¿Qué es la soldadura láser? [LW/LWB]¿Y, cómo funciona?
El proceso de soldadura por láser (LW) o soldadura por rayo láser (LWB) utiliza un haz de energía de luz altamente concentrado para formar soldaduras y unir metales o termoplásticos. A medida que se usa un rayo láser potente y enfocado, los electrones en el área se excitan hasta el punto en que el material se derrite debido a que los átomos rompen los enlaces entre sí.
Mediante el uso de una fuente de calor concentrada, la soldadura láser puede unir materiales delgados a una velocidad de soldadura muy alta. Mientras tanto, el calor concentrado puede producir soldaduras estrechas y profundas entre piezas de bordes cuadrados en materiales más gruesos. Es sorprendente cómo la soldadura láser ligera pero lo suficientemente potente puede unir metales o plásticos en milisegundos.
Para comprender cómo funciona la soldadura láser estándar, debe saber que existen dos métodos fundamentalmente diferentes: la soldadura por conducción de calor y la soldadura por ojo de cerradura.
Soldadura por rayo láser por conducción de calor
El proceso de soldadura por conducción de calor se produce cuando la densidad de potencia suele ser inferior a 105 W/cm2. En este tipo, la superficie del metal se calienta por encima del punto de fusión del metal. Pero no en la medida en que se vaporiza. Es por eso que se usa con mayor frecuencia un láser de baja potencia en el rango de <500W.
Por lo tanto, el rayo láser no penetra en la superficie metálica y solo se absorbe. Como resultado, la soldadura por láser de conducción de calor exhibe una alta relación ancho-profundidad, y la soldadura final es muy suave y estética.
Dicho todo esto, este tipo de soldadura láser se utiliza para soldaduras que no necesitan una alta resistencia de soldadura.
soldadura de ojo de cerradura
La soldadura láser de ojo de cerradura se utiliza cuando los proyectos requieren una alta densidad de potencia, por lo general más de 106-107 W/cm2. Para lograr soldaduras de mayor calidad, se utiliza un mecanismo de ojo de cerradura.
Con densidades de potencia más altas, el rayo láser funde y evapora simultáneamente la superficie metálica mientras los conductores absorben el exceso de calor. A continuación, el rayo láser penetra en la pieza de trabajo, formando una cavidad de ojo de cerradura.
Esta cavidad ahora está llena de metal evaporado, que incluso puede formar condiciones similares a las del plasma si se ioniza. Las temperaturas del metal evaporado pueden elevarse muy por encima de los 10.000 K.
Finalmente, a medida que el rayo láser viaja a través de la junta, el ojo de la cerradura se mueve, logrando soldaduras profundas, una penetración significativa y una excelente relación entre profundidad y ancho. Como resultado, pequeñas cantidades de metal fundido pueden fluir alrededor de la cavidad del ojo de la cerradura, lo que da como resultado una tapa de soldadura con un patrón de cheurón.
Procesamiento de gas en soldadura láser
La soldadura láser se puede realizar en una atmósfera estándar o en vacío. Sin embargo, al igual que otros métodos de soldadura, como la soldadura TIG o la soldadura MIG, un baño de soldadura láser puede contaminarse si interactúa con el hidrógeno en la atmósfera. Altas concentraciones de hidrógeno pueden mezclarse con el metal fundido y causar la formación de vacíos o agujeros dentro de la soldadura.
Es por eso que la soldadura láser utiliza gas de proceso o gas de corte cuando se trabaja en una atmósfera normal. El gas de procesamiento, generalmente CO2, protege la soldadura y evita el contacto de la superficie soldada con la atmósfera. Sin embargo, dado que diferentes factores en la atmósfera pueden causar defectos y resultados de soldadura deficientes, no se recomienda soldar con láser en una atmósfera familiar sin gas de proceso.
Una alternativa para evitar la interacción y la contaminación de la soldadura es trabajar en una atmósfera de vacío. Sin embargo, los costos de instalación y las solicitudes específicas lo hacen muy poco rentable.
Máquina de soldadura láser o soldadora láser
La máquina de soldadura láser incluye guía motorizada, óptica láser y una mesa de trabajo si es necesario. Además, existen sistemas de soldadura por rayo láser móviles e inmóviles.
