Meccanismo e tecnologia di controllo Principi e caratteristiche della saldatura laser

La tendenza di sviluppo e le caratteristiche dei moderni mezzi di consegna sono il funzionamento ad alta velocità e la struttura leggera. Di conseguenza, sono stati proposti requisiti più elevati per la produzione delle sue strutture chiave, come una produzione ecologica leggera, monolitica, ad alta affidabilità, di lunga durata e a basso costo. A tal fine, leghe di titanio leggere e ad alta resistenza, leghe di alluminio e altri materiali strutturali tipici, corrente del fascio ad alta densità di energia come fonte di calore di saldatura della produzione di saldatura a fascio ad alta energia della struttura complessiva, uno dei risultati della tecnologia di produzione avanzata per rispettare le esigenze di questo sviluppo. La produzione di saldatura a fascio ad alta energia con molti vantaggi, nota come lavorazione dei materiali e tecnologia di produzione avanzata con cambiamenti rivoluzionari nella nuova tecnologia, in particolare nelle nuove leghe leggere nella struttura chiave della produzione di saldatura, ha ampie prospettive di applicazione, per conto di uno delle grandi e complesse leghe di titanio, leghe di alluminio.
Piastra murale rinforzata o struttura a cavità della produzione di saldatura laser ad alta velocità ed efficiente. Il laser è una luce coerente ad alta intensità basata sul principio della radiazione eccitata degli atomi, che produce una luce ad alta intensità eccitando la sostanza di lavoro. Oltre a obbedire a tutte le leggi dell'ottica come la luce ordinaria, il laser ha una serie di altre caratteristiche che non si trovano in nessun'altra sorgente luminosa, come buona direzionalità, elevata luminosità e buona monocromaticità. La buona direzione e l'elevata luminosità del laser costituiscono un'elevata concentrazione di energia nello spazio e nel tempo, possono essere trasmessi su lunghe distanze e hanno un'elevata energia o un'elevata intensità, nel campo della lavorazione dei materiali (compresa la saldatura) possono essere considerati un fonte di calore ideale. L'applicazione del laser come nuova energia amplia notevolmente il campo di applicazione della lavorazione dei materiali. La saldatura laser è uno degli aspetti importanti dell'applicazione laser.
La saldatura laser è un tipo di utilizzo dopo la focalizzazione con un'elevata densità di energia (10 ^ 6 ~ 10 ^ 12 W / cm) del raggio laser come fonte di calore per riscaldare la fusione del metodo di saldatura speciale per fusione del pezzo. Si tratta di una saldatura per fusione basata sull'effetto fototermico, che presuppone che il laser venga assorbito dal materiale e convertito nell'energia termica necessaria per la saldatura. Di solito, diverse intensità della luce laser sulla superficie del materiale portano a diversi fenomeni fisici, tra cui l'aumento della temperatura superficiale, la fusione, la vaporizzazione, la formazione di piccoli fori e la generazione di fotoplasma, ecc. Questi fenomeni fisici determinano la saldatura meccanismo di azione termica del processo, in modo che la saldatura laser dell'esistenza della saldatura a conduzione di calore e della saldatura a fusione profonda dei due tipi di saldatura. La transizione tra le due modalità dipende principalmente dalla densità di potenza dello spot laser che agisce sul materiale.
Per un dato materiale, esiste una soglia di densità di potenza specifica (da 0, da 5x10^6 a 10^7 W/cm per la maggior parte degli acciai). Quando la densità di potenza del laser applicata al materiale è inferiore a questa soglia, l'energia laser viene assorbita dalla superficie del materiale e viene rapidamente trasferita all'interno del materiale, formando una saldatura termicamente conduttiva con larghezza e profondità relativamente grandi. Quando la densità di potenza del laser applicata al materiale è superiore alla soglia, la superficie del pezzo è troppo tardi per trasferire calore al materiale all'interno, l'energia laser farà sì che la superficie del materiale si riscaldi, si sciolga e vaporizzi rapidamente. E man mano che l'energia laser continua ad essere alimentata, si formano piccoli fori nella direzione dello spessore di penetrazione. Il foro è circondato da una vasca di fusione di metallo liquido ed è riempito con vapore metallico e plasma ad alta temperatura. La forza di espansione del vapore metallico e del plasma ad alta temperatura agisce insieme alla gravità e alla tensione superficiale del metallo liquido attorno al foro per mantenere l'esistenza stabile del foro. I piccoli fori si muovono lungo la direzione di saldatura, il bagno di fusione posteriore si raffredda e si solidifica rapidamente e si forma una saldatura fusa profonda con profondità e larghezza relativamente grandi. Pertanto, la modalità di saldatura laser è correlata alla densità di potenza del laser e all'energia della linea di saldatura che determinano il meccanismo di azione termica.
