Los fabricantes utilizan una variedad de tecnologías de fabricación, como la soldadura láser, para unir materiales en una variedad de aplicaciones. Las técnicas de soldadura por rayo láser ofrecen alta velocidad de soldadura, bajo estrés térmico y control preciso en comparación con las técnicas de soldadura tradicionales.
Este artículo explica el proceso de soldadura láser, sus tipos, principios de funcionamiento y materiales compatibles. ¡Buceo en!
¿Qué es la soldadura láser?
La soldadura láser es una técnica de fabricación versátil que utiliza un rayo láser para soldar o unir varios metales y materiales compuestos. La soldadura por rayo láser es un proceso avanzado de soldadura de chapa metálica que se utiliza en todas las industrias.
El rayo láser suele enfocarse sobre la pieza de trabajo y calentarla hasta el punto de fusión. El material soldado se fusiona con el material adyacente y forma una conexión fuerte. La energía luminosa concentrada de este proceso se concentra en puntos o áreas muy pequeños, lo que permite un control preciso de la energía térmica y del proceso de soldadura.
¿Cómo funciona la soldadura láser?
Primero, el soldador láser enfoca un haz de luz altamente concentrado en la cavidad entre dos o más materiales para crear una conexión fuerte. Esta concentración de luz se produce en un punto pequeño y varía desde unas pocas décimas de milímetro hasta unos pocos milímetros de diámetro.
Esta concentración de un rayo láser de alta potencia tiene una alta densidad de potencia. Esto libera enormes niveles de energía que derriten los materiales en sus sujetadores o uniones, creando una unión.
El material de la pieza absorbe gradualmente la energía del rayo láser enfocado y calienta la pieza hasta su punto de fusión. Luego, el área fundida se fusiona y forma una conexión sólida entre las piezas soldadas.
Sin embargo, dependiendo de la calidad de soldadura deseada y del material a soldar, es posible realizar la soldadura láser en modo continuo o pulsado. La soldadura láser en modo continuo es ideal para soldar materiales más gruesos, mientras que el modo pulsado es adecuado para materiales más delgados.
Tipos de procesos de soldadura láser
Aunque la soldadura MIG y TIG son métodos populares, existen varias técnicas de soldadura láser que son útiles para diferentes aplicaciones. Esto incluye lo siguiente:
1. Soldadura de ojo de cerradura
La soldadura de ojo de cerradura utiliza un rayo láser que calienta la superficie de la pieza hasta el punto de vaporización y penetra profundamente en el material. Este proceso de soldadura crea un ojo de cerradura con propiedades similares al plasma. Esta técnica de soldadura es adecuada para láseres de alta potencia con más de 105 W/mm2 y la temperatura suele superar los 10.000 K.
2. Soldadura láser
En la tecnología de soldadura láser, se calienta simultáneamente una pieza de trabajo con un rayo láser y al mismo tiempo se calienta el material de aportación. Este proceso utiliza materiales de relleno como cobre o plata para crear una unión fuerte entre los materiales. Es adecuado para unir dos metales diferentes.
Además, la soldadura fuerte a baja temperatura hace que el material soldado sea menos susceptible a la deformación. Industrias como la automoción utilizan la soldadura fuerte por láser para unir acero con aluminio.
3. Soldadura híbrida
Esta técnica de soldadura combina la soldadura por rayo láser con otros métodos como GTAW (soldadura con gas inerte) y GMAW (soldadura con gas inerte). En última instancia, esto mejora la calidad y la eficiencia de la soldadura de la técnica al combinar las ventajas de ambos métodos.
4. Soldadura por conducción de calor
Este proceso utiliza un rayo láser que calienta la superficie del material más allá del punto de fusión del material. Es una técnica de soldadura ideal para aplicaciones donde la alta resistencia de la soldadura no es un requisito principal. El proceso de soldadura por conducción utiliza un láser de baja potencia de poco menos de 500 W. Se crea una costura de soldadura regular y estéticamente agradable.
5. Soldadura por percusión
En la soldadura por percusión, el rayo láser se pulsa a alta frecuencia para derretir y fusionar rápidamente los materiales que se están soldando. Este proceso de soldadura es adecuado para materiales con diferentes puntos de fusión y propiedades térmicas. Además, es perfecto para conectar diferentes materiales como aluminio y acero.
¿Qué materiales se pueden unir mediante soldadura láser?
Las técnicas de soldadura por rayo láser son versátiles y compatibles con diversos materiales. A continuación te presentamos algunos de los materiales típicos que se unen mediante soldadura láser:
rieles
- Diversos tipos de aleaciones de aluminio;
- aleaciones de cobre tales como bronce y latón;
- Variantes de acero como aleaciones de alta resistencia, acero al carbono y acero inoxidable;
- Las aleaciones de titanio se utilizan a menudo en medicina y en la industria aeroespacial.
- El níquel y sus aleaciones se utilizan, entre otras cosas, en la producción de energía y en la industria aeroespacial.
Plástica
La soldadura láser es adecuada para ciertos tipos de plásticos, como los termoplásticos, que pueden fundirse y solidificarse repetidamente.
