Qu'est-ce que le soudage au laser? Quel est le développement actuel de la technologie de soudage laser? Dans quels domaines la technologie de soudage au laser peut-elle être appliquée?
1. Qu'est-ce que le soudage au laser?
En bref, le soudage au laser doit chauffer la surface de la pièce avec un rayonnement laser, et la chaleur de surface se diffuse à l'intérieur par conduction thermique. Ensuite, en contrôlant la largeur, l'énergie, la puissance de pointe et la fréquence de répétition de l'impulsion laser, la pièce est fondu pour former un pool en fusion spécifique, atteignant ainsi le soudage.
Le soudage au laser peut réduire la chaleur d'entrée à la quantité minimale requise, la plage de changement métallographique de la zone touchée par la chaleur est petite et la déformation causée par la conduction thermique est également minime.
Le soudage sans contact peut réduire au minimum l'usure et la déformation de la machine. Le faisceau laser est facile à concentrer, à aligner et à guider par des instruments optiques. Il peut être placé à une distance appropriée de la pièce et peut être guidé entre les machines ou les obstacles autour de la pièce.
Le faisceau laser peut être axé sur une très petite zone, peut souder les petites pièces étroitement espacées, peut souder une large gamme de matériaux et peut également rejoindre divers matériaux hétérogènes.
Il est facile d'effectuer un soudage à grande vitesse avec l'automatisation et peut également être contrôlé numériquement ou par ordinateur. Lors du soudage des matériaux minces ou des fils de diamètre mince, il n'y a aucun problème comme le remontage.
2. Quel est l'état actuel de la technologie de soudage laser?
La technologie de soudage laser s'est développée avec le développement de la technologie laser. Ces dernières années, de nouvelles sources lumineuses telles que le laser bleu, le laser vert, le laser Femtoseconde, le soudage de swing, le soudage à ponctes ajusté en anneau ARM (Ringable) et d'autres nouveaux processus ont été introduits, qui ont résolu de manière innovante certains problèmes de soudage dans la production industrielle de la production industrielle.
(1) Technologie de soudage au laser métallique
La densité d'énergie élevée du laser permet de souder certains matériaux métalliques difficiles à souder, mais il y a encore des problèmes avec le soudage de matériaux hautement réfléchissants et de matériaux métalliques différents tels que l'or, l'argent, le cuivre et l'aluminium. Les principales raisons comprennent:
High Refleviativité et une conductivité thermique élevée, le soudage au laser nécessite une puissance de démarrage plus élevée;
Adurage du soudage laser haute puissance, il est sensible aux changements dans l'état de surface du matériau, entraînant une mauvaise formation de soder-soudure / soudure;
③La vitesse de soudage au laser est rapide, entraînant des défauts de soudage tels que les pores à l'intérieur de la soudure, en particulier les alliages d'aluminium et d'aluminium.
(1.1) Soudage laser efficace des alliages de cuivre et de cuivre
Le cuivre a une excellente conductivité électrique et thermique et est largement utilisé dans les champs de fabrication des produits électroniques et des véhicules électriques. Parmi eux, les moteurs, les batteries, les capteurs, les faisceaux de câbles et les terminaux sont les plus utilisés.
Dans le passé, le soudage au laser des matériaux métalliques reposait principalement sur des lasers infrarouges. Cependant, la conductivité thermique du cuivre est trop élevée, presque 5 fois celle du fer pur et 1,7 fois celle de l'aluminium pur. Le cuivre a un faible taux d'absorption pour les lasers infrarouges. L'utilisation de lasers infrarouges pour le soudage linéaire seul a une fenêtre de processus instable et la plus grande fluctuation de profondeur de fusion, qui est sujette à des problèmes tels que des éclaboussures de soudage, des éclaboussures de métal fondu, des pores et de grandes fluctuations de la profondeur de pénétration.
Par conséquent, après l'émergence de lasers à grande longueur d'onde à haute puissance, le soudage laser léger visible et le soudage hybride sont devenus des méthodes de traitement idéales pour des matériaux hautement réfléchissants tels que les alliages de cuivre et de cuivre.
Soudage au laser léger
Le laser vert est une sorte de lumière visible avec une longueur d'onde de 500-560 nm. Le taux d'absorption du cuivre pour le feu vert avec une longueur d'onde de λ=515 nm est élevé que 40%, soit environ 8 fois le taux d'absorption de la lumière infrarouge d'environ 1 μm, et l'efficacité de couplage énergétique est plus élevée. La sensibilité au degré d'oxydation est également réduite.