Quando la densità di potenza del laser è inferiore a 10 ^ 6 W / cm, il riscaldamento del laser è limitato alla superficie metallica, può raggiungere la soglia di fusione della maggior parte dei metalli, ma nessuna vaporizzazione, questa volta il metallo nell'azione continua del laser (abbastanza energia di linea), alla modalità di saldatura a conduzione termica per formare una saldatura, meccanismo di formazione della saldatura e saldatura per fusione convenzionale. La saldatura a conduzione termica laser viene generalmente utilizzata nella saldatura di tenuta di componenti elettronici e nella saldatura di materiali ultrasottili. Quando la densità di potenza del laser è superiore a 10 ^ 6 W/cm, il laser fa sciogliere e vaporizzare il metallo istantaneamente, se l'energia della linea è sufficiente, la forza del vapore metallico produce piccoli fori nel metallo fuso e il processo di saldatura forma la saldatura nella modalità di saldatura a fusione profonda con l'effetto di piccoli fori. Il foro di saldatura a fusione profonda è circondato da metallo fuso, riempito con vapore metallico e plasma ad alta temperatura, foro del processo di saldatura mediante forza del vapore metallico e gravità del metallo liquido e equilibrio della tensione superficiale per mantenere il piccolo foro nel laser e l'accoppiamento termico del materiale è l'azione termica della modalità di saldatura laser a fusione profonda dell'azione termica del meccanismo, utilizzata principalmente nel grado di struttura della saldatura superiore a 1 mm.
Rispetto ai tradizionali metodi di saldatura ad arco, la tecnologia di saldatura laser presenta vantaggi unici ed è una tecnologia di saldatura avanzata.
La tecnologia di saldatura laser si è sviluppata rapidamente negli ultimi decenni, evolvendo gradualmente dalla saldatura a onda pulsata alla saldatura a onda continua, ad alta potenza per lamiere spesse, alla saldatura multistazione ed è stata ampiamente utilizzata nei settori aeronautico, aerospaziale, automobilistico, ad alta velocità. ferrovie e altri campi. Nella produzione di aerei militari, si è verificata una crescita significativa nell’applicazione della saldatura laser di leghe di alluminio e leghe di titanio, che rappresentano rispettivamente oltre il 60% e il 20% del peso strutturale degli aerei da combattimento avanzati. La tecnologia di saldatura laser può sostituire il tradizionale metodo di rivettatura, con una significativa riduzione del peso, una riduzione dei costi e un miglioramento dell'utilizzo del materiale. Ad esempio, la piastra murale della fusoliera dell'Airbus A380 mediante saldatura laser può ridurre il peso del 15%, riduzione dei costi del 15%.
In Cina, la saldatura strutturale su larga scala di piastre per pareti rinforzate sta diventando sempre più popolare nelle applicazioni aeronautiche e navali. Rispetto alla lavorazione meccanica e ai metodi di rivettatura, la saldatura laser non solo consente di risparmiare materiali, ma migliora anche la leggerezza e la producibilità dei componenti, accorcia il ciclo di lavorazione e riduce i costi di produzione. Tuttavia, il processo di saldatura laser è complesso e comporta riscaldamento, raffreddamento e cambiamenti di fase del materiale rapidi, in particolare per le leghe di alluminio e le leghe di titanio, a causa dell'elevata riflettività, dell'elevata conduttività termica, della tensione superficiale e di altre caratteristiche, che comportano sfide tecniche come il controllo della qualità della saldatura. e stabilità, stabilità del processo di saldatura, controllo dei difetti non è maturo, la forma strutturale non soddisfa gli standard e altri problemi sono importanti. La causa principale di questi problemi risiede nella mancanza di ricerca di base sulla saldabilità e sulle proprietà meccaniche delle leghe di titanio e di alluminio, con conseguente durata a fatica dei giunti, controllo delle sollecitazioni e delle deformazioni, ecc. È difficile soddisfare i requisiti di elevata affidabilità dei materiali leggeri componenti in lega e c'è un ampio divario con il livello internazionale.