- Acrílico (PMMA): Los usos comunes incluyen pantallas, señalización y dispositivos médicos.
- Cloruro de polivinilo (PVC): el PVC se utiliza a menudo en el campo médico, como material de construcción y para tuberías.
- Policarbonato (PC): Es ampliamente utilizado en componentes automotrices, equipos de seguridad y gabinetes eléctricos.
Composicion
Se combinan materiales compuestos a partir de diferentes componentes, como plásticos reforzados con fibra de vidrio (GRP) o plásticos reforzados con fibra de carbono (CFRP).
Componentes de máquinas de soldadura láser
En general, el equipo de soldadura láser estándar consta de los siguientes componentes esenciales.
- Fuente láser : este es un componente crucial responsable de generar el rayo láser. Las diferentes fuentes de láser incluyen láseres de fibra, CO2 y Nd:YAG.
- Sistema de entrega de haz : Consta de espejos y lentes que dirigen y concentran el rayo láser de soldadura sobre el material. Un sistema de entrega de haz típico está acoplado a un sistema CNC o conectado a un brazo robótico.
- Sistema de enfriamiento : El sistema de enfriamiento garantiza una temperatura estable dentro de la máquina láser. Evita que la fuente láser y otros componentes se dañen por la importante cantidad de calor que genera el láser.
- Sistema de manipulación de piezas : este sistema mantiene la pieza estable y garantiza que la viga cumpla con las especificaciones requeridas. Proporciona una posición estable y precisa para la pieza soldada.
- Dispositivos de seguridad : Soldar materiales entre sí puede ser peligroso si no se toman precauciones de seguridad. Las características de seguridad de un sistema de soldadura láser incluyen luces de advertencia, enclavamientos y escudos que protegen a los operadores y a otras personas del rayo láser.
- Sistemas de control y monitorización : constan de software y hardware que gestionan los componentes del sistema de rayo láser. Estos sistemas controlan y monitorean varios parámetros, como la potencia del láser y la velocidad de soldadura, durante el proceso de soldadura.
Varias máquinas láser para soldar.
1. Láser de CO2
El láser de gas o CO2 produce un rayo láser utilizando un láser de dióxido de carbono (CO2). Los fabricantes suelen utilizar láseres de CO2 porque son eficientes y producen haces de alta potencia adecuados para producir materiales más gruesos como plásticos, cerámicas y metales.
2. Máquina de soldadura láser Nd:YAG
El láser de granate de itrio y aluminio (Nd:YAG) dopado con neodimio utiliza un haz de estado sólido para soldar piezas de trabajo. Produce una viga de alta calidad adecuada para soldar materiales delgados como láminas de metal y plásticos.
3. Máquina láser de fibra
La tecnología láser de fibra utiliza un cable de fibra óptica para guiar el rayo láser hasta la pieza de trabajo. Los láseres de fibra son eficientes y pueden producir un haz de alta calidad que es perfecto para soldar metales y otros materiales.
4. Máquina de soldadura láser portátil
Esta máquina de soldar es un dispositivo pequeño y compacto que le permite soldar juntas en diferentes lugares o en diferentes ángulos. Es ideal para aplicaciones que requieren movilidad y accesibilidad a zonas de difícil acceso.
5. Soldadura láser de onda continua
Una máquina de soldadura láser de onda continua utiliza un rayo láser de emisión continua para crear una soldadura continua a lo largo de la junta. Es ideal para crear soldaduras fuertes y de alta calidad y para soldar materiales gruesos.
6. Láseres pulsados
La soldadora láser pulsada utiliza un rayo láser de alta frecuencia con pulsos cortos para producir soldaduras pequeñas y controladas. Es ideal para unir geometrías complejas y soldar materiales con diferentes propiedades térmicas.
Ventajas de la soldadura láser
La soldadura láser es una técnica versátil con numerosas ventajas para diversas aplicaciones. Éstos son algunos de los beneficios de la soldadura por rayo láser.
1. Reducir el estrés por calor
Este proceso de soldadura reduce el riesgo de deformación térmica en una pieza porque crea menos estrés térmico en la soldadura. La soldadura láser minimiza la liberación de calor al material circundante, lo que puede provocar efectos negativos como flexión o tensión.
2. Versátil
La soldadura por rayo láser es extremadamente versátil y compatible con placas de diferentes espesores, metales preciosos, contactos de cobre o metales disímiles. Es un método de procesamiento de chapa de uso común debido a su alta compatibilidad con diversas aplicaciones.
3. Alta velocidad
Las técnicas de soldadura láser pueden soldar hasta 5 veces o más rápido que los métodos tradicionales. La alta velocidad de soldadura de este proceso da como resultado tiempos de procesamiento más cortos y una mayor productividad en un tiempo limitado.
4. Fiabilidad
Los procesos de soldadura láser ofrecen un alto nivel de confiabilidad porque están libres de fuerza, contacto y desgaste. El proceso también ofrece alta resistencia debido a la gran profundidad de soldadura.
