La soldadura de penetración profunda de la máquina de soldadura láser generalmente utiliza rayos láser continuos de fibra óptica para completar la conexión de materiales. El proceso físico metalúrgico es muy similar a la soldadura por haz de electrones, lo que significa que el mecanismo de conversión de energía se completa a través de una estructura de "ojo de cerradura".
Cuando se irradia con un láser de densidad de potencia suficientemente alta, el material se evapora y forma pequeños agujeros. Este agujero lleno de vapor es como un cuerpo negro que absorbe casi toda la energía del rayo incidente. La temperatura de equilibrio en la cavidad alcanza aproximadamente 2500 grados C. El calor se transfiere desde la pared exterior de la cámara de alta temperatura para fundir el metal alrededor de la cámara. El pequeño orificio se llena con vapor a alta temperatura, que se genera mediante la evaporación continua del material de la pared bajo la irradiación de un haz de rayos. Las cuatro paredes del pequeño agujero están rodeadas de metal fundido, mientras que el metal líquido está rodeado de materiales sólidos. En la mayoría de los procesos de soldadura convencionales y en la soldadura por conducción láser, la energía primero se deposita en la superficie de la pieza de trabajo y luego se transmite a la superficie. El flujo de líquido fuera de la pared del orificio y la tensión superficial de la capa de la pared mantienen un equilibrio dinámico con la presión del vapor generada continuamente en la cavidad. El haz entra continuamente en el pequeño agujero y el material fuera del agujero fluye continuamente. A medida que el haz de luz se mueve, el pequeño agujero permanece en un estado de flujo estable. En otras palabras, el pequeño orificio y el metal fundido que rodea la pared del orificio avanzan a la velocidad de avance del haz guía, y el metal fundido llena el espacio dejado por el pequeño orificio y se condensa, formando una costura de soldadura. Todos los procesos anteriores se realizan muy rápidamente, por lo que la velocidad de soldadura puede alcanzar fácilmente unos pocos metros por minuto.
Principales parámetros del proceso de soldadura láser de penetración profunda.
1.Enfoque del haz.
El tamaño del punto del haz es una de las variables más importantes en la soldadura láser, ya que determina la densidad de potencia. Sin embargo, para los láseres de alta potencia, a pesar de muchas técnicas de medición indirectas, su medición sigue siendo un desafío.
El tamaño máximo del punto para el enfoque y la difracción del haz se puede calcular basándose en la teoría de la difracción de la luz, pero debido a la aberración de la lente de enfoque, el tamaño del punto real es mayor que el valor calculado. El método de medición práctico más simple es el método de contorno isotérmico, que utiliza papel grueso para quemar y penetrar la placa de polipropileno para medir el punto focal y el diámetro de la perforación. Este método debe practicarse mediante mediciones para captar la potencia del láser y el tiempo de acción del haz.
2.Potencia del láser.
Existe un umbral de densidad de energía láser en la soldadura láser. Por debajo de este valor, la profundidad de penetración es muy superficial. Una vez que se alcanza o supera este valor, la profundidad de penetración aumentará considerablemente. El plasma solo se genera cuando la densidad de potencia del láser en la pieza de trabajo excede el umbral, lo que marca el progreso de una soldadura de penetración profunda estable. Si la potencia del láser está por debajo de este umbral, sólo se produce la fusión superficial de la pieza de trabajo, es decir, la soldadura se lleva a cabo con un tipo de conductividad térmica estable. Cuando la densidad de potencia del láser se acerca a la condición crítica para formar agujeros pequeños, la soldadura de penetración profunda y la soldadura por conducción se convertirán alternativamente en procesos de soldadura inestables, lo que provocará fluctuaciones significativas en la profundidad de penetración. En la soldadura láser de penetración profunda, la potencia del láser controla tanto la profundidad de penetración como la velocidad de soldadura. La profundidad de penetración de la soldadura está directamente relacionada con la densidad de potencia del haz y es función de la potencia del haz incidente y del foco del haz. En términos generales, para rayos láser con un cierto diámetro, la profundidad de penetración aumenta con el aumento de la potencia del haz.
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