizione nelle leghe di alluminio (come Mg, Zn, ecc.).

Allo stesso tempo, la bassa tensione superficiale del metallo fuso influisce sulle caratteristiche di solidificazione della saldatura, e queste ragioni porteranno all'esistenza della saldatura laser delle leghe di alluminio

Molti problemi: scarse proprietà meccaniche dei giunti di saldatura, scarsa formazione della saldatura, porosità e crepe gravi. Invece, viene utilizzato un laser per riempire il filo

La saldatura delle leghe di alluminio migliorerà significativamente questi problemi:

①La saldatura laser a filo può migliorare la depressione della superficie di saldatura, migliorando efficacemente la saldaturaTipo, e gli schizzi del processo di saldatura sono piccoli;

②L'aggiunta di filo di saldatura può non solo influenzare l'orientamento cristallino dei cristalli cilindrici nella saldatura, ma anche diluire la saldaturaL'interfaccia cristallina generata dalla crescita relativa del cristallo colonnare centrale migliora la formazione della saldatura e aumenta anche il tasso di assorbimento del materiale al laser.

Con l'aumento della larghezza di fusione, la microdurezza diminuisce leggermente e la resistenza alla trazione e l'allungamento del giunto saranno significativi in ​​base ai parametri di processo ottimizzati

Migliorare; (3) La saldatura con parametri di processo appropriati può ottenere l'assenza di difetti interni evidenti, una microdurezza di HV60 o superiore e una zona termicamente alterata (HAZ) del giunto.

Non si osserva alcun rammollimento evidente del giunto di saldatura nella zona interessata e la frattura si verifica nell'area del materiale di base durante la prova di trazione.

Saldatura laser a filo di metalli diversi

Per alcuni ambienti di lavoro impegnativi o in base a considerazioni di costo, è spesso necessario avere più aspetti di un pezzo in lavorazione contemporaneamente

Proprietà speciali, come resistenza alla corrosione, elevata resistenza specifica, resistenza al calore, resistenza all'usura, elevata conduttività, buona dissipazione del calore, ecc., ma la stragrande maggioranza

I materiali metallici non possono avere contemporaneamente numerose proprietà speciali più evidenti, e i materiali metallici con proprietà speciali sono spesso

Rari e costosi, non possono essere utilizzati in grandi quantità, quindi se si possono realizzare diversi materiali con proprietà speciali per ottenere una connessione efficace, allora

Potrebbe soddisfare i requisiti di utilizzo. La differenza nelle proprietà fisiche e chimiche di materiali metallici dissimili è generalmente elevata, il che è inevitabile nel processo di saldatura.

La formazione di composti intermetallici, che hanno un grande impatto sulle prestazioni dei giunti di saldatura, i composti intermetallici fragili renderanno la saldatura molto facile da produrre

È molto difficile utilizzare direttamente un singolo laser per saldare giunti di metalli diversi, e la stabilità del processo è difficile da controllare.

Difficoltà di riproduzione. Un gran numero di studiosi ed esperti hanno scoperto che la saldatura laser a filo è relativamente buona per saldare metalli dissimili e la scelta è appropriata

Il filo d'apporto può inibire in una certa misura la formazione di composti intermetallici e può migliorare notevolmente le proprietà meccaniche dei giunti saldati.

Prestazione:

①È possibile realizzare giunti sovrapposti Mg/Cu mediante saldatura laser a filo con riempimento in modo efficace se si utilizzano parametri di processo appropriati.La resistenza massima al taglio di giunzioni tra metalli dissimili con una determinata resistenza può raggiungere 164,2 MPa, pari al 64% di quella della lega di magnesio di base.

② Viene studiata la saldatura di giunti sovrapposti e giunti di testa Al/Ti, e i risultati mostrano che il processo di saldatura è stabile e formato quando viene utilizzato un punto luminoso rettangolare.Bellissimo, ampia gamma di parametri di processo, elevata qualità di saldatura, la sua resistenza alla trazione massima raggiunge il 94% del metallo base in lega di alluminio;Migliorare la formatura della saldatura.Per i pezzi con scopi di supporto, se la saldatura collassa, il suo spessore effettivo sarà ridotto e le proprietà meccaniche saranno ridotte se la saldatura morde

Ciò comporterà una concentrazione di stress sul bordo della saldatura e le proprietà meccaniche saranno ridotte. Per il pezzo con requisiti estetici, se la saldatura collassa

Impigliarsi o mordere il bordo può avere un grave impatto visivo ed è inaccettabile. Per rendere la saldatura completa, la saldatura a filo laser

È un ottimo metodo, perché il filo di saldatura viene fuso nel bagno fuso, aumentando efficacemente il volume del bagno fuso e garantendo così che la saldatura sia completa.

Difetto del bordo del morso.

Per il pezzo in lavorazione con un ampio spazio di giunzione (generalmente≥0,3 mm), la saldatura laser singola è difficile da realizzare con una connessione efficace e può essere riempita solo

È possibile aggiungere materiale per riempire lo spazio di saldatura, quindi la saldatura a filo laser è una soluzione molto efficace.

Saldatura d'angolo a fessura stretta

La saldatura a filo laser a spaziatura stretta può realizzare la saldatura efficace di lamiere di medio e medio spessore utilizzando laser di piccola e media potenza, non solo aggiungendo saldatura

Il filo serve a modificare la composizione e la struttura del metallo di saldatura, migliorando le prestazioni complessive del giunto saldato, ma anche a migliorare la pendenza della saldatura laser singola.

