Soldadura láser: tipos, ventajas y aplicaciones

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

Sin embargo, existen 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 origen de la tecnología. Fue Einstein quien predijo la emisión estimulada, que es el principio básico del láser.

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Sin embargo, no fue hasta 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 rayo láser de CO2 concentrado.

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

El corte por láser sentó las bases de 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, de modo que el área bajo el rayo láser absorbe la luz y se vuelve altamente energética. A medida que se utilizan potentes rayos láser, los electrones en el área se excitan hasta un punto en el que el material se funde 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 uniones los fusiona en una unión. Es sorprendente cómo la luz puede ser lo suficientemente potente como para metalizar metales en milisegundos. Para conseguir rayos láser tan potentes, la máquina de soldadura láser utiliza varias piezas 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 utilizados en una máquina de soldadura láser.

Normalmente, el rayo láser se suministra a la máquina de soldadura láser mediante el uso de fibras ópticas. Hay máquinas soldadoras de una sola fibra y máquinas soldadoras de múltiples fibras. Las máquinas de soldar de múltiples fibras 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 salga de la máquina, a menudo se utiliza una lente colimadora junto con una lente de enfoque.

Se pueden realizar cuatro uniones de soldadura principales con soldaduras 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 normalmente es CO2, el que también se dirige hacia el lugar de la soldadura con el objetivo de evitar el contacto de la superficie de la soldadura con la atmósfera.

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

En una atmósfera normal, la soldadura láser sin gas de procesamiento puede tener efectos desfavorables. Dado que el nitrógeno en el aire está en una concentración muy alta, puede mezclarse con el metal fundido y provocar la formación de huecos o agujeros dentro de la soldadura. Estos sucesos pueden provocar fallos 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 provoca uniones soldadas débiles. Por lo tanto, no se contempla en absoluto la soldadura láser en una atmósfera normal sin protección.

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 formas: soldadura por conducción de calor y soldadura de 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.

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

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

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

La soldadura por láser se utiliza a menudo junto con la soldadura por arco para crear algo llamado soldadura por arco láser híbrida. En la soldadura por arco láser híbrida, cualquiera de los procesos de soldadura por arco como MIG, TIG o SAW se utiliza con soldadura 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 tolerancia mejorada al ajuste de las juntas. 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 características de una soldadura láser no se pueden replicar fácilmente.

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