Índice:
Parâmetros do processo de soldagem a laser de alta precisão
Adequado paratecnologia de soldagem a laser
Vantagens da soldagem a laser
Soldagem a laser de alta precisão por fusão profunda
Soldagem a laser de aço importado
1. Parâmetros do processo de soldagem a laser:
1.1 Densidade de potência:
A densidade de potência é um parâmetro-chave no processamento a laser. Uma densidade de potência mais alta pode aquecer rapidamente a camada superficial até seu ponto de ebulição em poucos microssegundos, resultando em evaporação significativa. Portanto, uma alta densidade de potência é propícia para processos de remoção de material, como corte, gravação e perfuração. Por outro lado, uma densidade de potência mais baixa leva alguns milissegundos para atingir o ponto de ebulição da temperatura da superfície. Isso permite que a camada inferior atinja o ponto de fusão antes que a camada superficial evapore, facilitando a formação de uma solda firme. Portanto, a densidade de potência da soldagem a laser conduzida geralmente está na faixa de 10^4 a 10^6 W/cm².
1.2 Largura do pulso do laser:
A largura de pulso é um parâmetro importante na soldagem a laser pulsado. Ela não é apenas diferente da remoção e fusão do material, mas também um fator-chave na determinação do custo e do volume do equipamento de processamento.
1.3 A influência do desfoque na qualidade da soldagem:
A soldagem a laser geralmente requer um certo grau de desfoque, pois a densidade de potência no centro do ponto de foco do laser é alta, o que pode facilmente causar evaporação e furos. Por outro lado, a distribuição da densidade de potência é relativamente uniforme no plano distante do foco do laser.
Há dois modos de desfoque disponíveis: desfoque positivo e desfoque negativo. O desfoque positivo ocorre quando o plano focal está acima da peça de trabalho, e o desfoque negativo ocorre abaixo da peça de trabalho.
O desfoque negativo levará a uma maior profundidade de fusão, o que está relacionado ao processo de formação do banho. Os resultados experimentais mostram que o material começa a fundir dentro de 50 a 200 µs após ser aquecido pelo laser, formando um metal em fase líquida e vaporizando vapor de pressão comercial, emitindo luz branca ofuscante a uma velocidade extremamente alta.
Ao mesmo tempo, a alta concentração de vapor faz com que o metal líquido se mova em direção à borda do banho, formando uma depressão no centro do banho.
Quando o desfoque negativo é utilizado, a densidade de potência interna do material é maior que a densidade de potência da superfície, o que tem maior probabilidade de produzir fusão e vaporização mais intensas. Isso permite que a energia luminosa seja transferida para uma parte mais profunda do material, resultando em maior penetração. Portanto, o desfoque negativo deve ser utilizado para profundidades de fusão maiores, enquanto o desfoque positivo deve ser utilizado na soldagem de materiais finos em aplicações práticas.
2.Tecnologia de soldagem a laser：
1) Soldagem placa a placa:
Inclui soldagem de topo, soldagem de extremidade, soldagem central permeável e soldagem central perfurada.
2) Soldagem fio a fio:
Inclui soldagem de topo fio a fio, soldagem cruzada, soldagem sobreposta paralela e soldagem em T.
3) Soldagem de componentes de arame e bloco:
A soldagem a laser pode ser usada para conectar com sucesso o fio ao elemento principal, e o tamanho do elemento principal pode ser arbitrário. Deve-se prestar atenção à geometria do elemento de linha durante a soldagem.
4) Soldagem de diferentes metais:
Para soldar vários tipos de metais, é necessário determinar sua soldabilidade e a faixa de parâmetros de soldabilidade.
Vale ressaltar que a soldagem a laser só pode ser realizada entre determinadas combinações de materiais.
Embora a brasagem a laser possa não ser adequada para conectar certos componentes, os lasers podem ser usados como fonte de calor para brasagem suave e brasagem, o que também tem as vantagens da soldagem a laser.
