Soldadura láser de fibra frente a soldadura láser de CO2: ¿Cuál es mejor? | MáquinaMFG

Soldadura láser de fibra frente a soldadura láser de CO2: ¿Cuál es mejor?

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La principal diferencia entre la soldadura por láser de fibra y la soldadura por láser de CO2 radica en su índice de absorción de la energía láser.

(1) El láser de fibra tiene una longitud de onda más corta, lo que se traduce en una menor producción de plasma y una mayor densidad de energía más concentrada. Sin embargo, esto también implica una mayor tasa de utilización de la energía láser y una mayor presión de retroceso del vapor metálico, lo que dificulta encontrar un equilibrio entre la penetración y la no penetración.

(2) Por otra parte, el CO2 soldadura láser tiene un mayor poder de pérdida por conducción del calor, lo que conduce a un mayor ángulo de inclinación de la pared frontal del pequeño orificio y a una mayor producción de plasma. Esto ayuda a equilibrar y ajustar la distribución y absorción del láser energía, lo que amplía la ventana del proceso entre la penetración y la no penetración.

Las referencias son las siguientes:

  • Láser de fibralongitud de onda 1,06 μm, diámetro del punto 0,6 mm
  • Láser de CO2: longitud de onda 1,06 μm, diámetro del punto 0,86 mm

La formación de soldaduras difiere mucho entre el láser de fibra y el CO2 soldadura láser. La investigación sugiere que estas diferencias se deben a las características de acoplamiento entre las longitudes de onda del láser y los materiales que se sueldan.

En soldadura láserla fuerza del acoplamiento entre el láser y el material puede evaluarse a través de la eficacia de fusión.

Comparación de la eficacia de fusión del láser de fibra y el CO2 soldadura láser a continuación.

Para calcular la eficacia de la fusión, se utiliza el área de la sección transversal de la soldadura. Los resultados del cálculo se representan en la figura adjunta.

eficacia de fusión

La eficacia de fusión tanto del láser de fibra como del láser de CO2 soldadura láser experimenta un aumento inicial antes de disminuir a medida que aumenta la velocidad de soldadura. El pico de eficiencia de fusión para soldadura láser de fibra se produce a una velocidad aproximada de 10 m/min, mientras que para la soldadura por láser de CO2 se produce a una velocidad aproximada de 4 m/min.

La relación entre la eficacia de fusión y la velocidad de soldadura está relacionada con el comportamiento de acoplamiento de la energía durante la soldadura láser.

De acuerdo con el principio de conservación de la energía, la absortividad total (AK) del agujero de penetración profunda cuando se expone al láser incidente puede expresarse de la siguiente manera:

AK=(PF+ PEY+Po+ PL)/P

En la ecuación, PEV representa la potencia necesaria para la evaporación parcial del metal durante la soldadura, Po representa la potencia consumida por el sobrecalentamiento del metal de la piscina fundida, y PL representa la potencia perdida por conducción del calor.

Según las investigaciones, la masa de evaporación de la soldadura láser (MeV) es muy pequeña y, por tanto, puede ignorarse en la ecuación.

El patrón de variación de la potencia de recalentamiento del baño de fusión (Po) con la velocidad de soldadura es similar a la de la eficiencia de fusión, pero la proporción de potencia de recalentamiento respecto al total de potencia de salida del láser es relativamente pequeño.

potencia de recalentamiento en láser

Una parte de la potencia de conducción del calor (PL) que atraviesa el frente de fusión se utiliza para la fusión de la chapa, mientras que el resto se pierde en el metal base por conducción del calor.

La potencia perdida por conducción de calor a través del frente de fusión puede expresarse de la siguiente manera:

potencia perdida por conducción de calor a través del frente de fusión

En la ecuación, 2r0 representa la anchura de la soldadura y S representa el área de la sección transversal de la soldadura.

La relación entre PL y la velocidad de soldadura pueden determinarse sustituyendo en la fórmula anterior el producto de la sección transversal y la anchura de fusión de la soldadura, medidos en experimentos. Esto se muestra en la figura adjunta.

Como se observa en la figura, la potencia perdida por conducción de calor disminuye al aumentar la velocidad de soldadura. Esta disminución es más pronunciada a velocidades de soldadura bajas y se hace menos significativa a velocidades de soldadura más altas.

la potencia de pérdida por conducción del calor disminuirá con el aumento de la velocidad de soldadura

La relación entre la absortividad total (AK) del agujero de penetración profunda y la velocidad de soldadura para ambos láser de fibra y CO2 soldadura láser se representa en la figura adjunta.

Como se muestra en la figura, la variación de la absortividad total con la velocidad de soldadura para los dos procesos de soldadura láser es similar, comenzando con una disminución lenta antes de disminuir rápidamente.

Sin embargo, la velocidad crítica a la que se produce esta transición de disminución lenta a rápida es diferente para cada proceso de soldadura láserse produce a 10 m/min para la soldadura por láser de fibra y a 4 m/min para la soldadura por CO2 soldadura láser.

Las diferencias en la absorción total entre los dos procesos de soldadura láser están relacionadas con el grado en que todo el haz láser entra en el orificio de penetración profunda. Cuando la velocidad de soldadura es baja, el haz láser puede penetrar completamente en el orificio de penetración profunda, lo que provoca un efecto menos pronunciado en el índice de absorción total.

Sin embargo, a velocidades de soldadura más elevadas, es posible que la parte delantera del haz ya no pueda vaporizar el punto delantero del orificio pequeño, impidiendo que entre en el orificio y provocando una rápida disminución de la tasa de absorción total del láser incidente.

velocidad de soldadura

Conclusión

La absortividad total y la potencia de pérdida por conducción del calor son los principales factores que afectan a la eficacia de la fusión. Sobre la base de la eficiencia de fusión, se puede concluir que láser de fibra es más adecuado para la soldadura de media a alta velocidad cuando el proceso de soldadura es por lo demás similar, mientras que la soldadura con CO2 La soldadura láser es más adecuada para la soldadura a baja velocidad.

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2 comentarios en “Fiber Laser Welding vs. CO2 Laser Welding: Which is Better?”

  1. Detalles interesantes sobre la soldadura por láser de fibra.
    Aun así, creo que los gases de protección desempeñan un papel importante.
    En pentración
    La soldadura láser de alta velocidad sigue siendo un trabajo típico.

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