L'utilisation du laser vert peut réduire considérablement la puissance de seuil de soudage de pénétration profonde en cuivre, la quantité de pulvérisation et éclaboussures de fusion sur la surface de la soudure est petite, et il n'est pas affecté par la vitesse de soudage. Si le balayage du faisceau, la perfusion du faisceau et la modulation de puissance laser correcte sont augmentés, la qualité du soudage peut être considérablement améliorée. Bien que le nombre de défauts de soudure soit considérablement réduit, la surface de soudure sera plus régulière et uniforme.
Soudage laser léger Blue
Plus la longueur d'onde est courte, plus l'énergie des photons est élevée, ce qui aide à augmenter le taux d'absorption du matériau de la lumière laser. La longueur d'onde du laser bleu est de 400 nm ~ 500 N. Le laser semi-conducteur à base de nitrure de gallium peut générer directement un laser avec une longueur d'onde de 450 nm sans autre double de fréquence. Il présente les avantages d'une structure simple, d'une utilisation facile, d'une efficacité de conversion électro-optique et d'un taux d'absorption élevé.
Par rapport aux lasers de fibres couramment utilisés dans le traitement industriel, les lasers légers bleus ont une augmentation {{0}} du taux d'absorption des matériaux métalliques à 450 nm, en particulier l'augmentation du taux d'absorption des matériaux métalliques hautement réfléchissants tels que le cuivre et l'or. Il a été vérifié que la consommation d'énergie requise pour le soudage en cuivre est de 84% inférieure à celle des lasers infrarouges. Cela signifie que lorsqu'un laser infrarouge nécessite 10 W de puissance laser pour souder les matériaux en cuivre, l'utilisation d'un laser bleu ne nécessite qu'environ 1 kW ou 0,5 kW de puissance.
Soudage hybride à faisceau double
En utilisant le processus de soudage composite à double poutre à double poutre infrarouge-visible, en utilisant un laser léger à puissance plus petit visible, le laser infrarouge peut atteindre le soudage forcé de pénétration profonde du cuivre lorsque la puissance est inférieure à la puissance du seuil de soudage en profondeur et réduit considérablement les spatmeaux de soudage, et que le coût de l'équipement est faible. La qualité du soudage est élevée et est considérée comme ayant des avantages très remarquables et de bonnes perspectives d'application.
(1.2) Soudage swing au laser des alliages d'aluminium
Lorsque des faisceaux laser à focus uniques conventionnels sont utilisés pour souder les alliages en aluminium, les pores sont des défauts courants. Les principales raisons de la formation de pores dans les alliages en aluminium sont:
① La piscine et le trou de serrure fondu de soudage sont sujets à l'effondrement et à l'instabilité en raison de vibrations graves, formant des pores;
② La solubilité de l'hydrogène dans les alliages d'aluminium baissera fortement avec la diminution de la température, entraînant la précipitation de l'hydrogène sursaturé pendant la solidification et la formation de pores d'hydrogène. La présence de pores provoquera une concentration de stress dans la soudure, ce qui entraînera la fissuration de la soudure pendant la solidification.
Soudage du swing au laser. Pendant le processus de soudage, le faisceau se déplace le long de la direction de la soudure et les oscillations sous diverses formes telles que la circulaire, 8- en forme et les lignes en spirale en même temps.
À l'heure actuelle, la réalisation du swing de faisceau est principalement obtenue par un galvanomètre qui peut résister aux lasers de haute puissance. La zone d'action du faisceau du soudage du swing au laser est augmentée, ce qui augmente la zone du trou de serrure et la piscine foncière et la taille de la racine de la piscine fondée, améliore la stabilité du trou de serrure et du pool fondu, et a un effet d'amélioration significatif sur des défauts tels que la mauvaise fusion et le sous-écart. Dans le même temps, l'agitation de la piscine fondue par le faisceau d'éclairage oscillant accélère la convection de la piscine fondue, ce qui augmente la vitesse d'échappement des bulles dans la piscine fondée et réduit la porosité.
3. Application actuelle de la technologie de soudage laser dans divers domaines
Le soudage au laser est au plus tard que la coupe. À l'heure actuelle, il y a des entreprises dans mon pays qui se spécialisent dans le soudage au laser. Au début, le laser à la lampe et le soudage au laser YAG étaient les principales méthodes. Ils sont tous du soudage laser à faible puissance très traditionnel, qui a été appliqué dans les moules, les personnages publicitaires, les lunettes, les bijoux et autres champs, mais l'échelle est très limitée. Ces dernières années, avec l'amélioration continue de la puissance laser, plus important encore, les lasers semi-conducteurs et les lasers en fibre ont progressivement développé des scénarios d'application de soudage laser, brisant le goulot d'étranglement technique du soudage laser et ouvrant un nouvel espace de marché.
