Introducció i antecedents
Amb les demandes creixents d'eficiència de producció, la fabricació moderna valora molt les tecnologies de processament d'alta{0}}eficiència, àgils i respectuoses amb el medi ambient. La soldadura làser s'ha adoptat àmpliament a l'aeroespacial, l'automoció, la construcció naval i altres indústries a causa de la seva alta qualitat, precisió, deformació mínima i eficiència excepcional. Entre els nombrosos factors que afecten la qualitat de la soldadura, el gas de protecció té un paper crític.
L'aparició dels làsers de fibra-d'alta potència ha accelerat la popularització de la soldadura làser, especialment a la indústria de l'automòbil. Els làsers de fibra funcionen a una longitud d'ona de 1070 nm, significativament més curta que la longitud d'ona de 10,6 μm dels làsers de CO2. Com que els materials presenten diferents taxes d'absorció a diferents longituds d'ona, les característiques de soldadura dels làsers de fibra difereixen inherentment de les dels làsers de CO2. Tanmateix, la investigació exhaustiva sobre el gas de protecció per a la soldadura per làser de fibra segueix sent limitada. Per abordar aquesta bretxa, aquest estudi realitza una sèrie de proves de paràmetres en acer inoxidable per aprofundir en la comprensió de la soldadura làser de fibra.
Configuració experimental
Els experiments es van realitzar en plaques d'acer inoxidable SUS304 de 3 mm de gruix mitjançant un làser de fibra IPG YLR-6000 (potència de sortida màxima: 6 kW; divergència del feix: 8 mrad). El sistema làser es va integrar amb un robot KUKA KR60HA 6-DOF. El broquet de gas de protecció tenia un diàmetre interior de 4 mm i es col·locava 4 mm per sobre de la peça de treball.
Per aïllar les variables, es van mantenir constants els següents paràmetres de soldadura:
- Potència làser:1 kW
- Velocitat de soldadura:1,5 m/min
- Distància focal:250 mm
- Quantitat de desenfocament:0 mm
- Mètode de soldadura:Soldadura-perla-a-placa d'una sola cara
Es van realitzar quatre conjunts d'experiments per avaluar els efectes de:
- Tipus de gas:Comparant els efectes d'Ar, He i N₂ purs.
- Relació de mescla de gas:Investigar com la variació de les proporcions de mescla d'Ar-He afecten la morfologia i la penetració de la superfície de la soldadura.
- Angle de bufat:Avaluació de la influència dels-angles de bufat laterals en la penetració de la soldadura.
- Posició d'alineació de gas:Analitzar com el desplaçament entre el punt de lliurament de gas i el punt làser afecta la formació de soldadura.
Resultats i discussió
Efecte del tipus de gas:Quan s'utilitza un sol gas de protecció, la profunditat de penetració de la soldadura va seguir l'ordre de He > N₂ > Ar, que s'atribueix a les diferències en l'energia d'ionització del gas i els llindars de manteniment del plasma.
Relació de mescla i cabal:Les concentracions més altes d'He a les mescles d'Ar-He, així com els cabals totals de gas més alts, van provocar un augment corresponent de la profunditat de penetració.
Efecte d'angle de bufat:La penetració de la soldadura va disminuir a mesura que augmentava l'angle-de bufat lateral. Aquesta reducció és impulsada pels canvis en l'estat del flux de gas (transició entre flux laminar i turbulent) a través de la superfície de la peça.
Efecte de posició d'alineació:La tendència de penetració de la soldadura va variar amb la distància relativa entre el punt de lliurament de gas i el punt làser. La profunditat de penetració màxima es va aconseguir quan el punt de lliurament del gas es va compensar aproximadament ± 1,5 mm des del punt làser, mentre que la profunditat mínima es va produir quan el gas es va alinear directament amb el centre del punt làser.