In a fabricazione muderna,tecnulugia di saldatura laserhè largamente adupratu in diversi campi, da l'aerospaziale à a fabricazione automobilistica, da l'apparecchiature elettroniche à i dispositivi medichi, cù i so vantaghji di alta efficienza, precisione è adattabilità. U core di sta tecnulugia hè l'interazione di u laser cù u materiale, furmendu un bagnu fusu è solidificendu rapidamente, permettendu cusì a cunnessione di parti metalliche. U bagnu di saldatura hè una zona chjave in a saldatura laser, è e so caratteristiche determinanu direttamente a qualità di a saldatura, a microstruttura è e prestazioni finali. Dunque, una cunniscenza approfondita è un cuntrollu precisu di e caratteristiche di u bagnu fusu sò di vitale impurtanza per migliurà u livellu di a tecnulugia di saldatura laser è risponde à i bisogni di giunti saldati di alta qualità in a pruduzzione industriale.
Geometria di a piscina fusa
A geometria di u bagnu di saldatura hè un aspettu impurtante in a ricerca di saldatura laser, perchè affetta direttamente u trasferimentu di calore, u flussu di materiale è a qualità finale di a saldatura durante u prucessu di saldatura. A forma di un bagnu fusu hè generalmente descritta da a so prufundità, larghezza, rapportu d'aspettu, geometria di a zona affettata da u calore (HAZ), geometria di u foru di serratura è geometria di a zona di metallu fusu (MMA). Questi parametri ùn solu determinanu a dimensione è a forma di u giuntu saldatu, ma affettanu ancu u ciclu termicu, a velocità di raffreddamentu è a furmazione di microstrutture durante u prucessu di saldatura.
Tavula 1. L'influenza di i parametri di saldatura laser nantu à i parametri geometrichi di ogni bagnu di saldatura.
A ricerca mostra chì a putenza di u laser è a velocità di saldatura sò i dui parametri principali di u prucessu chì influenzanu a geometria di u bagnu di saldatura, cum'è mostratu in a Tabella 1. In generale, quandu a putenza di u laser aumenta è a velocità di saldatura diminuisce, a prufundità di u bagnu di saldatura aumenta, mentre chì a larghezza cambia relativamente pocu. Questu hè perchè una putenza di u laser più alta hè capace di furnisce più energia, permettendu à u materiale di scioglie è evaporà più rapidamente, risultendu in buchi è piscine più profonde, cum'è mostratu in a Figura 1. Tuttavia, quandu a putenza di u laser hè troppu alta o a velocità di saldatura hè troppu bassa, pò purtà à u surriscaldamentu di u materiale, à una evaporazione eccessiva, è ancu à l'effettu di schermatura di u plasma, chì riducerà a qualità di a saldatura. Dunque, in u prucessu di saldatura attuale, hè necessariu selezziunà ragiunevolmente a putenza di u laser è a velocità di saldatura secondu e caratteristiche specifiche di u materiale è i requisiti di saldatura per ottene a geometria ideale di u bagnu di saldatura.
Figura 1. Diverse forme di saldatura formate da saldatura à conduzione termica laser è saldatura à penetrazione profonda laser.
In più di a putenza di u laser è di a velocità di saldatura, e proprietà fisiche termiche di u materiale, u statu di a superficia, u gasu protettivu è altri fattori anu ancu un impattu nantu à a geometria di a piscina di saldatura. Per esempiu, più alta hè a cunduttività termica di u materiale, più veloce hè u trasferimentu di calore attraversu u materiale, è più veloce hè a velocità di raffreddamentu di a piscina fusa, ciò chì pò risultà in una dimensione relativamente chjuca di a piscina fusa. A rugosità di a superficia è a pulizia di u materiale influenzeranu a velocità di assorbimentu di u laser, è dopu influenzeranu a furmazione è a stabilità di a piscina fusa. Inoltre, u tipu è a velocità di flussu di u gasu protettivu anu ancu un certu impattu nantu à a forma è a qualità di a piscina fusa, u gasu protettivu adattatu pò impedisce efficacemente a piscina fusa da l'ossidazione è l'inquinamentu, ma pò ancu aghjustà a tensione superficiale è e caratteristiche di flussu di a piscina fusa, in modu da migliurà a qualità di saldatura.
