¿Qué es la soldadura láser? - Funcionamiento, tipos y aplicación

¿Qué es la soldadura láser?

La soldadura por rayo láser (LBW) es una técnica de soldadura utilizada para unir piezas de metal o termoplásticos mediante el uso de un láser. El haz proporciona una fuente de calor concentrada, lo que permite soldaduras estrechas y profundas y altas velocidades de soldadura. Se basa en la soldadura en modo ojo de cerradura o penetración.

La soldadura láser opera en dos modos fundamentalmente diferentes:soldadura de conducción limitada y soldadura de ojo de cerradura. El modo en el que el rayo láser interactuará con el material que está soldando dependerá de la densidad de potencia a través del rayo que golpea la pieza de trabajo.

Los procesos se utilizan con frecuencia en aplicaciones de alto volumen que utilizan la automatización, como en la industria automotriz. La principal ventaja de la soldadura láser, debido a su alta densidad de energía, es su capacidad para fundir la zona situada en los bordes de la junta, sin afectar a una gran superficie de la pieza.

La soldadura láser es un proceso de soldadura por fusión de alta densidad de potencia que produce soldaduras de alta relación de aspecto con una entrada de calor relativamente baja en comparación con los procesos de soldadura por arco. Además, la soldadura láser se puede realizar "fuera del vacío" y la entrega de fibra óptica de rayos láser de estado sólido de infrarrojo cercano proporciona una mayor flexibilidad en comparación con otras tecnologías de unión.

Equipo de máquina de rayo láser

Las principales partes o equipos de soldadura por rayo láser son:

• Máquina láser: Es una máquina que se utiliza para producir un láser para soldar. Los componentes principales de la máquina láser se muestran a continuación.
• Fuente de energía: Se aplica una fuente de energía de alto voltaje a través de la máquina láser para producir un rayo láser.
• CAM: Es una fabricación asistida por ordenador en la que la máquina láser se integra con los ordenadores para realizar el proceso de soldadura. Toda la acción de control durante el proceso de soldadura por láser se realiza mediante CAM. Acelera en mayor medida el proceso de soldadura.
• USD: Se llama Diseño Asistido por Computadora. Se utiliza para diseñar el trabajo de soldadura. Aquí se utilizan computadoras para diseñar la pieza de trabajo y cómo se realiza la soldadura en ella.
• Gas de protección: Se puede usar un gas de protección durante el proceso de soldadura para evitar la oxidación de la agua/pegamento.

¿Cómo funciona la soldadura por rayo láser?

La soldadura láser es un proceso utilizado para unir metales o termoplásticos mediante un rayo láser para formar una soldadura. Al ser una fuente de calor tan concentrada, en materiales delgados la soldadura láser se puede realizar a altas velocidades de soldadura de metros por minuto, y en materiales más gruesos se pueden producir soldaduras estrechas y profundas entre piezas de bordes cuadrados.

La soldadura por rayo láser funciona según el principio de que cuando los electrones de un átomo se excitan al recibir algo de energía. Y luego, después de un tiempo, cuando vuelve a su estado fundamental, emite un fotón de luz.

La concentración de este fotón emitido aumenta por la emisión excitada de radiación y obtenemos un rayo láser enfocado de alta energía. La amplificación de la luz por emisión estimulada de radiación se denomina láser.

Inicialmente, la máquina de soldar se instala (entre las dos piezas metálicas a unir) en el lugar deseado. Configuración posterior, se aplica una fuente de alimentación de alto voltaje a la máquina láser para realizar una operación.

La lente se usa para enfocar el láser en el área donde se requiere soldar. CAM se utiliza para controlar la velocidad del láser y la mesa de la pieza de trabajo durante el proceso de soldadura.

Enciende la lámpara de flash de la máquina y emite fotones de luz. La energía de los fotones de luz es absorbida por los átomos de los cristales de rubí y los electrones son excitados a sus niveles de energía más altos. Cuando regresan a su estado de baja energía o estado fundamental, emiten un fotón de luz.

Este fotón de luz vuelve a estimular los electrones del átomo y produce dos fotones. Este proceso continúa y obtenemos un rayo láser enfocado que se usa en la ubicación deseada para soldar varias piezas juntas.

Tipos de láseres utilizados

1. Láseres de gas: Utiliza mezclas de gases como medio láser para producir láser. Las mezclas de gases como nitrógeno, helio y CO2 se utilizan como medio láser.
2. Láser de estado sólido: utiliza varios medios sólidos, como cristal de rubí sintético (cromo en óxido de aluminio), neodimio en vidrio (Nd:vidrio) y neodimio en granate de itrio y aluminio (Nd-YAG, el más utilizado).
3. Láser de fibra: El medio láser en este tipo de láser es la propia fibra óptica.

Ventajas de la máquina de rayo láser

El control preciso del rayo láser ofrece a los usuarios varios beneficios sobre TIG, MIG y soldadura por puntos:

• Resistencia de la soldadura: La soldadura láser es angosta con una excelente relación profundidad-ancho y mayor resistencia.
• Zona afectada por el calor: La zona afectada por el calor es limitada y, debido al rápido enfriamiento, el material circundante no se recoce.
• Metales: Los láseres sueldan con éxito acero al carbono, acero de alta resistencia, acero inoxidable, titanio, aluminio y metales preciosos, así como materiales diferentes.
• Trabajo de precisión: El rayo láser pequeño y estrictamente controlado permite una microsoldadura precisa de componentes en miniatura.
• Deformación: Las piezas tienen una deformación o un encogimiento mínimos.
• Sin contacto: Sin contacto físico entre el material y el cabezal del láser.
• Soldado por una cara: La soldadura láser puede reemplazar la soldadura por puntos que requiere acceso desde un solo lado.
• Desechado: La soldadura láser es controlable y genera bajos volúmenes de chatarra.

Desventajas de la máquina de rayo láser

• El equipo de soldadura es costoso, por lo que el costo de este proceso es alto.
• Si el material de relleno es necesario pero, en este proceso, la cantidad limitada producida con el uso de material de relleno es relativamente costosa.
• También hay algunas operaciones posteriores a la soldadura.
• Las juntas deben colocarse con precisión lateralmente debajo de la viga.
• La posición final de la junta se alinea con precisión con el punto de incidencia del haz.
• El grosor máximo de la junta que se puede soldar con rayo láser es algo limitado.
• Los materiales tienen alta conductividad térmica y reflectividad, como las aleaciones de Al y Cu, que pueden afectar la soldabilidad con láser.
• Se debe emplear un dispositivo de control de plasma adecuado para garantizar la reproducibilidad de la soldadura mientras se realiza una soldadura láser de potencia moderada a alta.
• Los láseres tienden a tener una eficiencia de conversión de energía baja inferior al 10 por ciento.
• Se puede esperar algo de porosidad y fragilidad de la soldadura, como consecuencia de las características de solidificación rápida de la LBM.

Aplicación de máquina de rayo láser

• Es prominente en la industria automotriz. Por lo tanto, se utiliza en el área donde se requiere una producción de gran volumen.
• Se emplea para soldaduras de alta precisión. Como no utiliza ningún electrodo, la soldadura final será ligera pero resistente.
• La soldadura láser también se utiliza con frecuencia en la fabricación de joyería.
• Sin embargo, la soldadura por rayo láser se usa en industrias médicas para unir metales a pequeña escala.