¿Qué es la soldadura láser?

La tecnología de soldadura láser es una fusión tecnología de soldadura Utiliza un rayo láser como fuente de energía para incidir en la unión soldada y lograr el objetivo de la soldadura. Está compuesto por un oscilador óptico y un medio colocado entre los espejos en ambos extremos de la cavidad del oscilador.

1. Información básica

Excitar electrones o moléculas para producir haces de luz concentrados y de fase idéntica durante su conversión en energía. El término láser proviene de la primera letra de Amplificación de Luz por Radiación de Emisión Estimulada (Light Amplification by Stimulated Emission Radiation).

Está compuesto por un oscilador óptico y un medio colocado entre los espejos en ambos extremos de la cavidad del oscilador. Cuando el medio se excita a un estado de alta energía, comienza a generar ondas de luz de la misma fase y se refleja entre los espejos en ambos extremos, creando un efecto de unión de cuerdas fotoeléctricas, amplificando las ondas de luz y obteniendo la energía suficiente para emitir luz láser.

El primer rayo láser del mundo se produjo en 1960 utilizando una lámpara de flash para excitar granos de rubí. Debido a la capacidad térmica limitada del cristal, solo puede producir un haz de pulsos muy cortos con una frecuencia muy baja. Aunque la energía pico instantánea del pulso puede alcanzar los 10~6 vatios, sigue siendo una salida de energía baja.

2. Características de la soldadura láser

La soldadura láser reduce significativamente la entrada de calor, lo que resulta en una zona afectada por el calor muy pequeña, con cambios metalográficos mínimos y una deformación extremadamente baja causada por la conducción térmica. Elimina la necesidad de electrodos, evitando problemas de contaminación o daños en los mismos. Al ser un proceso sin contacto, el desgaste y la deformación del equipo también se minimizan considerablemente. Además, el haz láser se puede enfocar, alinear y guiar fácilmente mediante instrumentos ópticos. Esta flexibilidad permite colocar el haz a una distancia adecuada de la pieza de trabajo o dirigirlo entre herramientas y obstáculos donde otros métodos de soldadura no pueden utilizarse por limitaciones de espacio.

Otra ventaja de la soldadura láser es que la pieza de trabajo puede colocarse en un espacio cerrado o restringido mientras se realizan las operaciones de soldadura. El haz altamente concentrado puede enfocarse en un área muy pequeña, lo que lo hace ideal para soldar componentes pequeños o con poca separación. También permite unir una amplia gama de materiales, incluyendo diferentes tipos de metales o materiales heterogéneos difíciles de soldar con métodos convencionales. Esta capacidad amplía significativamente la gama de aplicaciones industriales que requieren alta precisión y flexibilidad.

La soldadura láser también es altamente compatible con la automatización y el control digital. Los procesos de soldadura de alta velocidad se integran fácilmente con sistemas informáticos o CNC, lo que permite una calidad y productividad constantes. Al soldar materiales delgados o alambres de diámetro fino, la soldadura láser evita muchas de las dificultades asociadas con la soldadura por arco, como el aporte excesivo de calor o la distorsión. Estas ventajas convierten a la soldadura láser en una opción eficiente y versátil para fabricantes que necesitan uniones de alta calidad, precisas y fiables en diversos productos y entornos de producción.

3. Ventajas de la soldadura láser

● La entrada de calor se puede reducir a la cantidad mínima requerida, el rango de cambio metalográfico de la zona afectada por el calor es pequeño y la deformación causada por la conducción de calor también es la más baja.

● Se han verificado y calificado los parámetros del proceso de soldadura de una sola pasada de placa de 32 mm de espesor, lo que puede reducir el tiempo requerido para la soldadura de placas gruesas e incluso ahorrar el uso de metal de relleno.

● No se requieren electrodos y no hay riesgo de contaminación o daños en los electrodos. Además, al no ser un proceso de soldadura por contacto, se minimiza el desgaste y la deformación del equipo.

