Sudarea prin puncte este o metodă de îmbinare rapidă și rentabilă. Este potrivită pentru conectarea componentelor din tablă subțire cu îmbinări suprapuse care nu necesită etanșeitate. Există multe tipuri de sudare prin puncte, cum ar fi sudarea prin puncte prin rezistență, sudarea prin puncte cu arc, sudarea prin puncte adezive.sudură prin puncte compozite...și sudarea prin puncte cu laser. În prezent, sudarea prin puncte cu rezistență este utilizată pe scară largă în producție. Luând ca exemplu industria auto, sunt necesare între 3.000 și 4.000 de puncte de sudură în timpul asamblării componentelor panourilor caroseriei auto, ceea ce necesită între 250 și 300 de roboți, împreună cu sisteme de control de susținere și alte echipamente auxiliare. Cu toate acestea, sudarea prin puncte cu rezistență are o flexibilitate redusă. Odată cu dezvoltarea economică rapidă, ciclul de actualizare a formelor geometrice și a structurilor componentelor auto a devenit foarte scurt. Modernizarea noilor produse și modele necesită un nou tip de tehnologie de sudură prin puncte care să fie eficientă și flexibilă. Prin urmare, tehnologia de sudură prin puncte cu laser a devenit treptat în centrul atenției și se așteaptă să fie aplicată pe scară largă în producția industrială auto. În domeniul aerospațial, sudarea prin puncte cu laser este, de asemenea, testată ca tehnologie alternativă. De mult timp, îmbinările suprapuse ale produselor aerospațiale au folosit în general nituirea, ceea ce implică multe procese de producție și un volum mare de muncă. Odată cu aplicarea tot mai mare de noi materiale, cum ar fi aliajele de aluminiu, aliajele de titan și materialele compozite, adoptarea noilor tehnologii de sudare pentru a înlocui metodele tradiționale de îmbinare a devenit o tendință generală. Acest lucru nu numai că îmbunătățește eficiența producției, dar reduce și greutatea structurală și îndeplinește noile cerințe de proiectare structurală, ceea ce este de mare importanță pentru produsele aerospațiale. Precizia ridicată și flexibilitatea ridicată a sudării prin puncte cu laser îi conferă avantaje semnificative în producția practică, în special în industria aeronautică, unde poate înlocui procesele tradiționale, cum ar fi sudarea prin puncte prin rezistență și nituirea.
I. Definiția și caracteristicile sudării cu laser în puncte
Definiţie
Sudarea cu laser în puncte se referă la procesul de topire și îmbinare a pieselor de prelucrat utilizând un singur impuls laser (t > 1 ms) sau o serie de impulsuri laser în aceeași poziție.
Sudarea prin puncte cu laser este practic similară cu alte procedee de sudare cu laser; singura diferență este că nu există o deplasare relativă între fasciculul laser și piesa de prelucrat în timpul sudării prin puncte. Sudarea prin puncte cu laser este împărțită în două tipuri: sudare prin conducție termică și sudare prin gaură de cheie. În sudarea prin puncte cu conducție termică, laserul poate topi metalul doar fără a-l vaporiza. Această metodă este mai potrivită pentru sudarea metalelor cu o grosime mai mică de 0,5 mm, cum ar fi sudarea prin puncte cu laser Nd:YAG a componentelor electronice. În sudarea prin puncte cu laser prin gaură de cheie, laserul poate intra direct în interiorul materialului prin gaura de cheie, crescând rata de utilizare a energiei laser și atingând o adâncime de penetrare mai mare. Sudarea tradițională prin rezistență topește piesele de prelucrat pentru a forma puncte de sudură folosind căldura de rezistență generată de curentul electric, în timp ce sursa de căldură a sudării prin puncte cu laser provine din radiația laser, rezultând forme semnificativ diferite ale punctelor de sudură.
Parametrii reglabili ai sudării cu laser în puncte includ, în general, puterea laserului, timpul de sudare în puncte și gradul de defocalizare. Pentru sudarea în puncte utilizând modul puls, parametrii includ, de asemenea, forma de undă a pulsului, frecvența și ciclul de funcționare. Printre acestea, puterea laserului afectează în principal adâncimea de penetrare a punctului de sudură, în timp ce timpul de sudare în puncte are un impact mai mare asupra dimensiunii laterale a punctului de sudură. În general, cu cât timpul de acțiune al laserului este mai lung, cu atât dimensiunea suprafețelor superioare și inferioare ale punctului de sudură și dimensiunea suprafeței de fuziune sunt mai mari. Modificările gradului de defocalizare afectează în principal diametrul punctului și densitatea energiei care acționează asupra suprafeței piesei de prelucrat, având astfel un impact semnificativ asupra formei generale a punctului de sudură.
