Una guía sobre los conceptos básicos de la soldadura láser

Conceptos básicos de la soldadura láser

La soldadura por láser es un proceso sin contacto que requiere acceso a la zona de soldadura desde un lado de las piezas que se están soldando.

• La soldadura se forma cuando la intensa luz láser calienta rápidamente el material, normalmente calculada en milisegundos.

• Normalmente hay tres tipos de soldaduras:

- Modo de conducción.

- Modo de conducción / penetración.

- Modo de penetración o de ojo de cerradura.

• La soldadura en modo de conducción se realiza a baja densidad de energía formando una pepita de soldadura poco profunda y ancha.

• El modo de conducción / penetración ocurre a una densidad de energía media y muestra más penetración que el modo de conducción.

• La soldadura en modo de penetración o de ojo de cerradura se caracteriza por soldaduras estrechas y profundas.

- En este modo, la luz láser forma un filamento de material vaporizado conocido como "ojo de cerradura" que se extiende hacia el material y proporciona un conducto para que la luz láser se entregue de manera eficiente en el material.

- Esta entrega directa de energía al material no depende de la conducción para lograr la penetración, por lo que minimiza el calor en el material y reduce la zona afectada por el calor.

Soldadura por conducción

• La unión por conducción describe una familia de procesos en los que se enfoca el rayo láser:

- Para dar una densidad de potencia del orden de 10³ Wmm⁻²

- Fusiona el material para crear una unión sin vaporización significativa.

• La soldadura por conducción tiene dos modos:

- Calentamiento directo

- Transmisión de energía.

Calor directo

• Durante el calentamiento directo,

- el flujo de calor se rige por la conducción térmica clásica de una fuente de calor superficial y la soldadura se realiza fundiendo partes del material base.

• Las primeras soldaduras por conducción se realizaron a principios de la década de 1960, se utilizaron láseres de CO2 y rubí pulsado de baja potencia para conectores de cables.

• Se pueden realizar soldaduras por conducción en una amplia gama de metales y aleaciones en forma de alambres y láminas delgadas en varias configuraciones utilizando.

- Láseres de CO2, Nd:YAG y diodos con niveles de potencia del orden de decenas de vatios.

- El calentamiento directo por un rayo láser de CO2 también se puede utilizar para soldaduras de solapamiento y a tope en láminas de polímero.

Soldadura por transmisión

• La soldadura por transmisión es un medio eficaz de unir polímeros que transmiten la radiación infrarroja cercana de Nd:YAG y láseres de diodo.

• La energía se absorbe a través de nuevos métodos de absorción interfacial.

• Se pueden unir composites siempre que las propiedades térmicas de la matriz y el refuerzo sean similares.

• El modo de transmisión de energía de la soldadura por conducción se utiliza con materiales que transmiten radiación infrarroja cercana, en particular polímeros.

• Se coloca una tinta absorbente en la interfaz de una junta solapada. La tinta absorbe la energía del rayo láser, que se conduce a un espesor limitado del material circundante para formar una película interfacial fundida que se solidifica como la junta soldada.

• Se pueden realizar juntas traslapadas de sección gruesa sin derretir las superficies exteriores de la junta.

• Las soldaduras a tope se pueden hacer dirigiendo la energía hacia la línea de unión en un ángulo a través del material en un lado de la unión, o desde un extremo si el material es muy transmisivo.

Soldadura y soldadura fuerte con láser

• En los procesos de soldadura por láser y soldadura fuerte, el rayo se utiliza para derretir una adición de relleno, que humedece los bordes de la junta sin derretir el material base.

• La soldadura láser comenzó a ganar popularidad a principios de la década de 1980 para unir los cables de los componentes electrónicos a través de orificios en las placas de circuitos impresos. Los parámetros del proceso están determinados por las propiedades del material.

Soldadura por láser de penetración

• A altas densidades de potencia, todos los materiales se evaporarán si la energía puede ser absorbida. Por lo tanto, al soldar de esta manera, generalmente se forma un agujero por evaporación.

• Este "agujero" se atraviesa luego a través del material con las paredes fundidas sellando detrás de él.

• El resultado es lo que se conoce como una "soldadura de ojo de cerradura. Esta se caracteriza por su zona de fusión de lados paralelos y su ancho estrecho.

Eficiencia de la soldadura láser

• Un término para definir este concepto de eficiencia se conoce como "eficiencia de unión".

• La eficiencia de unión no es una verdadera eficiencia en el sentido de que tiene unidades de (mm2 unido / kJ suministrado).

- Rendimiento =V.t / P (el recíproco de la energía específica en el corte) donde V =velocidad de desplazamiento, mm / s; t =espesor soldado, mm; P =potencia incidente, KW.

Unirse a la eficiencia

• Cuanto mayor sea el valor de la eficiencia de unión, menos energía se gastará en calefacción innecesaria.

- Zona afectada por el calor inferior (ZAT).

- Menor distorsión.

• La soldadura por resistencia es más eficiente a este respecto porque la fusión y la energía HAZ solo se generan en la interfaz de alta resistencia que se va a soldar.

• El láser y el haz de electrones también tienen buenas eficiencias y densidades de alta potencia.

Variaciones del proceso

• Soldadura láser aumentada por arco.

- El arco de una antorcha TIG montada cerca del punto de interacción del rayo láser se bloqueará automáticamente en el punto caliente generado por láser.

- La temperatura requerida para este fenómeno es de alrededor de 300 ° C por encima de la temperatura ambiente.

- El efecto es estabilizar un arco que es inestable debido a su velocidad transversal o reducir la resistencia de un arco que es estable.

- El bloqueo solo ocurre para arcos con poca corriente y, por lo tanto, chorro de cátodo lento; es decir, para corrientes inferiores a 80 A.

- El arco está en el mismo lado de la pieza de trabajo que el láser, lo que permite duplicar la velocidad de soldadura para un modesto aumento en el costo de capital.

• Soldadura láser de haz doble

- Si se utilizan dos rayos láser simultáneamente, existe la posibilidad de controlar la geometría del baño de soldadura y la forma del cordón de soldadura.

- Usando dos haces de electrones, el ojo de la cerradura podría estabilizarse provocando menos ondas en el baño de soldadura y dando una mejor penetración y forma del cordón.

- Una combinación de excímero y rayo láser de CO2 mostró que se podía obtener un acoplamiento mejorado para la soldadura de materiales de alta reflectividad, como aluminio o cobre.

- El acoplamiento mejorado se consideró principalmente debido a:

• alteración de la reflectividad por ondulación de la superficie causada por el excímero.

• un efecto secundario que surge del acoplamiento a través del plasma generado por el excímero.