Tecnología de cabezal láser
La aplicación de la tecnología de cabezales láser en la industria manufacturera es un tema de investigación en varios países.
Con una demanda cada vez mayor de alta eficiencia, protección ambiental y automatización en el desarrollo industrial, el uso de la tecnología de cabezales láser se está extendiendo rápidamente en diversos campos de la industria manufacturera.
Con esta base, la tecnología de cabezales de soldadura láser se está convirtiendo en un aspecto crucial de la aplicación de cabezales láser.
El cabezal de soldadura láser es una parte importante de la aplicación de la tecnología de procesamiento de cabezales láser y se considera la tecnología de cabezal de soldadura más prometedora del siglo XXI.
Desde finales del siglo pasado, los países europeos y americanos ya han integrado plenamente los cabezales de soldadura láser en la producción industrial.
A medida que la producción industrial siga desarrollándose, se favorecerán cada vez más las tecnologías de procesamiento eficientes, flexibles y respetuosas con el medio ambiente.
El cabezal de soldadura láser utiliza un modo de enfoque de haz de alta energía, que permite una soldadura de penetración profunda y una soldadura rápida, entre otras formas que son difíciles de lograr con los procesos de soldadura tradicionales.
Además, el equipo del cabezal de soldadura láser es muy flexible y cuenta con una tecnología madura de detección en línea en tiempo real, lo que permite una alta automatización de la producción en masa.
En la actualidad, muchas líneas de producción de cabezales de soldadura láser se han implementado en la producción industrial y han demostrado ser ampliamente utilizadas en la industria de procesamiento.
En general, los cabezales de soldadura láser son capaces de funcionar en las mismas aplicaciones que los cabezales de soldadura tradicionales, pero con mayor calidad y eficiencia de procesamiento más rápida.
Proceso de soldadura mediante tecnología de cabezal láser.
La soldadura con cabezal láser es un método de soldadura que utiliza la energía radiante del cabezal láser.
El principio de funcionamiento implica excitar el medio activo del cabezal láser, como una mezcla de CO 2 y otros gases o un cristal de granate YAG de itrio y aluminio, de una manera específica para hacerlo oscilar hacia adelante y hacia atrás dentro del resonador. Esto produce un haz de radiación de excitación.
Cuando la viga entra en contacto con la pieza, su energía es absorbida, haciendo que la temperatura del material alcance su punto de fusión, posibilitando la soldadura.
1. Modo de soldadura del cabezal de soldadura láser
Los cabezales de soldadura láser se pueden clasificar en dos tipos: cabezales de soldadura por conducción de calor y cabezales de soldadura de penetración profunda.
Los cabezales de soldadura por conducción de calor difunden el calor hacia la pieza de trabajo mediante transferencia de calor, lo que provoca que la fusión se produzca solo en la superficie de soldadura. El interior de la pieza de trabajo no se penetra completamente y la vaporización es mínima. Este tipo de cabezal de soldadura se utiliza principalmente para soldar materiales de paredes delgadas y de baja velocidad.
Por otro lado, los cabezales de soldadura de penetración profunda no sólo funden completamente el material sino que también provocan su evaporación, dando como resultado una gran cantidad de plasma. La gran cantidad de calor producida crea un ojo de cerradura en el extremo frontal del baño de soldadura.
Los cabezales de soldadura de penetración profunda son actualmente el método de soldadura con cabezal de soldadura láser más utilizado, ya que son capaces de soldar completamente la pieza de trabajo con una gran energía de entrada y una velocidad de soldadura rápida.
2. Forma, estructura y rendimiento de los cabezales soldados con láser.
Debido al pequeño punto focal producido por el cabezal láser, la zona afectada por el calor durante la soldadura es significativamente más pequeña en comparación con los métodos de soldadura tradicionales. En la mayoría de los casos, la soldadura láser no requiere metal de aportación.
La superficie soldada debe tener un aspecto uniforme y liso, sin poros ni grietas visibles. Esto hace que la soldadura láser sea ideal para aplicaciones donde la apariencia de la soldadura es un factor crítico. A pesar del pequeño punto focal, la soldadura láser se caracteriza por una alta densidad de energía del rayo láser, que generalmente oscila entre 103 y 108 W/cm2.
Durante el proceso de soldadura, el metal se calienta y enfría rápidamente, lo que genera un gran gradiente de temperatura alrededor del baño fundido. Esto da como resultado una mayor resistencia de la soldadura en comparación con el metal base, pero con una plasticidad reducida.
Para mejorar aún más la calidad de la soldadura, se pueden utilizar tecnologías de cabezales de soldadura bifocales o compuestos.
3. Ventajas y desventajas de los cabezales soldados por láser.
Sus ventajas exclusivas:
(1) La soldadura láser da como resultado una resistencia de soldadura de alta calidad con la capacidad de lograr una relación de aspecto mayor y velocidades de soldadura más rápidas.
(2) A diferencia de los métodos de soldadura tradicionales, la soldadura láser no requiere un entorno de vacío, lo que permite el control remoto y la automatización mediante el uso de lentes y fibras ópticas.
(3) El cabezal láser tiene una alta densidad de potencia, lo que lo hace ideal para soldar materiales desafiantes como titanio y cuarzo, y puede soldar eficazmente materiales con diferentes propiedades.
Por supuesto, los cabezales soldados por láser también tienen sus desventajas:
(1) Los componentes del cabezal láser y del sistema del cabezal de soldadura son costosos, lo que genera una mayor inversión inicial y costos de mantenimiento en comparación con los métodos de soldadura tradicionales, lo que genera menores beneficios económicos.
(2) La eficiencia del cabezal de soldadura láser es normalmente baja, oscilando entre el 5% y el 30%, debido a la baja tasa de absorción de materiales sólidos por parte del cabezal láser, especialmente después de la generación de plasma, ya que el plasma absorbe el láser.
(3) El pequeño foco del cabezal de soldadura láser exige una alta precisión del equipo y requiere un estricto cumplimiento de tolerancias estrictas para minimizar las desviaciones y los errores de mecanizado.
Conclusión
A medida que el cabezal de soldadura láser se utiliza y se produce comercialmente más ampliamente, el costo del equipo del cabezal láser ha disminuido significativamente.
Además, el avance de los cabezales láser de alta potencia y el desarrollo e implementación de nuevas técnicas de soldadura de compuestos han ayudado a mejorar la eficiencia de conversión de la soldadura láser, que antes era baja.
En un futuro próximo, es probable que los cabezales de soldadura láser reemplacen gradualmente los métodos de soldadura tradicionales, como la soldadura por arco y la soldadura por resistencia, y se conviertan en el principal método de soldadura industrial.