Figura 2. Forma di u bagnu fusu quandu u laser oscilla.
Cambiendu a traiettoria di u raghju laser, l'oscillazione di u laser pò influenzà significativamente a forma è e caratteristiche di a piscina fusa, cum'è mostratu in a Figura 2. Mentre u raghju laser oscilla, a forma di a piscina fusa diventa più uniforme è stabile. U raghju laser oscillante crea una zona riscaldata più larga nantu à a superficia di a piscina, rendendu i bordi di a piscina più lisci è riducendu i bordi taglienti è e forme irregulari. Stu riscaldamentu uniforme aiuta à migliurà a qualità è e proprietà meccaniche di u giuntu saldatu è riduce i difetti di saldatura cum'è crepe è pori. Inoltre, l'oscillazione laser pò ancu aumentà a fluidità di a piscina fusa, prumove a scarica di gas è impurità in a piscina fusa, è migliurà ulteriormente a densità è l'uniformità di u giuntu saldatu.
Dinamica di a piscina fusa
A termodinamica di u bagnu fusu hè un altru campu chjave in a ricerca di saldatura laser, chì implica l'assorbimentu, u trasferimentu è a cunversione di l'energia laser in u bagnu fusu, è ancu a distribuzione di u campu di temperatura, a velocità di raffreddamentu è u cumpurtamentu di transizione di fase causatu da questu. E caratteristiche termodinamiche di u bagnu di saldatura ùn determinanu micca solu a forma è a dimensione di u bagnu di saldatura, ma influenzanu ancu direttamente a microstruttura è e proprietà meccaniche di u giuntu saldatu.
In u prucessu di saldatura laser, dopu chì l'energia laser hè stata assorbita da u materiale, si produce una zona à alta temperatura in u bagnu di fusione, pruvucendu a fusione è l'evaporazione di u materiale. À u listessu tempu, u calore serà trasferitu da a regione à alta temperatura à a regione à bassa temperatura per via di a conduzione di u calore, a cunvezione è a radiazione, in modu chì a temperatura di u materiale intornu à u bagnu fusu aumenterà, è dopu influenzerà a microstruttura è e proprietà di u materiale. A causa di a piccula dimensione, u grande gradiente di temperatura è a rapida velocità di raffreddamentu di u bagnu fusu, hè assai difficiule di misurà direttamente u campu di temperatura è a velocità di raffreddamentu. Dunque, a maiò parte di i studii sò realizati per studià e proprietà termodinamiche di i bagni fusi stabilendu mudelli matematichi è metudi di simulazione numerica.
In u mudellu termodinamicu di u bagnu fusu, i seguenti fattori chjave devenu generalmente esse cunsiderati: Prima, u mecanismu d'assorbimentu di l'energia laser, cumprese e caratteristiche di riflessione, assorbimentu è trasmissione di a superficia di u materiale, è u prucessu di scattering è assorbimentu di u laser in u materiale. Diversi materiali è parametri laser portanu à diversi tassi d'assorbimentu è distribuzioni d'energia, chì influenzanu u cumpurtamentu termodinamicu di u bagnu fusu. Siconda, e proprietà fisiche termiche di u materiale, cum'è a capacità termica specifica, a cunduttività termica, a densità, ecc., questi parametri cambianu cù u cambiamentu di temperatura, chì hà un impattu impurtante nantu à u prucessu di trasferimentu di calore. Inoltre, hè ancu necessariu cunsiderà u flussu di fluidu è i prucessi di cambiamentu di fase in u bagnu fusu, cum'è a fusione, l'evaporazione è a solidificazione, chì cambianu a forma è a distribuzione di u campu di temperatura di u bagnu fusu, ma influenzanu ancu a microstruttura è e proprietà meccaniche di u materiale.
