Innovador diseño de chapas metálicas para cajas soldadas por láser | MachineMFG

Innovador diseño de chapas metálicas para cajas soldadas por láser

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La soldadura láser es muy ventajosa por su rapidez, mínima deformación, soldaduras estéticamente agradables y gran resistencia. Se utiliza mucho en campos como la aviación, la automoción y la medicina.

En concreto, la soldadura por fusión láser es un proceso de soldadura sin contacto que crea una gran variedad de formas de cordones de soldadura con una excelente consistencia del cordón. Tiene un enorme potencial en chapa metálica fabricación.

Este artículo se centra en la aplicación del diseño de chapa metálica en soldadura láser de estructuras de carcasas con juntas biseladas de 45° embridadas.

Diseño de chapa en la estructura de la caja de soldadura láser

El cuerpo de la caja está fabricado con 1.5 mm de grosor Acero inoxidable 304 y tiene unas dimensiones de 200 mm × 200 mm × 115 mm. La caja se dobla en ángulos de 90°, 90° y 80° de abajo arriba.

La estructura de la caja se ilustra en la figura 1.

La tabla 1 muestra los parámetros de soldadura láser.

Diagrama esquemático de la estructura de la caja

Figura 1 Esquema de la estructura de la caja

Proceso de soldaduraSoldadura por conducción térmica láser
Potencia (W)3000
Velocidad (m / min)1.8
Desenfoque (mm)10

Cuadro 1 Soldadura láser parámetros

En el sistema tradicional proceso de soldadura estructuras de caja de acero inoxidable, es habitual realizar tratamientos de esmerilado y pulido después de la soldadura para conseguir un producto final estéticamente más agradable. Sin embargo, estos procedimientos posteriores pueden resultar engorrosos y llevar mucho tiempo, además de provocar deformaciones y penetraciones en la soldadura.

Soldadura láserPor otra parte, la soldadura por láser ofrece ventajas significativas en la soldadura de chapas metálicas, como velocidades de soldadura rápidas, deformaciones mínimas y cordones de soldadura visualmente atractivos. Por ello, encontrar formas de aplicar las ventajas de la soldadura láser, incluida su estrecha zona afectada por el calor de soldadura y alta precisión, a la soldadura de estructuras de caja se ha convertido en un problema acuciante que abordar.

Diseño del solapamiento de la estructura de la caja de soldadura láser

En las estructuras soldadas de cajas de acero inoxidable, la soldadura en ángulo de la caja constituye una parte importante del proceso global de soldadura.

Para conseguir un cordón de soldadura láser redondo, hemos optimizado la cantidad de solapamiento en las soldaduras tradicionales. técnicas de soldaduracomo se muestra en las figuras 2 y 3. En estas figuras, t representa el grosor de la placa, a es la cantidad de solapamiento, b es la posición del centro del láser en la sección transversal de la placa y α denota el ángulo de inclinación del láser.

Mejora del solapamiento del cordón de soldadura en ángulo

Figura 2 Mejora de soldadura en ángulo solapamiento de costuras

Solapamiento de soldadura láser

Figura 3 Solapamiento de la soldadura láser

La cantidad optimizada de solapamiento se suelda mediante soldadura por conducción térmica láser. La distancia de desenfoque se ajusta con precisión a 10,00 mm, y la precisión de enfoque se mantiene en 0,01 mm mediante el uso de un sistema de enfoque automático.

Con la ayuda de una cámara CCD de gran aumento, el valor b puede posicionarse con precisión, lo que da como resultado un redondo soldadura láser sin necesidad de alambre de relleno, como se muestra en la figura 4b.

Este método de optimización para la cantidad de solapamiento es más adecuado para placas con un espesor de 3 mm o menos, en el que los valores para a, b, y α se determinan por el valor de t.

Diagrama esquemático de la optimización de la cantidad de solapamiento y el efecto real de la soldadura láser

Figura 4 Diagrama esquemático de la optimización de la cantidad de solapamiento y el efecto real de la soldadura láser

Diseño de la ranura de liberación de la esquina de la estructura de la caja de soldadura láser

En las estructuras de cajas de acero inoxidable soldadas, la optimización de la ranura de alivio de las esquinas es crucial, ya que influye directamente en la eficacia de la estructura inferior de la caja.