Caracteristici
- Cu laserul ca sursă de căldură, sudarea în puncte oferă viteză mare, precizie ridicată, aport redus de căldură și deformare minimă a piesei de prelucrat.
- Gradul de libertate în pozițiile de sudare prin puncte este mult îmbunătățit, permițând sudarea prin puncte în toate pozițiile și realizând cu ușurințăsudură în puncte pe o singură față, sporind astfel semnificativ libertatea de proiectare a produsului.
- Sudarea cu laser prin puncte are cerințe reduse privind dimensiunea îmbinărilor suprapuse. Există restricții minime asupra parametrilor precum numărul de îmbinări suprapuse și distanța dintre punctele de sudură și nu este nevoie să se ia în considerare impactul șuntării curentului.
- Pentru sudarea plăcilor cu grosimi inegale, a materialelor diferite și a materialelor speciale (aliaje de aluminiu, tablă galvanizată), sudarea prin puncte cu laser are performanțe mai bune decât metodele tradiționale de sudare prin puncte.
- Nu necesită un număr mare de echipamente auxiliare, se poate adapta rapid la schimbările de produs și poate satisface cerințele pieței.
II. Analiza defectelor la sudarea cu laser în puncte
Fisurile, porii și lăsarea firului de sudură sunt cele mai frecvente defecte în sudarea cu laser în puncte, care sunt analizate individual mai jos.
1. Crăpături
Fisurile se împart în fisuri superficiale și fisuri longitudinale. Ratele de încălzire și răcire în timpul sudării cu laser prin puncte sunt foarte rapide, rezultând un gradient mare de temperatură între zona încălzită și metalul înconjurător, ceea ce duce cu ușurință la formarea fisurilor. Apariția fisurilor este strâns legată de material; de exemplu, aliajele de aluminiu au o tendință mult mai mare de a fisura în timpul sudării cu laser prin puncte decât oțelul inoxidabil. O metodă eficientă de a suprima formarea fisurilor este optimizarea formei de undă a impulsului pentru a controla viteza de răcire a procesului de solidificare a metalului și a reduce tensiunea internă.
2. Porii
Defectele poroase (porii) din sudurile laser în puncte pot fi împărțite în pori mici și pori mari. Porii mici sunt cauzați în principal de scăderea solubilității hidrogenului în metalul lichid în timpul solidificării metalului, precum și de evaporarea rapidă a metalului în gaura cheii și de perturbarea bazinului topit. Porii mari se datorează în principal ratei de răcire prea rapide în timpul sudării laser în puncte, ceea ce lasă suficient timp pentru ca metalul din jurul găurii cheii să se umple. În general, porii mici sunt predispuși să se formeze în sudarea în puncte cu impulsuri lungi, în timp ce porii mari sunt probabil să apară în sudarea în puncte cu impulsuri scurte.
Există două locații în care porii sunt cel mai probabil să apară în sudarea cu laser în puncte: una este în apropierea zonei de fuziune, în mijlocul punctului de sudură, iar cealaltă este la rădăcina sudurii. Imaginile de topire captate cu raze X arată că porii din apropierea zonei de fuziune sunt cauzați în principal de gâtuirea la închiderea găurii cheii; pentru porii de la rădăcina sudurii, aceștia se formează în principal prin prăbușirea găurii cheii din cauza dispariției rapide a laserului după formarea găurii cheii.
3. Lăsare
Acoperirea este un fenomen evident în sudarea cu laser prin puncte. Acoperirea centrală a suprafeței punctului de sudură și acumularea de metal în jurul acesteia sunt cauzate de forța de recul generată de vaporizarea metalului, care împinge metalul lichid către suprafața punctului de sudură. În timpul procesului de răcire, metalul acumulat pe suprafață se solidifică rapid și nu poate fi umplut complet. În plus, pierderea de material cauzată de evaporarea rapidă a metalului și stropirea este un alt factor care contribuie la acoperirea centrală. Timpul de impuls are un impact semnificativ atât asupra acoperirii suprafeței punctului de sudură, cât și asupra formării porilor. Puncte de sudură satisfăcătoare pot fi obținute prin optimizarea formei de undă a impulsului și a timpului.
