¿Qué es la soldadura híbrida láser-TIG y cómo funciona?
La soldadura híbrida láser-TIG es un proceso de soldadura que combina los beneficios de dos técnicas de soldadura diferentes: soldadura láser y soldadura Tungsten Inert Gas (TIG). En este proceso, se utilizan juntos un rayo láser de alta potencia y una antorcha TIG para crear una operación de soldadura altamente precisa y eficiente.
El proceso de soldadura híbrido láser-TIG generalmente comienza con el rayo láser, que se enfoca en las juntas de soldadura. El rayo láser derrite el metal y crea un baño de fusión, que luego es controlado por la antorcha TIG.
La antorcha TIG utiliza un electrodo de tungsteno para crear un arco, que produce calor y funde el metal. El arco también proporciona un entorno controlado para proteger la soldadura de la contaminación, utilizando un gas inerte como el argón o el helio.
La combinación de las técnicas de soldadura láser y TIG permite un mayor control sobre el proceso de soldadura. El láser proporciona una fuente de calor de alta energía que funde rápidamente el metal, mientras que la antorcha TIG proporciona un plasma de arco preciso y de baja energía para controlar el baño de soldadura y agregar material de relleno según sea necesario. La antorcha TIG también se puede usar para limpiar el área de soldadura antes de soldar para garantizar una soldadura de alta calidad.
La soldadura híbrida láser-TIG es particularmente efectiva para soldar materiales diferentes, como aluminio y acero, porque el láser proporciona una fuente de calor de alta energía que puede superar las diferencias en la conductividad térmica y los puntos de fusión entre los dos materiales. Luego, la antorcha TIG se puede usar para controlar con precisión el baño de soldadura y agregar material de relleno para crear una soldadura fuerte y de alta calidad.
Tipos de láseres utilizados en la soldadura por arco con láser híbrido
El tipo de láser más común utilizado en soldadura LBW e híbrida láser-TIG es el láser Nd: YAG. Este tipo de láser emite un haz de luz enfocado de alta potencia con una longitud de onda de 1,06 micrones, lo que lo hace ideal para soldar metales de espesor delgado a mediano, como acero, acero inoxidable y aluminio.
Otro tipo de láser comúnmente utilizado en soldadura es el láser de fibra. Estos láseres funcionan con un principio similar al de los láseres Nd:YAG pero con una mayor densidad de potencia y una longitud de onda de 1,07 a 1,1 micrones. Esto los hace adecuados para soldar materiales más gruesos o para soldar con precisión piezas pequeñas.
Además de estos tipos de láseres, los láseres de diodo y los láseres de CO2 también se utilizan a veces en aplicaciones de soldadura. Los láseres de diodo tienen una densidad de potencia más baja que otros tipos de láser, pero pueden ser más eficientes, mientras que los láseres de CO2 tienen una longitud de onda más larga (10,6 micrones) y se utilizan principalmente para soldar plásticos y no metales.
Tipos de soldadura TIG utilizados en híbrido láser-TIG
Hay varios tipos de técnicas de soldadura TIG que se pueden utilizar en la soldadura híbrida por arco láser, cada una con sus propias ventajas y desventajas. Algunos de los tipos más comunes de soldadura TIG utilizados en la soldadura híbrida láser-TIG son:
- Soldadura TIG pulsada: en esta técnica, la antorcha TIG emite una serie de pulsos de corriente alta, seguidos de períodos de corriente más baja. Esto permite un mayor control sobre la entrada de calor y la profundidad de penetración de la soldadura, lo que puede resultar en una mejor calidad de la soldadura y una menor distorsión.
- Soldadura TIG CA/CC: esta técnica utiliza una corriente alterna (CA) para limpiar la superficie del metal y una corriente continua (CC) para soldar el metal. Esto permite un mayor control sobre el proceso de soldadura y puede ser particularmente efectivo para soldar aluminio y otros metales no ferrosos.
- Soldadura TIG con doble protección: esta técnica utiliza dos capas de gas de protección, normalmente una combinación de argón y helio, para proteger la soldadura de la contaminación y proporcionar una mejor estabilidad del arco. Esto puede resultar en una mejor calidad de soldadura y puede ser particularmente efectivo para soldar materiales delgados.
