La soldadura láser es un proceso adecuado para unir metales y termoplásticos. Se ha establecido particularmente bien en la producción altamente automatizada, por ejemplo en la industria automotriz, porque un láser funciona prácticamente sin desgaste, es muy rápido y ofrece alta precisión. PeroHasta ahora, la calidad de una costura de soldadura solo podía documentarse retrospectivamente, ya sea por medio de rayos X, métodos de análisis magnético o diseccionando muestras individuales de la producción. El monitoreo en tiempo real de la calidad de la soldadura sería una gran ventaja.
estable o inestable
Mientras que en la soldadura por conducción solo se funde la superficie del material, en la soldadura por penetración profunda el rayo láser penetra rápida y profundamente en el material y produce un agujero delgado lleno de vapores de metal y gas, que se llama "ojo de cerradura".el ojo de la cerradura se vuelve demasiado profundo, la presión de vapor del vapor del metal disminuye mientras que aumenta la tensión superficial del metal fundido. El ojo de la cerradura se vuelve inestable y eventualmente puede colapsar, dejando un poro en la costura de soldadura, una falla no deseada en el material.por lo tanto, es importante para la calidad de las costuras de soldadura láser detectar el momento en que el ojo de la cerradura se vuelve inestable. Esto no ha sido posible en un grado suficiente hasta ahora. Solo era posible mirar el ojo de la cerradura desde la parte superior utilizando métodos ópticos.
Un grupo de investigadores de Empa dirigidos por Kilian Wasmer ahora ha logrado detectar y documentar con precisión el momento de inestabilidad en la soldadura por penetración profunda con láser. Para ello, están utilizando un sensor acústico económico por un lado y midiendo el reflejo deel rayo láser en la superficie de metal en el otro. Los datos combinados se analizan en solo 70 milisegundos con la ayuda de la inteligencia artificial red neuronal convolucional. Esto permite que la calidad del proceso de soldadura láser se controle en tiempo real.
Prueba en la fuente de rayos X sincrotrón ESRF
Los investigadores de Empa demostraron recientemente la precisión de su método de monitoreo en el European Synchrotron ESRF en Grenoble. Usando su láser, fundieron un ojo de cerradura en una pequeña placa de aluminio, que fue escaneada simultáneamente por la radiación de rayos X. Todo el proceso,que toma menos de una centésima de segundo, se grabó con una cámara de rayos X de alta velocidad. El resultado: las fases individuales del proceso de soldadura se pudieron identificar correctamente con más del 90 por ciento de certeza.
Una vez que el rayo láser golpea el metal, comienza la primera fase del proceso de soldadura por conducción de calor: solo se funde la superficie. Posteriormente, se forma un ojo de cerradura estable, que se "tambalea" ojo de cerradura inestable con una exposición más prolongadaA veces, el ojo de la cerradura escupe metal líquido, similar a una erupción volcánica reventón. Si se derrumba de manera incontrolada, se forma un poro. Todas estas fases se pueden detectar en tiempo real con la ayuda de la tecnología Empa.
En algunos experimentos, los investigadores lograron crear poros en la costura de soldadura y luego los cerraron nuevamente con un segundo pulso láser. La formación del poro se pudo detectar con un 87 por ciento de certeza, y una eliminación exitosa de hasta un 73 por ciento.El método de corrección de errores es extremadamente prometedor para la soldadura por láser. Hasta ahora, los poros en una costura de soldadura solo podían detectarse después de la finalización del trabajo. Con la ayuda de la tecnología Empa, la ubicación de un poro ya se conoce durante el proceso.-El procesamiento con el láser se puede iniciar de inmediato.
Control de calidad en fabricación aditiva
El proceso de monitoreo desarrollado en Empa puede usarse no solo para la soldadura láser, sino también para el control de calidad de piezas de metal impresas en 3D. En el proceso de lecho de polvo, uno de los métodos más comunes utilizados en la impresión de metal en 3D, unel rayo láser atraviesa una capa de cuentas de metal y las suelda. Si aparecen poros, el láser podría dirigirse hacia el área defectuosa por segunda vez para eliminar cada poro posteriormente. Sin embargo, esto solo se puede hacer con la ayuda de tiempo realmonitoreo, porque los poros que se han creado deben eliminarse inmediatamente antes de que estén cubiertos por otras capas de metal.
"Una ventaja de nuestro método de monitoreo es que los sensores acústicos y ópticos que utilizamos son caros y robustos y se pueden adaptar fácilmente en las plantas industriales existentes", dice Kilian Wasmer, quien coordinó el trabajo. Su colega Sergey Shevchik, quiendesarrolló la inteligencia artificial para el procesamiento de señales, está satisfecho con la alta velocidad de cómputo a costos moderados de hardware ". Utilizamos procesadores gráficos que pueden calcular varias tareas en paralelo. Estos procesadores también se utilizan en consolas de juegos modernos y están disponibles a un precio razonable.Por lo tanto, el rápido progreso técnico en Playstation and Co. ha ayudado mucho a nuestro trabajo ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorios federales suizos de ciencia y tecnología de materiales EMPA . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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