Limitaciones de la soldadura láser
1. Altos costos de adquisición
La mayoría de los soldadores láser son caros, lo que hace que el proceso sea más caro que otras técnicas de soldadura. Los equipos láser cuestan el doble o más que los sistemas de soldadura tradicionales. Por lo tanto, son costosos para aplicaciones de bajo volumen y tiradas de producción más pequeñas.
2. No compatible con piezas irregulares
La soldadura láser requiere una línea de contacto directa entre el rayo láser y la unión a soldar. Por lo tanto, es difícil soldar uniones en piezas de forma irregular.
3. Requisitos de habilidades especiales y altos costos laborales
Las técnicas de soldadura láser requieren formación y experiencia especializada para conseguir excelentes resultados. Esto dificulta su uso para los fabricantes más pequeños debido a los mayores costos laborales.
Factores que afectan el proceso de soldadura láser
A continuación se presentan varios factores que pueden afectar el resultado de sus operaciones de soldadura láser.
Potencia del láser y densidad de energía.
La potencia del láser incide directamente en el calor concentrado en la pieza y determina el ancho y penetración de la soldadura. En general, los niveles de potencia más bajos dan como resultado una fusión insuficiente, mientras que los niveles de potencia más altos permiten una penetración más profunda. La potencia dividida por el tamaño del punto del haz da la densidad de energía, que determina la densidad del haz láser.
Enfoque del haz y tamaño del punto
El foco del rayo láser determina el tamaño del punto de la pieza de trabajo. Además, se producen profundidades de penetración más profundas y cordones de soldadura más estrechos debido a la alta densidad de energía creada por puntos más pequeños. La longitud del cable y el tamaño del punto influyen en la forma de la soldadura y la distribución de energía.
Construcción conjunta
El acceso al área de soldadura, la geometría y la personalización del diseño de unión preferido afectan el proceso. Por lo tanto, una preparación adecuada de las juntas ayuda a mejorar la penetración, la calidad y la resistencia de la soldadura.
Propiedades materiales
Sería útil saber que el coeficiente de expansión térmica, la conductividad térmica y el punto de fusión de un material pueden tener un impacto en la soldadura, influyendo en parámetros como la calidad de la soldadura, la velocidad y los requisitos de potencia. Además, las propiedades de reflexión y absorción de los materiales cambian cuando se exponen a la radiación láser.
Aplicaciones de la soldadura láser en el procesamiento de metales.
Industria automobilística
El sector automotriz apuesta por el proceso de soldadura láser por su costo-beneficio, calidad y eficiencia. Funciona sin herramientas y generalmente no requiere cambio de cabezal. Varios componentes automotrices, como piezas de motores, solenoides, inyectores de combustible y acondicionadores de aire, son buenos ejemplos de mecanizado de piezas mediante soldadura láser.
Aeroespacial
El proceso de soldadura láser proporciona la precisión que exige la industria aeroespacial para diversas aplicaciones, como estructuras de aviones y detectores de metales de seguridad. Las técnicas de soldadura láser combinan estructuras ligeras y complejas hechas de aluminio, titanio y otras aleaciones. La soldadura aeroespacial ayuda a reducir el peso de las aeronaves mediante el uso de menos remaches.
Industria electrónica
Los fabricantes de productos electrónicos dependen de procesos de corte de chapa y soldadura láser para producir diversos dispositivos electrónicos sofisticados. Los diseñadores de productos aplican procesos de soldadura láser y utilizan máquinas de soldadura láser de onda continua, Dd:YAG, fibra y pulsado. Los soldadores producen soldaduras de precisión para componentes eléctricos pequeños y sofisticados, como sensores, componentes microelectrónicos, placas de circuito, transistores especializados y unidades de control.
Joyas y relojes
La industria de la joyería utiliza la soldadura láser para crear y reparar productos con diseños complejos y frágiles. Combina metales preciosos como oro y platino y minimiza la decoloración y la deformación. Esta industria utiliza un concepto de soldadura de "movimiento libre", lo que hace que el proceso sea relativamente simple y seguro. El rayo láser mantiene una posición fija mientras el operador gira de manera segura la joya, el anillo o la pulsera frente al rayo.
Concluyendo
La tecnología de soldadura láser es confiable y compatible con una variedad de materiales y aplicaciones. Lo más importante es que proporciona mejores resultados que los métodos de soldadura alternativos. Sin embargo, para determinar la técnica de soldadura láser correcta para sus productos, es recomendable considerar el material de la pieza y los resultados deseados.
Preguntas frecuentes
¿Puedo cortar con una soldadora láser?
Con un soldador láser, puede cortar y soldar fácilmente diversos materiales en láminas, como aluminio, alambre de hierro, acero inoxidable y acero al carbono.
¿Qué gases se utilizan habitualmente en los procesos de soldadura láser?
El nitrógeno, el helio y el argón son los gases protectores habituales que se utilizan en la soldadura por rayo láser.
¿Es caro de utilizar el proceso de soldadura por láser?
Aunque los soldadores láser son más caros que las herramientas y máquinas de soldadura tradicionales, son más eficientes y fáciles de usar que las máquinas tradicionales.
