Como herramienta de procesamiento avanzada, el láser desempeña un papel cada vez más importante en la soldadura industrial. Si bien la tecnología tradicional de soldadura láser permite controlar estos defectos hasta cierto punto, su eficacia suele estar limitada por parámetros y procesos de soldadura fijos. En los últimos años, la aparición de la tecnología de soldadura láser oscilante ofrece una nueva solución para el control de los defectos de soldadura. Al introducir la oscilación del haz láser durante el proceso de soldadura, esta tecnología mejora significativamente las características dinámicas del baño de fusión, optimizando así la calidad de la soldadura. La tecnología de soldadura láser oscilante se basa principalmente en el control preciso del haz láser y la oscilación para lograr una soldadura eficiente y de alta calidad.
Mejora la apariencia:
Durante elproceso de soldaduraEl haz láser se mueve rápida y precisamente para cubrir toda el área de soldadura. Cuando el haz se mueve en la dirección de la soldadura, oscila en varias formas, como círculo, figura 8 y hélice. Chen et al. utilizaron láser oscilante para soldar aleaciones de aluminio diferentes, y en comparación con la soldadura sin láser oscilante, la morfología de la soldadura frontal y posterior de la soldadura con láser oscilante mejoró significativamente. Además, la soldadura láser oscilante transversal se utiliza para aumentar la adaptabilidad de la holgura de la ranura. En algunas piezas de trabajo de conexión conductora, es necesario expandir el área de sobrecorriente, también es necesario expandir la superficie de conexión metálica, y también es necesario oscilar la soldadura láser para que la superficie de conexión metálica se convierta en una "U".
1. (a) y (b) estadísticas de la morfología de la sección transversal de la soldadura y el tamaño de la soldadura bajo diferentes modos de oscilación; (c) Formación de la superficie superior de la soldadura bajo diferentes modos de oscilación.
Mejorar la fusión deficiente de la pared lateral:
El defecto de falta de fusión en las paredes laterales es frecuente en la soldadura láser tradicional de ranura estrecha en placas de espesor medio. Esto se debe a la distribución desigual de la energía láser en la ranura, donde el aporte de calor en el centro es elevado y el aporte de calor en las paredes laterales es reducido, lo que impide una buena fusión. La clave para solucionar este defecto reside en aumentar el aporte de calor a las paredes laterales. Durante el proceso de soldadura láser, se puede lograr una distribución de energía más uniforme del haz láser sobre la superficie de la pieza mediante la oscilación del haz. Al variar el ancho de la ranura, la amplitud de la oscilación del haz se ajusta para que coincida con dicho ancho, generando así un aporte de calor efectivo a las paredes laterales.
2. Imagen macroscópica de la soldadura desde la primera capa (L1) hasta la séptima capa (L7) para soldadura láser con o sin oscilación.
Reducir los defectos de porosidad:
El mecanismo de inhibición de la oscilación del láser sobre los poros de soldadura se atribuye a la mejora de la estabilidad de los orificios pequeños y a la mayor fluidez del metal líquido. La Figura 3 muestra el comportamiento del flujo del baño de fusión, evidenciado por las partículas trazadoras durante el proceso de soldadura. La oscilación del haz de luz provoca que el orificio pequeño genere un movimiento de agitación rotacional de alta frecuencia y velocidad, lo que favorece el desbordamiento de burbujas y produce un efecto de "atrapamiento" en los poros solidificados. Al mismo tiempo, la oscilación del haz de luz aumenta el área del orificio pequeño y reduce la probabilidad de que colapse por inestabilidad y forme burbujas.
3. (a) y (b) trayectorias de partículas trazadoras durante la soldadura; Área de apertura del orificio: (c) sin láser oscilante (d) láser oscilante.
Reducir los defectos de agrietamiento:
La fisura térmica es un tipo de defecto que se forma durante el proceso de soldadura debido a la interacción de la tensión interna y los factores metalúrgicos, y que suele encontrarse en la zona afectada por el calor (ZAC) de la soldadura. La formación de estas fisuras está relacionada con la vulnerabilidad del material a altas temperaturas, la tensión de soldadura y la composición química del material. La tecnología tradicional de soldadura láser puede producir fisuras térmicas durante el proceso de soldadura, principalmente por las siguientes razones: Primero, debido al alto aporte de energía de la soldadura láser, que produce un calentamiento y enfriamiento rápidos de la zona de soldadura, lo que genera un gran gradiente térmico y tensión térmica; Segundo, la reacción metalúrgica durante el proceso de soldadura puede provocar la segregación de elementos de impureza con bajo punto de fusión, formando una fase frágil y aumentando la susceptibilidad a las fisuras. Finalmente, la rápida solidificación del material puede provocar heterogeneidad en la microestructura, y la dirección de crecimiento de los cristales columnares es desde el baño de fusión hacia el centro, como se muestra en la Figura 4. En este caso, la susceptibilidad a las fisuras aumenta significativamente.
4. Modo de solidificación de la soldadura láser: (a) soldadura láser convencional (b) soldadura láser oscilante.
La tecnología de soldadura láser oscilante permite reducir o eliminar eficazmente la aparición de grietas en caliente mediante la introducción del haz láser oscilante. Durante el proceso de soldadura láser oscilante, la oscilación periódica del haz láser favorece el flujo del metal en el baño de fusión, mejorando así la uniformidad de la microestructura. Además, el grano crece coaxialmente en el centro del baño de fusión, como se muestra en la Figura 5. Estos granos coaxiales actúan como barrera protectora, impidiendo la propagación de grietas y funcionando como capa de aislamiento térmico. Al mismo tiempo, el láser oscilante contribuye a reducir la formación de fases frágiles debidas a la segregación de componentes, disminuyendo el riesgo de agrietamiento térmico.
5. (A) Características de la microestructura de solidificación de soldaduras láser convencionales (B) Características de la microestructura de solidificación de soldaduras láser oscilantes (CCW).
En comparación con la soldadura por fusión láser convencional, la tecnología de soldadura láser oscilante se ha consolidado como un método eficaz para reducir la porosidad y corregir defectos como la falta de fusión de las paredes laterales. Gracias al efecto de agitación del haz sobre el baño de fusión, ofrece ventajas significativas en la mejora del ajuste de la separación, la uniformidad de la microestructura y el refinamiento del grano. La aplicación de la soldadura láser oscilante permite una mayor difusión de la soldadura láser, logrando una soldadura de precisión eficiente para piezas de mayor tamaño y soldaduras más anchas, lo que reduce la exigencia en el proceso básico y la precisión de ensamblaje del producto.
Fecha de publicación: 21 de febrero de 2025
