Soldadura por láser: tipos, ventajas y aplicaciones

Jun 05, 2023

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La soldadura por láser (amplificación de luz por emisión estimulada de radiación) es una de las formas de soldadura técnicamente más avanzadas. Sus aplicaciones abarcan una amplia gama de industrias, desde la aeroespacial hasta la joyería fina.

Sin embargo, hay varios tipos de soldadura que se utilizaron mucho antes de la soldadura láser, por lo que surge la pregunta de ¿por qué necesitamos la tecnología láser cuando tenemos otras alternativas?

Profundizaremos en eso después de repasar brevemente el inicio de la tecnología. Fue Einstein quien predijo la emisión estimulada, que es el principio básico del láser.

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Sin embargo, fue recién en 1967 que utilizamos por primera vez el láser por sus capacidades de soldadura y corte. El láser utilizado en los experimentos de 1967 utilizó gas asistido por oxígeno con un haz de láser de CO2 concentrado.

El proyecto fue encabezado por el Dr. Peter Houldcroft. El experimento y sus detalles se explicaron en un artículo titulado Corte por láser a chorro de gas por ABJ Sullivan y PT Houldcroft.

El corte por láser sentó las bases para la soldadura por láser, ya que implica fundir el metal sin perforarlo.

La soldadura láser utiliza un haz de luz altamente concentrado en un punto muy pequeño para que el área debajo del haz láser absorba la luz y se vuelva altamente energética. A medida que se utilizan potentes rayos láser, los electrones en el área se excitan hasta el punto en que el material se derrite como resultado de que los átomos rompen los enlaces entre sí.

La soldadura láser también se puede utilizar para unir plásticos.

Esta fusión de los dos materiales en sus costuras los fusiona en una unión. Es sorprendente cómo la luz puede ser lo suficientemente poderosa como para metalizar metales en milisegundos. Para lograr rayos láser tan potentes, la máquina de soldadura láser utiliza varias partes que dirigen y amplifican el láser.

Los láseres de gas, los láseres de estado sólido y los láseres de fibra son los tres láseres más comunes que se utilizan en una máquina de soldadura láser.

Normalmente, el rayo láser se suministra a la máquina de soldadura por láser mediante el uso de fibras ópticas. Hay máquinas de soldadura de fibra única y máquinas de soldadura de fibra múltiple. Las máquinas de soldadura de fibra múltiple tienen un láser conectado a cada fibra, con cada fibra aumenta la fuerza del láser.

Para concentrar el haz en un punto antes de que abandone la máquina, a menudo se utiliza una lente colimadora junto con una lente de enfoque.

Cuatro juntas de soldadura principales son capaces de soldar con láser:

Si ha estado investigando la soldadura láser, es posible que haya notado el compañero constante de la boquilla láser, que es otra boquilla que suministra un gas llamado gas de proceso o gas de corte.

Básicamente, es el flujo de gas, que suele ser CO2, que también se dirige hacia el lugar de la soldadura con el objetivo de evitar el contacto de la superficie soldada con la atmósfera.

Sin el uso de gas de corte, solo hay dos opciones para la atmósfera de soldadura: atmósfera normal o vacío. La soldadura por láser en vacío es ciertamente posible, pero no plausible debido a su alto costo y al requisito de una configuración especial.

En una atmósfera normal, la soldadura láser sin gas de procesamiento puede producir efectos desfavorables. Dado que el nitrógeno en el aire se encuentra en una concentración muy alta, puede mezclarse con el metal fundido y causar la formación de huecos o agujeros dentro de la soldadura. Tales ocurrencias pueden conducir a fallas en la soldadura.

Factores como la humedad del aire pueden provocar la producción de hidrógeno al soldar. La difusión de hidrógeno en el metal también conduce a juntas de soldadura débiles. Por lo tanto, la soldadura por láser en una atmósfera normal sin blindaje no se contempla en absoluto.

Las máquinas de soldar vienen con un accesorio de gas de corte que dispara gas a la superficie de soldadura asegurándose de que no se mezclen impurezas con la soldadura.

La soldadura láser se puede realizar de dos maneras: soldadura por conducción de calor y soldadura por ojo de cerradura.

Soldadura por conducción de calor: En este proceso, la superficie del metal se calienta por encima del punto de fusión del metal, pero no hasta el punto de vaporizarse. Este proceso se utiliza para soldaduras que no necesitan una alta resistencia de soldadura.

La ventaja de la soldadura por conducción en caliente es que la soldadura final será muy suave y estética. El láser de baja potencia en el rango de <500 W se utiliza para la soldadura por conducción de calor.

Soldadura de ojo de cerradura: En este proceso, el rayo láser calienta el metal de tal manera que la superficie de contacto se vaporiza, penetrando profundamente en el metal. Esto crea un ojo de cerradura donde se crea una condición similar al plasma con temperaturas que superan los 10.000 K.

Este proceso requería láseres de alta potencia con potencia superior a 105W/mm2.

La soldadura láser se usa a menudo junto con la soldadura por arco para crear algo llamado soldadura híbrida por arco láser. En la soldadura por arco con láser híbrido, cualquiera de los procesos de soldadura por arco como MIG, TIG o SAW se utiliza con la soldadura por láser de penetración profunda.

El resultado es una soldadura que tiene las ventajas tanto de la soldadura láser como de la soldadura por arco.

La soldadura resultante tendrá juntas de penetración profunda, gracias a la soldadura láser y también tendrá una mejor tolerancia al ajuste de la junta. También se reducen otros efectos indeseables como el agrietamiento y la porosidad interna.

La soldadura láser ofrece varias ventajas que a menudo no se encuentran en otros métodos de soldadura. Algunas de las características definitorias de la soldadura láser son:

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La soldadura por rayo láser se utiliza para soldaduras de alta precisión. Como no emplea ningún electrodo, la soldadura final será ligera pero fuerte. La inversión inicial es ciertamente costosa, pero la calidad y las características de una soldadura láser no se pueden replicar fácilmente.

A medida que los láseres se vuelven más potentes y eficientes energéticamente, ¡el futuro de la soldadura láser es ciertamente brillante!