Con las máquinas portátiles, el electrodoméstico se mueve cerca de la mercancía. Mientras tanto, los aparatos de soldadura láser inmóviles vienen con una mesa de trabajo y un mecanismo de fijación.
Independientemente de la máquina, existen tres tipos de láser estándar: láseres de gas, láseres de estado sólido y láseres de fibra. Cada láser está conectado y alimentado por fibra óptica. Por lo tanto, existe una diferencia entre las máquinas de soldadura láser de fibra única y de fibra múltiple. Dentro de las máquinas de soldadura láser multifibra, más fibras ópticas aumentan la potencia del láser.
A menudo se utiliza una lente colimadora junto con una lente de enfoque para concentrar el haz en un punto antes de que abandone la máquina. Además, el sistema de corte es un complemento perfecto para un sistema de soldadura. El sistema de corte produce cortes de formas perfectas a la geometría precisa.
Aplicaciones de soldadura por rayo láser
Debido a su alta productividad, eficiencia y precisión, la soldadura láser se utiliza en diversas industrias, como la automotriz, la construcción de acero, la construcción naval y las herramientas de construcción. Además, con la tecnología láser híbrida, este método también se utiliza en la industria ferroviaria con una tendencia de rápido crecimiento en equipos agrícolas, volquetes y contenedores.
En la industria automotriz, la soldadura láser proporciona un estilo de operación sin herramientas. Como resultado, el rendimiento general cuando se trabaja con materiales delgados utilizados en automoción es sobresaliente. Además, todos los parámetros de soldadura aumentan la estética de las soldaduras.
Las mismas ventajas se aplican a la construcción naval. El bajo calor de salida permite trabajar con materiales finos, lo que reduce el peso total de los barcos y, por lo tanto, reduce el consumo de combustible. Además, las soldaduras de alta calidad están libres de defectos y no hay grietas en caliente.
Soldadura láser y otros procesos de soldadura
El proceso que explicamos hasta ahora también se conoce como soldadura láser pura en la que no se utiliza material de relleno consumible. La característica clave de la soldadura láser pura en aplicaciones de unión de acero es que la costura de soldadura tiene casi las mismas propiedades que el material base.
Sin embargo, tenga en cuenta que, en ciertas situaciones, puede agregar un alambre de relleno a la soldadura láser. Es adecuado agregar alambre de alimentación frío o alambre calentado por inducción para reducir los efectos térmicos en el baño de fusión.
Además de agregar el material de relleno, los fabricantes comenzaron a combinar las buenas propiedades de la soldadura láser y los métodos tradicionales.
Imagen tomada de – canadianmetalworking.com
La combinación de láser y otros métodos de soldadura se conoce como soldadura híbrida. Por ejemplo, cuando se combina la soldadura láser y MAG, la energía térmica se encuentra en un nivel más alto que en la soldadura láser pura, pero sigue siendo mucho menor que en la soldadura MIG/MAG tradicional. Por lo tanto, al combinar láseres de alta potencia y soldadura MAG, se obtiene una mayor velocidad de trabajo y capacidad para soldar materiales más gruesos.
Además de MAG, la soldadura láser se puede combinar con cualquier otro proceso de soldadura por arco. El proceso híbrido tiene las ventajas individuales de ambos procesos de soldadura.
La temperatura de la soldadura láser
Mientras que los métodos de soldadura tradicionales tienen temperatura y calor de salida fijos, la soldadura láser le permite controlar el calor durante la soldadura.
La mayoría de los láseres pueden emitir temperaturas entre 200 y 5400 F, por lo tanto, puede usar el proceso para unir diferentes materiales, como plásticos, aluminio, cobre y acero.
Conocer el punto de fusión de los diferentes materiales es crucial, pero ajustar el calor adecuado puede ser eficiente desde el punto de vista energético. Por lo tanto, para evitar un calentamiento alto, debe conocer las propiedades del material, y aquí hay algunos ejemplos:
- Acero: 2550 F
- Cobre: 1985 F y superior
- Vidrio: rangos de 1110-1470 F
- Aluminio: 1110 F
- Plásticos: Entre 300-660 F