Attraversu a simulazione numerica è u studiu sperimentale, i circadori anu scupertu chì a distribuzione di u campu di temperatura in u bagnu fusu presenta di solitu una non uniformità significativa, a zona di alta temperatura hè principalmente cuncintrata in a zona d'azione di u laser è in a serratura, è a temperatura diminuisce gradualmente finu à u bordu di u bagnu fusu è a zona affettata da u calore. A velocità di raffreddamentu aumenta cù a diminuzione di a dimensione di u bagnu fusu è l'aumentu di a distanza da a zona laser. In generale, a velocità di raffreddamentu hè più bassa in u centru di u bagnu fusu è in a zona di a serratura, mentre chì a velocità di raffreddamentu hè più alta à u bordu di u bagnu fusu è in a zona affettata da u calore, cum'è mostratu in a Figura 2. Stu campu di temperatura non uniforme è a distribuzione di a velocità di raffreddamentu portanu à cambiamenti di gradiente evidenti in a microstruttura di u giuntu saldatu, cum'è a dimensione di u granu, a cumpusizione è a distribuzione di e fasi, chì influenzanu e proprietà meccaniche è a resistenza à a corrosione di u giuntu saldatu.
Figura 3. Risultati di simulazione di a furmazione di buchi di serratura è di bagni fusi durante a saldatura à penetrazione profonda laser di una piastra d'acciaio inox.
Per migliurà e caratteristiche termodinamiche di u bagnu fusu, migliurà a qualità di a saldatura è riduce i difetti di saldatura, sò state pruposte una seria di metudi è misure di ottimizazione. Per esempiu, aghjustendu i parametri laser, cum'è a putenza laser, a velocità di saldatura, u diametru di u puntu, ecc., u modu d'entrata è a distribuzione di l'energia laser ponu esse cambiati per ottimizà u campu di temperatura è a velocità di raffreddamentu di u bagnu fusu. Inoltre, u cumpurtamentu termodinamicu è l'evoluzione di a microstruttura di u bagnu fusu ponu esse aghjustati aduprendu preriscaldamentu, post-riscaldamentu, saldatura multi-passu è altri metudi di prucessu, è ancu aduprendu diversi gas protettivi è atmosfere di saldatura. À u listessu tempu, u sviluppu di novi materiali di saldatura è sistemi di lega per migliurà a stabilità termica è e prestazioni di saldatura di i materiali hè ancu unu di i modi impurtanti per migliurà e caratteristiche termodinamiche di i bagni fusi.
E caratteristiche di a piscina di saldatura laser sò i fattori chjave chì influenzanu a qualità di a saldatura, a microstruttura è e proprietà meccaniche. U studiu approfonditu di a geometria è di e caratteristiche termodinamiche di a piscina di saldatura laser hè di grande impurtanza per ottimizà u prucessu di saldatura laser è migliurà l'efficienza è a qualità di a saldatura. Attraversu un gran numeru di ricerche sperimentali è analisi di simulazione numerica, i circadori anu ottenutu una seria di risultati di ricerca impurtanti, chì furniscenu un forte supportu teoricu è una guida tecnica per u sviluppu è l'applicazione di a tecnulugia di saldatura laser. Tuttavia, ci sò sempre alcune carenze in a ricerca attuale, cum'è a simplificazione di u mudellu è troppu ipotesi, è a previsione di e caratteristiche di a piscina di fusione in cundizioni di travagliu cumplesse ùn hè micca abbastanza precisa. A ricerca sperimentale sistematica è cumpleta deve esse migliurata, è ci hè una mancanza di ricerca approfondita nantu à più materiali è parametri di saldatura.
Data di publicazione: 28 di ferraghju 2025