(1) Application de la technologie de soudage au laser dans la fabrication d'automobiles
Avec le développement de la science et de la technologie et l'amélioration du niveau de consommation des personnes et de la qualité de vie, les exigences en matière d'esthétique légère et artistique des organismes automobiles dans le domaine de la production d'automobile augmentent de plus en plus. La technologie de soudage au laser se démarque en raison de son excellent effet de traitement, de sa bonne qualité de produit et de sa grande efficacité de travail, et devient rapidement le chouchou de l'application de technologie du processus de soudage dans le domaine de la production automobile.
Dans la production de véhicules, la technologie de soudage au laser est principalement utilisée dans des processus tels que le soudage au laser de plaques en acier épaisses, le soudage au laser des assemblages automobiles et des assemblages de sous-système et le soudage au laser des pièces de véhicule. Les constructeurs automobiles de certains pays européens et américains ont commencé à appliquer la technologie de soudage laser relativement tôt, à partir des années 1980. Audi, Mercedes-Benz, GM et d'autres marques automobiles bien connues ont commencé à introduire la technologie de soudage au laser dans la production et la fabrication de véhicules à l'époque, ce qui a favorisé l'application approfondie et le développement de la technologie de soudage laser dans le domaine de la production et de la fabrication de véhicules.
Le soudage au laser des batteries de puissance devrait être la demande d'application de soudage la plus accrocheuse ces dernières années, ce qui a un grand élan pour les fabricants d'équipements laser. La seconde devrait être le soudage des corps et des pièces automobiles. La Chine est le plus grand marché automobile au monde, avec de nombreuses anciennes sociétés automobiles et de nouvelles sociétés automobiles émergeant en continu, avec près de 100 marques automobiles. La plupart des fabricants utilisent la technologie de soudage au niveau du kilowatt ou les lignes de production de soudage au laser automatisées; Surtout dans le domaine des batteries d'alimentation, les principales sociétés de batteries de nouvelles énergies ont utilisé un grand nombre d'équipements de soudage laser.
4. Quelle est la tendance de développement de la technologie de soudage au laser?
Avec le développement et la percée de la technologie de soudage, son caractère unique est plus évident dans le processus de recherche et développement de la technologie de soudage au laser. La technologie de soudage au laser peut souder les matériaux métalliques rapidement et efficacement. Lorsque le faisceau laser est généré, en raison de ses propres caractéristiques de focalisation élevées, elle peut provoquer une densité de puissance extrêmement élevée dans le faisceau laser, ce qui permet au faisceau laser de libérer une grande quantité d'énergie thermique en très peu de temps, améliorant ainsi considérablement l'efficacité de soudage et garantissant la qualité de soudage.
De plus, en raison de l'avantage instantané de soudage de la technologie de soudage laser, il a une très large perspective d'application. Dans l'application réelle de la technologie de soudage au laser, lorsque le faisceau laser irradia directement la surface du matériau métallique, il n'affectera pas le matériau métallique à l'extérieur de la zone d'irradiation, de sorte qu'il ne cause pas de dommages significatifs à la surface du matériau métallique pendant le processus de soudage, et une fois le processus de soudage terminé, il n'est pas nécessaire d'effectuer un traitement de surface connexe. Cela rend la technologie de soudage au laser particulièrement adapté au traitement des surfaces de diverses pièces de précision, de sorte que des opérations de soudage plus difficiles peuvent également être rapidement réalisées.
De plus, dans les spécifications techniques de soudage précédentes, il est généralement stipulé que les exigences des matériaux pour tous les matériaux de soudage doivent être cohérentes. Avec l'utilisation de la technologie de soudage au laser, il n'est pas nécessaire d'avoir de grandes restrictions sur les matériaux des matériaux de soudage, de sorte que même les matériaux de soudage de différents matériaux peuvent être facilement soudés à l'aide de la technologie de soudage laser. On peut dire que la formation et l'application généralisée de la technologie de soudage au laser ont efficacement surmonté les problèmes de technologie de soudage traditionnelle et réduit la difficulté des opérations de soudage traditionnelles.
Après plus d'un demi-siècle de développement, le niveau technique de la technologie de soudage au laser est également devenu de plus en plus parfait, et il a été progressivement largement utilisé dans des domaines de plus en plus industriels.
Dans les champs d'application de l'aérospatiale, des instruments électroniques, de la fabrication de machines, de la métallurgie en acier, de la fabrication d'automobiles, de l'équipement médical et d'autres industries, la technologie de soudage laser joue un rôle de plus en plus énorme. Par exemple, dans la production de pièces automobiles, la technologie de soudage au laser peut être utilisée pour traiter et produire les pièces de couverture du véhicule, et des pays avancés tels que les États-Unis et le Japon ont également appliqué la technologie de soudage laser à la production de pièces d'aviation dans un environnement d'azote pur.