- Soldadura TIG con alambre caliente: en esta técnica, se agrega un alambre caliente al proceso de soldadura TIG, que precalienta el metal y permite velocidades de soldadura más rápidas y una mejor penetración. Esta técnica se usa a menudo para soldar materiales gruesos o para aplicaciones de soldadura de alta velocidad.
- TIP TIG Welding: esta técnica utiliza un alimentador de alambre para alimentar un alambre de alimentación continua en el área de soldadura. El alambre se precalienta y se recubre con un fundente, lo que brinda protección adicional contra la contaminación y mejora la calidad de la soldadura.
Variedades de soldadura híbrida láser-TIG
El proceso híbrido líder en láser y el proceso híbrido líder en arco son dos tipos diferentes de procesos de soldadura híbrida que combinan técnicas de soldadura por láser y soldadura por arco. La principal diferencia entre los dos procesos es el tipo de fuente de calor utilizada para fundir el metal.
En el proceso híbrido líder en láser, el rayo láser es la principal fuente de calor y se utiliza para fundir el metal.
El proceso de soldadura por arco, como la soldadura TIG o MIG, se utiliza para controlar el baño de fusión y agregar material de relleno según sea necesario. Este proceso generalmente se usa para soldar materiales que son difíciles de soldar usando técnicas de soldadura convencionales, como metales diferentes o metales con alta conductividad térmica.
En el proceso híbrido de arco líder, el proceso de soldadura por arco es la principal fuente de calor y se utiliza para fundir el metal. Luego, el rayo láser se usa para proporcionar calor adicional y controlar el baño de soldadura. Este proceso generalmente se usa para soldar materiales gruesos, ya que el proceso de soldadura por arco puede proporcionar una mayor penetración que el proceso de soldadura por láser solo.
Además, la soldadura TIG con láser híbrido se puede separar por el tipo de láser que se está utilizando. Por lo tanto, reconocemos la soldadura CO2-TIG, YAG-TIG, fibra láser-TIG y láser pulsado-TIG.
Soldadura TIG-Láser CO2
La soldadura TIG con láser de CO2 es un proceso de soldadura híbrido que combina el haz de alta energía de un láser de CO2 con el control preciso de un soplete de soldadura de gas inerte de tungsteno (TIG). El proceso consiste en enfocar el rayo láser de CO2 en la pieza de trabajo, lo que calienta el metal y hace que se derrita. Luego, la antorcha de soldadura TIG se usa para agregar material de relleno al baño de fusión y controlar el charco de soldadura.
El láser de CO2 produce un haz de luz de alta energía que se enfoca en la pieza de trabajo utilizando una serie de espejos y lentes. El rayo láser se dirige sobre la pieza de trabajo en un ángulo específico, lo que le permite penetrar profundamente en el metal y calentarlo de manera rápida y eficiente. Este rayo de alta energía es capaz de producir temperaturas superiores a los 10 000 grados Fahrenheit, que es lo suficientemente caliente como para derretir la mayoría de los metales.
Soldadura láser-TIG ND:YAG
La soldadura ND: YAG láser-TIG es un proceso de soldadura híbrido que combina el haz de alta energía de un láser de granate de itrio y aluminio dopado con neodimio (ND: YAG) con el control preciso de un soplete de soldadura de gas inerte de tungsteno (TIG).
El proceso implica enfocar el rayo láser ND: YAG en la pieza de trabajo, lo que calienta el metal y hace que se derrita. Luego, la antorcha de soldadura TIG se usa para agregar material de relleno al baño de fusión y controlar el charco de soldadura.
El láser ND:YAG produce un haz de luz de alta energía que se enfoca en la pieza de trabajo mediante una serie de espejos y lentes. El rayo láser se dirige sobre la pieza de trabajo en un ángulo específico, lo que le permite penetrar profundamente en el metal y calentarlo de manera rápida y eficiente. El láser ND:YAG emite una longitud de onda de 1,06 micrones, que es ideal para soldar una variedad de materiales, incluidos acero inoxidable, aluminio y titanio.
