La soldadura láser es una de las primeras y más importantes aplicaciones en el procesamiento industrial de materiales por láser.
En las primeras aplicaciones, las soldaduras generadas por láser eran de calidad superior, lo que conducía a una mayor productividad.
Con el tiempo, los avances en la tecnología láser han dado lugar a láseres de mayor potencia, una gama más amplia de longitudes de onda y capacidades de pulso mejoradas. Además, los avances en la propagación del haz, el hardware y software de control de máquinas y los sensores de proceso han contribuido al desarrollo continuo de los procesos de soldadura láser.
La soldadura láser ofrece varias ventajas únicas, que incluyen un bajo aporte de calor, una zona de fusión estrecha y una zona afectada por el calor, y excelentes propiedades mecánicas para materiales que antes eran difíciles de usar en procesos que producen grandes aportes de calor a las piezas. Estas propiedades hacen de la soldadura láser una opción atractiva para producir soldaduras fuertes y visualmente atractivas.
Además, el tiempo de preparación requerido para la soldadura láser es mucho más corto y, cuando se combina con sensores de seguimiento láser, se puede lograr la automatización, lo que resulta en menores costos de producción.
Todas estas nuevas tecnologías han ampliado el abanico de aplicaciones de la soldadura láser. En muchas industrias, la soldadura por láser de fibra se ha utilizado con éxito con diferentes metales, formas, tamaños y volúmenes de componentes.
1. Soldadura de baterías
El mayor uso de baterías de litio en vehículos eléctricos y dispositivos electrónicos ha llevado a los ingenieros a incorporar la soldadura por láser de fibra en el diseño de productos.
La soldadura por láser de fibra óptica se utiliza para conectar los componentes portadores de corriente, fabricados en cobre o aleación de aluminio, a la serie de baterías del dispositivo.
Los contactos eléctricos con los electrodos positivo y negativo de la batería se forman mediante soldadura láser de aleación de aluminio, normalmente serie 3000, y cobre puro.
Todos los materiales y combinaciones utilizados en la batería son adecuados para el nuevo proceso de soldadura por láser de fibra.
Se crean varias conexiones dentro de la batería mediante uniones soldadas a regazo, a tope y en ángulo.
La soldadura láser del material terminal a los terminales negativo y positivo produce un contacto eléctrico encapsulado.
El paso final en el proceso de ensamblaje y soldadura de la batería consiste en sellar la junta de aluminio del tanque, lo que crea una barrera para el electrolito interno.
Como se espera que la batería funcione de manera confiable durante un período de 10 años o más, la selección de la soldadura láser garantiza una alta calidad y consistencia.
Utilizando equipos y procesos de soldadura láser de fibra óptica adecuados, se pueden producir soldaduras de aleación de aluminio de alta calidad de la serie 3000 de manera consistente.
2. Soldadura por mecanizado de precisión
Las juntas utilizadas en barcos, refinerías químicas y en la industria farmacéutica originalmente se soldaban con TIG. Debido a su uso en entornos sensibles, estos componentes se mecanizan y rectifican con precisión utilizando materiales de aleación a base de níquel con alta temperatura y resistencia a la corrosión química. Normalmente, el tamaño del lote es pequeño y la cantidad de configuraciones es grande.
Actualmente se ha mejorado el montaje de estos componentes mediante soldadura láser de fibra óptica. Las razones para utilizar la soldadura por láser de fibra para reemplazar el proceso inicial de soldadura por arco robótico son las siguientes:
- La soldadura láser produce una calidad constante.
- Es fácil cambiar de una configuración de componente a otra, lo que reduce el tiempo de configuración y mejora la producción.
- Montar el sensor de seguimiento láser para automatizar el proceso de soldadura láser reduce los costos.
3. Soldadura estanca al gas
La soldadura por láser de fibra se ha convertido en el proceso preferido para dispositivos médicos como marcapasos y otros dispositivos electrónicos debido a la alta confiabilidad que brindan los dispositivos electrónicos herméticamente sellados.
El último desarrollo de procesos de soldadura estancos a los gases ha abordado los problemas asociados con la soldadura láser y el punto final de la soldadura, que es fundamental para lograr un sello hermético a los gases.
En tecnologías de soldadura láser anteriores, el rayo láser creaba depresiones en el punto final, incluso cuando se reducía la potencia y se apagaba el rayo.
Sin embargo, con un control avanzado del rayo láser, estas depresiones se pueden eliminar, lo que da como resultado una calidad de soldadura constante, una apariencia mejorada y un sellado más confiable. Esto es particularmente importante para soldaduras delgadas y profundas donde la porosidad en el punto final puede ser un problema importante.
4. Soldadura aeroespacial
Controlar la geometría y la microestructura de la soldadura, minimizar la porosidad y controlar el tamaño del grano son esenciales en la soldadura por láser de fibra de aleaciones de aviación a base de níquel y titanio. En muchas aplicaciones aeroespaciales, el principal criterio de diseño de las soldaduras es su comportamiento ante la fatiga.
Para aumentar la resistencia de la soldadura, los ingenieros de diseño casi siempre especifican una superficie de soldadura convexa o ligeramente convexa. Para lograrlo, un proceso automatizado utiliza una línea de llenado con un diámetro de 1,2 mm. Agregar alambre de relleno a la junta a tope garantiza coronas de soldadura consistentes en las pasadas superior e inferior.
Además de garantizar una buena microestructura de la soldadura, la selección de la aleación del alambre de soldadura también contribuye a las propiedades mecánicas de la soldadura.
5. Soldadura de metales disímiles.
La capacidad de fabricar productos utilizando diferentes metales y aleaciones mejora enormemente la flexibilidad del diseño y la producción.
Optimizar las propiedades del producto terminado, como la corrosión, el desgaste y la resistencia al calor, mientras se controlan los costos, es una motivación común para soldar metales diferentes. La unión de acero inoxidable y acero galvanizado es un excelente ejemplo.
El acero inoxidable 304 y el acero al carbono galvanizado se utilizan ampliamente en diversas aplicaciones, como electrodomésticos de cocina y componentes de aviación, debido a su excelente resistencia a la corrosión.
Sin embargo, soldar metales diferentes presenta algunos desafíos únicos, especialmente debido a la posibilidad de que el recubrimiento de zinc cause graves problemas de porosidad de la soldadura.
Durante la soldadura, la energía utilizada para fundir el acero y el acero inoxidable evaporará el zinc a aproximadamente 900 ℃, que es mucho más bajo que el punto de fusión del acero inoxidable. El bajo punto de ebullición del zinc provoca la formación de vapor durante la soldadura tipo ojo de cerradura.
A medida que el vapor de zinc intenta escapar del metal fundido, puede permanecer en la soldadura solidificada, lo que provoca una porosidad excesiva. Además, el vapor de zinc puede escapar durante la solidificación del metal, provocando poros o asperezas en la superficie.
El diseño adecuado de las juntas y la selección de los parámetros del proceso láser pueden simplificar el acabado y la soldadura mecánica.
Por ejemplo, las soldaduras por solape de acero inoxidable 304 de 0,6 mm y acero galvanizado de 0,5 mm no tienen grietas ni poros en las superficies superior e inferior.
