La saldatura a penetrazione profonda della saldatrice laser utilizza solitamente raggi laser continui in fibra ottica per completare la connessione dei materiali. Il processo fisico metallurgico è molto simile alla saldatura a fascio di elettroni, il che significa che il meccanismo di conversione dell'energia viene completato attraverso una struttura a "buco della serratura".
Quando irradiato con un laser a densità di potenza sufficientemente elevata, il materiale evapora e forma piccoli fori. Questo buco pieno di vapore è come un corpo nero, che assorbe quasi tutta l'energia del raggio incidente. La temperatura di equilibrio nella cavità raggiunge circa 2500 gradi C. Il calore viene trasferito dalla parete esterna della camera ad alta temperatura per fondere il metallo attorno alla camera. Il piccolo foro è riempito con vapore ad alta temperatura, generato dall'evaporazione continua del materiale della parete sotto l'irradiazione di un fascio di raggi. Le quattro pareti del piccolo foro sono circondate da metallo fuso, mentre il metallo liquido è circondato da materiali solidi. Nella maggior parte dei processi di saldatura convenzionali e nella saldatura a conduzione laser, l'energia viene prima depositata sulla superficie del pezzo e poi trasmessa alla superficie. Il flusso del liquido all'esterno della parete del foro e la tensione superficiale dello strato della parete mantengono un equilibrio dinamico con la pressione del vapore continuamente generata nella cavità. Il raggio entra continuamente nel piccolo foro e il materiale all'esterno del foro scorre continuamente. Mentre il raggio di luce si muove, il piccolo foro rimane in uno stato di flusso stabile. In altre parole, il piccolo foro e il metallo fuso che circonda la parete del foro si muovono in avanti alla velocità di avanzamento della trave guida, e il metallo fuso riempie lo spazio lasciato dal piccolo foro e si condensa, formando un cordone di saldatura. Tutti i processi sopra indicati avvengono molto rapidamente, tanto che la velocità di saldatura può facilmente raggiungere alcuni metri al minuto.
Principali parametri di processo della saldatura laser a penetrazione profonda
1. Messa a fuoco del raggio.
La dimensione dello spot del raggio è una delle variabili più importanti nella saldatura laser, poiché determina la densità di potenza. Tuttavia, per i laser ad alta potenza, nonostante molte tecniche di misurazione indiretta, la loro misurazione rimane una sfida.
La dimensione massima dello spot per la messa a fuoco e la diffrazione del raggio può essere calcolata in base alla teoria della diffrazione della luce, ma a causa dell'aberrazione della lente di focalizzazione, la dimensione effettiva dello spot è maggiore del valore calcolato. Il metodo di misurazione pratico più semplice è il metodo del contorno isotermico, che utilizza carta spessa per bruciare e penetrare nella piastra di polipropilene per misurare il punto focale e il diametro della perforazione. Questo metodo dovrebbe essere praticato attraverso la misurazione per comprendere la potenza del laser e il tempo di azione del raggio.
2. Potenza laser.
Esiste una soglia di densità di energia laser nella saldatura laser. Al di sotto di questo valore la profondità di penetrazione è molto ridotta. Una volta raggiunto o superato questo valore, la profondità di penetrazione aumenterà notevolmente. Il plasma viene generato solo quando la densità di potenza del laser sul pezzo supera la soglia, segnando l'avanzamento della saldatura stabile a penetrazione profonda. Se la potenza del laser è inferiore a questa soglia, si verifica solo la fusione superficiale del pezzo, ovvero la saldatura viene eseguita con un tipo di conducibilità termica stabile. Quando la densità di potenza del laser si avvicina alla condizione critica per la formazione di piccoli fori, la saldatura a penetrazione profonda e la saldatura a conduzione diventeranno alternativamente processi di saldatura instabili, portando a fluttuazioni significative nella profondità di penetrazione. Nella saldatura laser a penetrazione profonda, la potenza del laser controlla sia la profondità di penetrazione che la velocità di saldatura. La profondità di penetrazione della saldatura è direttamente correlata alla densità di potenza del raggio ed è una funzione della potenza del raggio incidente e del fuoco del raggio. In generale, per raggi laser di un certo diametro, la profondità di penetrazione aumenta all'aumentare della potenza del raggio.
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