Soldadura TIG-láser de fibra
La soldadura TIG con láser de fibra es un proceso de soldadura altamente preciso y eficiente que es muy adecuado para soldar materiales delgados y producir soldaduras de alta calidad. La combinación del láser de fibra y la antorcha de soldadura TIG permite un control preciso sobre el proceso de soldadura y puede producir soldaduras fuertes, duraderas y estéticamente agradables. Además, los láseres de fibra tienen una alta eficiencia de conexión a la pared, lo que significa que convierten un alto porcentaje de la potencia de entrada en energía láser utilizable, lo que hace que el proceso sea más eficiente energéticamente que otros métodos de soldadura por láser.
Soldadura TIG-Láser Pulsado
El láser pulsado produce un haz de luz de alta energía que se enciende y se apaga rápidamente. Esta pulsación rápida permite un control preciso sobre la cantidad de calor que se aplica a la pieza de trabajo, lo que puede ayudar a prevenir el sobrecalentamiento y la distorsión del material. Los láseres pulsados pueden emitir una variedad de longitudes de onda, lo que los hace muy adecuados para soldar una variedad de materiales, incluidos acero, aluminio y titanio.
La soldadura TIG con láser pulsado es un proceso de soldadura altamente preciso y eficiente que es muy adecuado para soldar materiales delgados y producir soldaduras de alta calidad. La combinación del láser pulsado y la antorcha de soldadura TIG permite un control preciso sobre el proceso de soldadura y puede producir soldaduras fuertes, duraderas y estéticamente agradables.
Parámetros de soldadura híbrida láser-TIG
El proceso de soldadura híbrido láser-TIG implica varios parámetros de soldadura importantes que deben controlarse cuidadosamente para garantizar soldaduras de alta calidad. Estos parámetros incluyen:
- Potencia láser
- Posición del punto focal del láser
- Corriente de soldadura TIG
- Caudal de gas de soldadura TIG
- Velocidad de soldadura
El control de estos parámetros de soldadura es fundamental para garantizar que el proceso de soldadura híbrido láser-TIG produzca soldaduras de alta calidad. El control preciso de estos parámetros requiere habilidad y experiencia, y se necesitan soldadores experimentados para garantizar el éxito del proceso.
Electrodos de soldadura
El electrodo de soldadura que se usa en la soldadura TIG generalmente está hecho de tungsteno y no es consumible. Esto se debe a que el tungsteno tiene un punto de fusión muy alto y puede soportar el calor del arco eléctrico utilizado para crear el plasma. Algunos de los aditivos son óxido de torio o circonio. Es importante que se elijan los electrodos correctos con respecto a la corriente para evitar la inestabilidad.
La elección del electrodo depende del material que se está soldando, los parámetros del proceso de soldadura y las características de soldadura deseadas. Los expertos en soldadura seleccionarán el electrodo adecuado en función de su experiencia y conocimiento del proceso de soldadura.
Ángulo de recorrido de la antorcha
El ángulo de recorrido correcto de la antorcha en la soldadura híbrida láser-TIG puede variar según varios factores, incluido el material que se está soldando, los parámetros del proceso de soldadura y las características de soldadura deseadas. Soldadores experimentados ajustarán el ángulo de la antorcha según sea necesario para garantizar que la soldadura sea fuerte y esté bien formada.
Durante la soldadura, el electrodo y la varilla de soldadura deben mantenerse en ángulos especiales para soldar un cordón en una placa. Sin embargo, para la soldadura a tope, el ángulo de la antorcha se mantiene fijo. La antorcha se sostiene a 60º – 75º de la superficie metálica. Esto es lo mismo que sostener la antorcha a 15º – 30º de la vertical.
Velocidad de viaje
La velocidad de desplazamiento correcta en el proceso de soldadura híbrido láser-TIG puede variar según varios factores, incluido el material que se está soldando, el grosor del material, los parámetros del proceso de soldadura y las características de soldadura deseadas. Sin embargo, en general, la velocidad de avance debe ajustarse para lograr la penetración de soldadura y el ancho de cordón deseados.
Sin embargo, debe tenerse en cuenta que en la soldadura de aleaciones de magnesio utilizando soldadura híbrida láser-TIG de baja potencia, el arco de soldadura es estable incluso a altas velocidades de soldadura en el rango de 1500-200 mm/min.
