Soldadura per làser
En el mètode de soldadura làser, s'utilitza un feix de llum concentrat amb una alta densitat d'energia (diàmetre del feix 0,1 ... 2 mm) per connectar peces. Segons el tipus de feix de llum, la soldadura làser pot ser polsada i contínua. Les juntes puntuals es solden de manera polsada, per a costures contínues s'utilitza radiació polsada periòdica o contínua. La soldadura per pols també s'utilitza quan cal assegurar deformacions mínimes per l'escalfament de la temperatura i una alta precisió, contínuament, per a la soldadura d'alta velocitat en producció en sèrie o en sèrie.
La soldadura làser s'utilitza per unir diversos materials: acer, titani, alumini, metalls refractaris, coure, aliatges metàl·lics, metalls preciosos, bimetalls, amb un gruix de desenes a diversos mil·límetres. Tanmateix, la soldadura làser de metalls reflectants com l'alumini i el coure és una mica difícil. La soldadura làser de metalls es mostra a la fig. 2.
La soldadura de metalls actius es realitza mitjançant gas protector en forma de raig dirigit a la zona d'exposició al feix de llum.
Foto 1 — Soldadura en làser d'estat sòlid: 1 — medi actiu (robí, granat, neodimi), 2 — llum de bomba, 3 — mirall opac, 4 — mirall translúcid, 5 — fibra òptica, 6 — sistema òptic, 7 — detall, 8 — raig làser al punt d'enfocament, 9, 10 — divisors de raig làser.
Foto 2 — Soldabilitat dels materials
Segons la profunditat de penetració, hi ha tres tipus de soldadura làser:
1) microsoldadura (menys de 100 micres),
2) mini-soldadura (0,1 ... 1 mm),
3) soldadura macro (més d'1 mm).
Com que la profunditat de penetració normalment no supera els 4 mm, la soldadura làser s'utilitza àmpliament principalment en la fabricació d'eines de precisió, en la fabricació de dispositius electrònics, rellotges, en la construcció d'avions, en la indústria de l'automòbil, en la soldadura de canonades i també s'utilitza àmpliament en la indústria de la joieria.
Abans de la soldadura a tope i la superposició, assegureu-vos que hi hagi un espai de 0,1 ... 0,2 mm. Amb grans llacunes, es pot produir l'esgotament i la manca de síntesi.
Els principals paràmetres del mode de soldadura làser són:
1) durada i energia del pols,
2) freqüència de pols,
3) el diàmetre del feix de llum,
4) la distància des de la part més petita del feix enfocat a la superfície,
5) velocitat de soldadura. Arriba a 5 mm/s. Per augmentar la velocitat, s'augmenta la freqüència del pols o s'utilitza el mode continu.
La indústria utilitza 2 tipus de làsers per a la soldadura làser:
1) làsers d'estat sòlid: robí, neodimi i YAG (basats en granat d'itri d'alumini);
2) làsers de CO2 de gas.
Recentment també han aparegut màquines de soldadura làser, l'element actiu de les quals és una fibra òptica feta de quars.Aquests làsers permeten la soldadura de materials "problemàtics": coure i llautó amb alta reflectivitat, titani.
Les capacitats de diverses màquines de soldadura làser es mostren a les taules 1 i 2.
A la taula 3 es mostren exemples de modes de soldadura per làser de gas CO2.
Taula 1 — Gruix de làmina i potència làser de soldadura
Taula 2 — Aplicabilitat dels làsers
Taula 3 — Modes de soldadura a tope làser amb làser de gas
El diàmetre del raig làser sol ser de 0,3 mm. Les soldadures a tope soldades amb una biga inferior a 0,3 mm poden tenir manca d'adherència i falta de penetració. La soldadura amb làsers de fins a 10 kW es realitza normalment sense farciment.
A causa de la petita àrea afectada per la calor durant la soldadura làser, la soldadura es refreda molt ràpidament. Això pot tenir conseqüències tant negatives com positives per a la qualitat de la unió soldada. Molts metalls donen les millors propietats físiques i mecàniques amb un ràpid refredament de les juntes. Tanmateix, quan es solda acer inoxidable, això pot provocar una fractura de la soldadura. Augmentar l'amplada del pols a 10 ms i el preescalfament ajuda a eliminar aquest fenomen.
Amb l'elecció correcta de materials i modes de soldadura, la soldadura làser produeix costures de la màxima qualitat.
Els sistemes làser es poden dividir en 3 categories:
1) Dispositius de tancament. En aquests dispositius, les peces es col·loquen en un espai tancat especial que conté una atmosfera neutra protectora i un raig làser. El soldador pot controlar i supervisar el procés de soldadura mitjançant un sistema òptic especial.
2) Aparells destinats a la soldadura exterior.El raig làser té diversos graus de llibertat i produeix moviments programats. La zona de soldadura està protegida per un flux de gas.
3) Dispositius destinats a la soldadura làser manual. Les torxes làser són molt semblants a les torxes de soldadura TIG. El raig làser es transmet a la torxa mitjançant una fibra òptica. Durant la soldadura, el soldador manté la torxa làser en una mà i el material de farciment a l'altra.
Taula 4 — Comparació de diferents tipus de soldadura làser
Els avantatges de la soldadura làser inclouen:
1) una petita àrea d'efecte tèrmic del raig làser sobre el material i, com a resultat, deformacions tèrmiques insignificants;
2) la possibilitat de soldar en llocs de difícil accés, en un entorn transparent a la radiació làser (vidre, líquids, gasos);
3) soldadura de materials magnètics;
4) petit diàmetre del feix de llum, possibilitat de micro soldadura, costura de soldadura estreta amb bones característiques estètiques;
5) la capacitat d'automatitzar el procés;
6) manipulació flexible del feix de llum mitjançant transmissió òptica;
7) la versatilitat dels equips làser (la possibilitat d'ús per a la soldadura làser i el tall, el marcatge i la perforació);
8) la possibilitat de soldar diferents materials.
Desavantatges de la soldadura làser:
1. Alt cost i complexitat dels equips làser.
2. Alts requisits de preparació, neteja de vores de soldadura.
3. Impossibilitat de soldar peces de paret gruixuda, potència insuficient.L'augment de la potència dels làsers de soldadura està limitat pel fet que amb un efecte més fort del feix làser sobre el metall, es dispersa activament a la zona de soldadura, cosa que danya el sistema òptic del dispositiu i desactiva el làser en qüestió d'hores. .