El rayo láser es fácil de enfocar, alinear y guiar mediante instrumentos ópticos. Puede colocarse a una distancia adecuada de la pieza de trabajo y guiarse entre herramientas u obstáculos que la rodean. No se pueden utilizar otros métodos de soldadura debido a las limitaciones de espacio mencionadas.

● La pieza de trabajo se puede colocar en un espacio cerrado.

● El rayo láser se puede enfocar en un área pequeña y puede soldar piezas pequeñas y muy espaciadas.

● Existe una amplia gama de materiales soldables, y también se pueden unir diversos materiales heterogéneos entre sí.

● Es fácil automatizar la soldadura de alta velocidad y también se puede controlar de forma digital o por computadora.

● Al soldar materiales delgados o alambres de diámetro delgado, no será tan fácil que resulte problemático como con la soldadura por arco.

● No se ve afectado por el campo magnético (la soldadura por arco y la soldadura por haz de electrones son fáciles) y puede alinear la soldadura con precisión.

● Puede soldar dos tipos de metales con diferentes propiedades físicas (como diferentes resistencias)

● No se requiere protección contra vacío ni rayos X.

● Si se utiliza soldadura perforada, la relación profundidad-ancho del cordón de soldadura puede alcanzar 10:1

● El dispositivo se puede conmutar para transmitir el rayo láser a múltiples estaciones de trabajo.

4. Ventajas y desventajas

● La posición de la pieza soldada debe ser muy precisa y debe estar dentro del rango de enfoque del rayo láser.

● Cuando sea necesario utilizar una plantilla para la soldadura, se debe garantizar que la posición final de la soldadura esté alineada con los puntos de soldadura impactados por el rayo láser.

El espesor máximo soldable está limitado y el espesor de penetración de la pieza supera con creces los 19 mm. La soldadura láser no es adecuada para la línea de producción.

● Los materiales con alta reflectividad y alta conductividad térmica, como el aluminio, el cobre y sus aleaciones, etc., cambiarán su soldabilidad mediante láser.

● Al realizar una soldadura con haz láser de energía media a alta, se debe utilizar un controlador de plasma para expulsar el gas ionizado alrededor del baño fundido para garantizar la reaparición del cordón de soldadura.

● La eficiencia de conversión de energía es demasiado baja, generalmente menos de 10%.

● El cordón de soldadura se solidifica rápidamente y pueden surgir preocupaciones por la porosidad y la fragilización.

● El equipo es caro.

5. Solicitud

La tecnología de máquinas de soldadura láser se utiliza ampliamente en campos de fabricación de alta precisión, como automóviles, barcos, aviones y ferrocarriles de alta velocidad, lo que ha generado una mejora significativa en la calidad de vida de las personas y ha llevado a la industria de los electrodomésticos a la era de la fabricación de precisión.

6. Ventajas de la soldadura híbrida

La tecnología de soldadura híbrida láser ofrece ventajas notables. Permite una penetración más profunda, una mayor tolerancia de separación y una mayor tenacidad de la soldadura, mientras que los materiales de aportación añadidos pueden mejorar la estructura reticular de la soldadura. El proceso minimiza la perforación y el descuelgue en la parte posterior y ofrece una amplia gama de aplicaciones con una menor inversión al utilizar la tecnología de reemplazo láser. En la soldadura láser-MIG con gas inerte, ofrece mayores velocidades, fusión profunda, menor aporte de calor y soldaduras resistentes y estrechas con mínima protrusión. Esto se traduce en una producción estable, alta disponibilidad de equipos, menor preparación y posprocesamiento de la costura, tiempos de soldadura más cortos, menores costos, mayor eficiencia y excelente compatibilidad con equipos ópticos.

Sin embargo, el costo de inversión en la soldadura láser híbrida en equipos eléctricos es relativamente alto. Con la expansión del mercado, el precio de estos equipos también disminuirá, y la tecnología de soldadura láser híbrida se aplicará en más campos. Al menos, la tecnología de soldadura láser híbrida es un proceso muy adecuado para la soldadura de materiales de aleación de aluminio y se convertirá en la principal herramienta de producción de soldadura a largo plazo.