4. Impactul gradului de defocalizare asupra punctelor de sudură
Modificările gradului de defocalizare modifică direct diametrul punctului și densitatea energiei. Atunci când gradul de defocalizare crește atât în direcția negativă, cât și în cea pozitivă, înseamnă că diametrul punctului crește, iar densitatea energiei scade. În timpul sudării cu laser în puncte, există o anumită relație corespunzătoare între diametrul punctului și dimensiunea orificiului inițial format de laserul incident pe piesa de testare, în timp ce densitatea energiei determină rata de expansiune a băii de topit. Când valoarea absolută a gradului de defocalizare este mică, diametrul punctului laser este mic, densitatea puterii laserului este mare, iar rata de expansiune a băii de topit a punctului de sudură este rapidă, dar diametrul orificiului inițial este mic. Dimpotrivă, când gradul de defocalizare este mare, diametrul orificiului inițial este mare, dar rata de expansiune a băii de topit încetinește, iar dimensiunea punctului de sudură rezultată poate să nu fie mare. Prin urmare, în timpul modificării gradului de defocalizare, efectul cuprinzător al diametrului punctului și al densității puterii superficiale a punctului de sudură determină dimensiunea punctului de sudură.
III. Aplicarea tehnologiei de sudare cu laser prin puncte
Sudarea cu laser în puncte se caracterizează prin viteză mare, adâncime mare de penetrare, deformare minimă și poate fi efectuată la temperatura camerei sau în condiții speciale cu echipamente de sudare simple. În plus, apariția laserelor cu impulsuri de înaltă frecvență (cu o frecvență mai mare de 40 de impulsuri pe secundă) a permis aplicarea pe scară largă a sudării cu laser în puncte în asamblarea și sudarea componentelor micro și mici în producția automatizată de masă. La sudarea componentelor electronice mici care necesită o zonă mică afectată termic - cum ar fi conexiunea dintre sticlă și metal, conexiunea îmbinărilor în circuitele semiconductoare sensibile la căldură și conexiunea dintre diferite metale în fire - sudarea cu laser în puncte este mai avantajoasă decât procesele tradiționale de sudare în puncte (de exemplu, sudarea prin rezistență în puncte), cu puncte de sudură fără poluare și o calitate ridicată a sudării. Figura 6-60 prezintă un exemplu de aplicație a sudării cu laser în puncte în producția de faruri auto: un laser cu impulsuri în stare solidă de 500 W generează patru puncte de sudură similare cu o frecvență a impulsurilor foarte mare.
Atunci când se efectuează sudarea prin puncte de înaltă precizie pe microstructuri folosind energie pulsată mare, laserele Nd:YAG pulsate prezintă avantaje tehnice și economice. În majoritatea aplicațiilor industriale de sudură prin puncte, se utilizează în principal lasere pulsate în stare solidă cu o putere medie de 50 W și o putere pulsată > 2 kW. Laserul poate acționa direct asupra piesei de prelucrat prin fibre optice sau lentile de focalizare combinate.
Sudarea cu laser prin puncte este aplicabilă unei game largi de materiale. De exemplu, la sudarea prin puncte a bateriilor cu Li, folosind Nd:Tehnologia de sudare prin puncte cu laser YAGConectarea diferitelor metale este mai eficientă decât sudarea TIG și sudarea prin puncte prin rezistență. În special, deoarece fibrele optice sunt utilizate pentru transmiterea laserelor în timpul producției, este convenabil să se deplaseze rapid și flexibil între diverse bancuri de lucru.
În concluzie, sudarea cu laser în puncte are următoarele caracteristici:
- Odată cu creșterea puterii laserului, diametrul suprafeței punctului de sudură fluctuează în sus și în jos, în timp ce diametrul suprafeței de fuziune și al suprafeței inferioare cresc lent. Modificarea formei secțiunii transversale a punctului de sudură nu este evidentă. Pe măsură ce durata crește, dimensiunea punctului de sudură crește rapid, iar rata de modificare a diametrului suprafeței de fuziune este mai mare decât cea a diametrelor suprafețelor superioară și inferioară. Modificarea gradului de defocalizare are un impact semnificativ asupra dimensiunii punctului de sudură. Aceasta modifică direct diametrul punctului și densitatea puterii laserului, iar efectul complex al acestor doi factori determină dimensiunea punctului de sudură.
- În cazul penetrării complete, există o lăsare evidentă pe suprafața punctului de sudură cu laser. Odată cu creșterea puterii și duratei laserului, adâncimea de lăsare pe suprafața punctului de sudură crește. Când durata sau dimensiunea spațiului este mare, suprafața inferioară poate prezenta, de asemenea, indentații.
- Pe măsură ce spațiul dintre obiecte crește, deformarea generală a punctului de sudură, lăsarea centrală și adâncitura devin evidente. Suprafața de sudură se micșorează, iar rezistența scade rapid. În prezent, în sudarea rezistențelor, bateriilor și în domeniul electronicii, se utilizează în mod obișnuit procesul de sudare simultană a două puncte, care adoptă de obicei un design cu două surse de lumină laser.
Data publicării: 27 oct. 2025