Potencia láser
La potencia habitual del láser en la soldadura híbrida láser-TIG puede variar según varios factores, incluido el material que se está soldando, el grosor del material y las características de soldadura deseadas. Sin embargo, las potencias del láser suelen oscilar entre 1 kW y 10 kW.
La potencia del láser tiene un impacto significativo en las características de la soldadura en la soldadura híbrida láser-TIG. El rayo láser proporciona la entrada de calor a la soldadura, y una mayor potencia del láser generalmente da como resultado una penetración más profunda de la soldadura y velocidades de soldadura más rápidas. Sin embargo, una mayor potencia del láser también puede conducir a una mayor entrada de calor, lo que puede dar como resultado zonas más grandes afectadas por el calor (HAZ) y una mayor distorsión del material que se está soldando.
Protegiendo la soldadura
El gas de protección preferido en la soldadura TIG-láser híbrida suele ser el argón. El argón es un gas inerte que brinda una excelente protección para la zona de soldadura al evitar la contaminación de gases atmosféricos como el oxígeno y el nitrógeno.
El gas de protección normalmente se suministra a través del soplete de soldadura TIG y el caudal de gas se controla para garantizar que la zona de soldadura esté adecuadamente protegida. El gas de protección también ayuda a estabilizar el arco y evitar salpicaduras, que pueden provocar defectos en la soldadura.
En algunos casos, se puede agregar helio a la mezcla de gas de protección para aumentar la entrada de calor y mejorar la penetración de la soldadura. Sin embargo, el uso de helio también puede aumentar el riesgo de porosidad en la soldadura, por lo que debe usarse con cuidado y en combinación con otros parámetros de soldadura.
Aplicaciones de la soldadura híbrida láser-TIG
La soldadura híbrida láser-TIG es un proceso de soldadura versátil que se puede utilizar en una amplia gama de aplicaciones, que incluyen:
- Industrias aeroespacial y de defensa: la soldadura híbrida láser-TIG se utiliza para unir varios componentes aeroespaciales, incluidos los paneles del fuselaje de los aviones, los componentes del motor y los componentes estructurales. El proceso se adapta bien a estas aplicaciones debido a su capacidad para proporcionar soldaduras de alta calidad con una distorsión mínima.
- Industria automotriz: La soldadura híbrida láser-TIG se utiliza en la industria automotriz para unir componentes de carrocería, sistemas de escape y otros componentes. Se prefiere el proceso por su capacidad para producir soldaduras de alta resistencia con mínima entrada de calor y distorsión.
- Industria médica: la soldadura híbrida láser-TIG se utiliza en la industria médica para unir varios componentes, incluidos instrumentos quirúrgicos, dispositivos médicos e implantes. Se prefiere el proceso por su capacidad para producir soldaduras limpias y precisas con mínima entrada de calor y distorsión.
- Industria electrónica: la soldadura híbrida láser-TIG se utiliza en la industria electrónica para unir varios componentes, incluidas placas de circuito impreso y cajas electrónicas. Se prefiere el proceso por su capacidad para producir soldaduras de alta calidad con mínima entrada de calor y distorsión.
Conclusión
La soldadura láser híbrida es un proceso de soldadura altamente preciso y versátil que combina los beneficios de la soldadura láser y TIG. Mediante el uso de un rayo láser para precalentar el material y un arco TIG para unir el material, el proceso híbrido puede proporcionar soldaduras de alta calidad con mínima entrada de calor y distorsión, especialmente cuando se utiliza soldadura láser autógena.
El proceso de soldadura híbrida con láser se adapta bien a una amplia gama de aplicaciones, incluidas las industrias aeroespacial, automotriz, médica y electrónica, donde la precisión, la confiabilidad y las soldaduras de alta calidad son esenciales. Con la capacidad de controlar varios parámetros de soldadura, incluida la potencia del láser, la corriente de soldadura, la alta velocidad de soldadura y el caudal de gas de protección, los soldadores experimentados pueden optimizar el proceso de soldadura para lograr las características de soldadura deseadas.