L'adattabilità e la tolleranza ai guasti del gioco della bocca, e la zona termicamente alterata della saldatura è stretta, e anche lo stress del giunto saldato è piccolo, il che ha un grande lavoro

Pertanto, negli ultimi anni, molti esperti e studiosi hanno condotto ricerche pertinenti sull'argomento:

①Utilizzo di filo laser a spazio ristretto per il riempimento multicanaleIl metodo di saldatura ha saldato una piastra di acciaio marino Q345D spessa 40 mm; i risultati mostrano che i parametri del processo di saldatura appropriati possono ottenere una buona forma.

La giunzione saldata è priva di porosità, non presenta difetti come la mancata fusione, la tenacità all'impatto del centro della saldatura è buona e la resistenza alla trazione della saldatura è superiore a quella del materiale di base;

②L'acciaio del rotore spesso 50 mm è stato saldato mediante saldatura multipass con riempimento di filo laser a stretto intercapedine e i risultati hanno mostrato che i parametri del processo di saldatura erano adatti

Può ottenere una buona formatura, nessun difetto come la mancata fusione della parete laterale, la tenacità all'impatto del giunto è ridotta, ma la sua resistenza alla trazione è superiore a quella della madre

Legna;③Viene studiata la saldatura a filo laser a stretto gap della lega di alluminio 5083 di 20 mm di spessore e i risultati mostrano che i parametri del processo di saldatura appropriati

È possibile ottenere una giunzione saldata con un numero inferiore di pori e priva di difetti come la mancata fusione.

Casi applicativi e raccomandazioni sui parametri di apparecchiature e processi

1. Casi applicativi

Migliorare la formatura delle saldature

Requisiti: saldatura di acciaio inossidabile da 1 mm e 3 mm, la giunzione di saldatura non deve presentare porosità e la formatura deve essere buona.

Attrezzatura: RFL-C4000 (diametro del nucleo della fibra 200μm), alimentatore di filo, testa di saldatura.

Tabella 5 Raccomandazioni sulla forma e le dimensioni della scanalatura

Risultati: Lo stampaggio è risultato buono e la saldatura non presentava porosità, come mostrato nella Figura 5.

Figura 5 Formazione della saldatura e morfologia della sezione trasversale

Saldatura multi-passaggio con filo laser a spazi ristretti

Requisiti: lamiera di acciaio marino Q345 spessa 18 mm saldata, che richiede un minor numero di fori di saldatura, nessuna non fusione, giunto a trazione

La resistenza è superiore a quella del materiale di base e la formazione della saldatura è migliore.

Attrezzatura: RFL-C6000 (diametro del nucleo della fibra 400μm), alimentatore di filo, testa di saldatura.

Parametri di processo: il cordone di saldatura deve essere smussato, la dimensione della smussatura è mostrata nella Figura 6, e gli altri parametri del processo di saldatura sono mostrati nella Tabella 2.

Figura 6 Dimensione della scanalatura

Risultati: Lo stampaggio è stato buono, non c'è stata mancata fusione e la saldatura non presentava praticamente porosità, come mostrato nella Figura 7, ed è stata eseguita la prova di trazione

È dimostrato che la saldatura si rompe nel materiale di base, indicando che la resistenza alla trazione del giunto è superiore a quella del materiale di base.

FIG. 7 Diagramma metallografico della sezione trasversale della saldatura

2. Suggerimenti relativi alle apparecchiature e ai parametri di processo

Migliorare la formatura e la qualità della saldatura

Per la saldatura laser a filo testa a testa di materiali comuni, al fine di migliorare la formazione della saldatura, si raccomanda generalmente che il diametro del laser e del nucleo della fibra,

La testa di saldatura deve essere configurata in modo da garantire che il diametro del punto di focalizzazione sia compreso tra 0,4 mm e 0,6 mm, e il filo di saldatura deve essere selezionato con la qualità appropriata.

Altri parametri di saldatura sono riportati nella Tabella 2 e nella Tabella 3.

Saldatura multi-passaggio con filo laser a spazi ristretti

Per la saldatura multipass con riempimento laser a filo in spazi ristretti di lamiere di medio spessore, si raccomanda generalmente che il diametro del punto di focalizzazione sia compreso tra 0,6 mm e 1,0 mm, e

E il filo di saldatura deve essere scelto del grado appropriato, inoltre, la dimensione della scanalatura di giunzione deve essere progettata in modo ragionevole, la dimensione della scanalatura non può essere troppo grande,

Altrimenti, è facile causare mancata fusione all'interno della saldatura e la dimensione della scanalatura generalmente raccomandata è mostrata nella Tabella 5; il numero di cordoni dovrebbe essere basato sul massimo del giunto

Spessore elevato per determinare, si consiglia di utilizzare la prima saldatura inferiore per determinare la massima capacità di saldatura dell'attrezzatura, dopo ogni profondità di uno

Generalmente 3 mm ~ 5 mm; Per quanto riguarda i parametri del processo di saldatura utilizzati per ogni cordone, è necessario fare affidamento sulla profondità di saldatura richiesta e quando

Viene determinata la larghezza del cordone di saldatura frontale. Quando la larghezza del cordone di saldatura è maggiore, la quantità di defocalizzazione deve essere aumentata moderatamente per evitare che la parete laterale non si fonda.