En los procesos de soldadura tradicionales, se suelen utilizar ranuras rectangulares o redondeadas para aliviar las esquinas. Sin embargo, estas ranuras pueden dar lugar fácilmente a una soldadura insuficiente cuando se utiliza el láser. técnicas de soldadura.

El diagrama esquemático de la ranura de alivio de esquina se ilustra en la figura 5.

Diagrama esquemático de la ranura de liberación de esquinas

Figura 5 Diagrama esquemático de la ranura de liberación de esquinas

Utilizando el alivio de esquina de soldadura láser proceso de ranurado bloque, se puede optimizar la estructura del producto.

Con la soldadura láser, se puede conseguir un efecto de soldadura completo y redondeado, que casi no requiere tratamiento secundario y reduce en gran medida el tiempo de procesamiento posterior, como se demuestra en las figuras 6 y 7.

Diagrama esquemático del diseño de soldadura láser de la ranura de liberación de esquina

Fig. 6 Diagrama esquemático del diseño de soldadura láser de la ranura de liberación de esquina

Efecto real de la soldadura láser de la ranura de liberación de la esquina

Figura 7 Efecto real de la soldadura láser de la ranura de liberación de la esquina

Diseño de interfaz de bisel de 45 ° para rebordeado de estructura de caja de soldadura láser

En la estructura de caja de acero inoxidable soldado, la interfaz de bisel de 45° de la brida tiene dificultades para cerrarse herméticamente debido a la cantidad de deformación por flexión, como se ilustra en A en la figura 8. Este problema plantea un reto importante para la soldadura láser. Este problema supone un reto importante para la soldadura láser.

Por lo tanto, el diseño de la interfaz influye directamente en calidad de soldadura de la estructura de la caja. Además, en B existirá un hueco considerable que dificultará la soldadura láser directa.

Diagrama esquemático antes de la optimización

Figura 8 Diagrama esquemático antes de la optimización

Para solucionar este problema, hemos optimizado la estructura del armario. En el proceso de diseño, se eliminó una parte del metal de la superficie del escalón y se ampliaron dos superficies de escalón más pequeñas, como se muestra en la figura 9a.

Durante el despliegue, la porción previamente cortada se compensa utilizando la superficie del extremo como referencia, como se muestra en las figuras 9b y 9c.

En B, en la figura 8, se extienden alternativamente dos superficies escalonadas para aumentar la cantidad de compensación metálica, lo que compensa el hueco creado en esa zona. Esta solución se ilustra en la figura 9d.

Diagrama esquemático del diseño en chapa de la interfaz de la brida biselada a 45°.

Figura 9 Diagrama esquemático del diseño de chapa de la interfaz de brida biselada a 45 °

La figura 10 muestra el resultado de la proceso de soldadura láser.

Como se muestra en la figura 10a, la interfaz está sellada herméticamente, cumpliendo los requisitos del proceso de soldadura láser. La superficie del cordón de soldadura es lisa y estéticamente agradable, con una transición natural y sin hundimiento ni defectos de soldadura visible.

Además, como muestra la figura 8, el hueco en B también se rellena bien, lo que demuestra la eficacia de la solución de optimización aplicada.

Efecto de la soldadura láser de la interfaz biselada de 45° de la brida

Figura 10 Efecto de la soldadura láser de la interfaz biselada de 45° de la brida

Conclusiones

A medida que el proceso de soldadura sigue evolucionando, las diseño de chapa se irán quedando obsoletos. Del mismo modo, a medida que la soldadura láser vaya ganando adeptos en la industria de la chapa metálica, surgirá la necesidad de nuevos esquemas de láser soldadura de chapa soluciones de diseño. Es imperativo desarrollar e introducir diseños innovadores que se adapten mejor a las capacidades y limitaciones del proceso de soldadura láser.

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