Há uma variedade de métodos de soldagem para escolher. A soldagem a laser é usada principalmente para soldagem de placas de circuito impresso (PCB), especialmente na tecnologia de montagem de wafers.
3. Vantagens da soldagem a laser:
O aquecimento local reduz o risco de danos térmicos aos componentes e cria uma pequena zona afetada pelo calor que permite a soldagem perto dos componentes térmicos.
O aquecimento sem contato permite derreter a água sem ferramentas auxiliares. Isso permite o processamento da placa de circuito impresso dupla face após a instalação dos componentes dupla face.
A estabilidade de operações repetidas, aliada à mínima poluição do fluxo nas ferramentas de soldagem, torna a brasagem a laser uma escolha vantajosa. Além disso, o tempo de irradiação do laser e a potência de saída são fáceis de controlar, e o rendimento da brasagem a laser é alto.
Componentes ópticos como semi-lentes, espelhos, prismas e espelhos de varredura podem ser usados para separar facilmente o feixe de laser. Isso permite que vários pontos sejam soldados simetricamente ao mesmo tempo.
A brasagem a laser utiliza principalmente um laser com comprimento de onda de 1,06 µm como fonte de calor, que pode ser transmitido por fibra óptica. Isso possibilita o processamento de peças difíceis de soldar pelos métodos tradicionais, proporcionando maior flexibilidade.
O feixe de laser tem boas propriedades de foco e é fácil de automatizar equipamentos multiestações.
4. Soldagem a laser de fusão profunda:
4.1 Tecnologia metalúrgica e teoria do processo:
O processo metalúrgico de soldagem a laser por fusão profunda é semelhante à soldagem por feixe de elétrons, que depende de uma estrutura de “pequeno orifício” para completar a conversão de energia.
Quando a densidade de potência é alta o suficiente, o material evapora, formando um pequeno buraco. Esse buraco é preenchido com vapor, como um corpo negro, absorvendo quase toda a energia da luz incidente. A temperatura de equilíbrio na cavidade do buraco é de cerca de 25.000 graus.
O calor é transmitido da parede externa da cavidade de alta temperatura, derretendo o metal circundante. O furo é constantemente preenchido com vapor de alta temperatura gerado pela evaporação do material da parede sob o feixe de luz.
As quatro paredes do furo são cercadas por metal fundido, que por sua vez é cercado por material sólido. O metal líquido fora do furo flui e mantém um equilíbrio dinâmico com a pressão de vapor contínua na cavidade do furo.
Quando o feixe de luz se move, o orifício permanece estável. Isso significa que o pequeno orifício e o metal fundido ao redor dele se movem na velocidade do feixe guiado. O metal fundido preenche a lacuna deixada pelo orifício em movimento e se condensa para formar uma solda.
4.2 Fatores de influência:
Os fatores que afetam a soldagem por fusão profunda a laser são a potência do laser, o diâmetro do feixe de laser, a taxa de absorção do material, a velocidade de soldagem, o gás de proteção, a distância focal da lente, a posição do foco, a posição do feixe de laser e o aumento ou diminuição do início e da parada da potência do laser.
4.3 Características da soldagem a laser de fusão profunda:
1) Alta relação de aspecto: À medida que o metal fundido se forma ao redor da câmara de vapor cilíndrica de alta temperatura e se estende até a peça de trabalho, a solda se torna mais profunda e estreita.
2) Entrada mínima de calor: Devido à alta temperatura da cavidade da fonte, o processo de fusão é rápido, a entrada de calor da peça de trabalho é pequena e a deformação térmica e a zona afetada pelo calor são pequenas.
3) Alta densidade: Porque os pequenos orifícios preenchidos com vapor de alta temperatura são propícios à agitação do banho e à fuga de gás, formando assim uma soldagem por fusão não porosa.
A velocidade de resfriamento é rápida após a soldagem, e a organização da solda é fácil de refinar.
4) Reforce as soldas.
5) Controle preciso.
6) Processo de soldagem atmosférica sem contato.
4.4 Vantagens da soldagem a laser de fusão profunda:
Em comparação com os métodos tradicionais, a densidade de potência do feixe de laser focalizado é maior, resultando em uma velocidade de soldagem mais rápida. Além disso, pode soldar materiais refratários como titânio e quartzo com menores zonas afetadas pelo calor e menor deformação.
O feixe de laser é fácil de transmitir e controlar, eliminando a necessidade de substituição frequente de tochas e bicos, reduzindo assim o tempo de inatividade e melhorando o fator de carga e a eficiência da produção.
A purificação e a alta taxa de resfriamento ajudam a melhorar a resistência da solda e o desempenho geral.
A baixa entrada de calor e a alta precisão de usinagem da soldagem a laser reduzem o custo de reprocessamento, tornando-a uma solução econômica.
A soldagem a laser pode ser facilmente automatizada e controlar efetivamente a intensidade do feixe e o posicionamento preciso.
4.5 Equipamento de soldagem a laser de fusão profunda:
De modo geral, a soldagem a laser de aço carbono tem um bom efeito, e a qualidade da soldagem depende principalmente do teor de impurezas.
Assim como outros processos de soldagem, enxofre e fósforo são fatores que afetam a sensibilidade das trincas de soldagem.
Para obter uma qualidade de soldagem satisfatória, o pré-aquecimento é necessário quando o teor de carbono excede 0,25%.
Ao soldar aço com diferentes teores de carbono, é recomendável inclinar a tocha de soldagem ligeiramente para o lado do material de baixo carbono para garantir a qualidade da junta.
Devido ao alto teor de enxofre e fósforo, o aço de baixa ebulição de carbono não é adequado para soldagem a laser.
Devido ao baixo teor de impurezas, o efeito de soldagem do aço sedativo de baixo carbono é excelente.
Aços de médio e alto carbono e aços de liga comuns também podem ser soldados a laser com eficiência. No entanto, o pré-aquecimento e o tratamento pós-soldagem são necessários para eliminar tensões e prevenir a formação de trincas.
5. Soldagem a laser de aço:
5.1 Soldagem a laser de aço carbono e aço de liga comum:
De modo geral, o aço carbono tem bom desempenho de soldagem a laser, e a qualidade da soldagem é afetada pelo teor de impurezas.
Semelhante a outras técnicas de soldagem, enxofre e fósforo são os principais fatores que causam rachaduras na soldagem.
Quando o teor de carbono ultrapassar 0,25%, deve-se realizar o pré-aquecimento para atingir a qualidade ideal de soldagem.
Ao soldar aço com diferentes teores de carbono, incline a tocha de soldagem para o lado com baixo teor de carbono para garantir a qualidade da junta.
Devido ao alto teor de enxofre e fósforo, a soldagem a laser não é recomendada para aço de baixo carbono.
O aço carbono de baixo carbono apresenta excelente efeito de soldagem devido ao seu baixo teor de impurezas.
Tanto aços de médio e alto carbono quanto aços de liga comuns podem ser soldados a laser com eficiência, mas o pré-aquecimento e o tratamento pós-soldagem são necessários para eliminar o estresse e evitar a formação de rachaduras.
5.2 Soldagem a laser de aço inoxidável:
De modo geral, a soldagem a laser de aço inoxidável é mais fácil de obter juntas de alta qualidade do que a soldagem tradicional. Isso ocorre porque a pequena zona afetada pelo calor, com alta velocidade de soldagem, faz com que a sensibilização não seja mais um problema.
Comparado ao aço carbono, o aço inoxidável tem menor condutividade térmica e é mais fácil de realizar soldagens de fusão profunda e soldas estreitas.
5.3 Soldagem a laser entre diferentes metais:
A soldagem a laser tem uma velocidade de resfriamento rápida e uma pequena zona afetada pelo calor, o que cria condições favoráveis para a compatibilidade de diferentes materiais de tecido após a fusão de diversos metais diferentes.