Comprender la Soldadura Láser: Cómo Funciona un Soldador Láser

Un láser es un haz de energía luminosa concentrada generado en una longitud de onda específica. En la naturaleza, la luz existe en un espectro de longitudes de onda, desde muy cortas (rayos X y gamma) hasta muy largas (ondas de radio). Los humanos solo podemos ver la luz visible o "luz blanca" en longitudes de onda de 430-690 nanómetros (nm). Un haz láser es una concentración amplificada de energía luminosa en una longitud de onda específica. Es luz coherente, lo que permite enfocarla en un punto estrecho y mantener un haz angosto a largas distancias. La palabra láser es un acrónimo de Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (Amplificación de Luz por Emisión Estimulada de Radiación).

Principio de Funcionamiento del Soldador Láser

El haz láser se produce dentro de un cristal de rubí. Este cristal está hecho de óxido de aluminio con cromo disperso en su interior, formando aproximadamente 1/2000 del cristal, menos que en un rubí natural. Espejos plateados se colocan internamente en ambos lados del cristal; uno de ellos tiene un orificio diminuto por donde sale el haz.

Un tubo de destello rodea el cristal de rubí, lleno de gas inerte xenón. Está diseñado para producir miles de destellos por segundo. La energía eléctrica se convierte en energía luminosa mediante el tubo de destello. Un capacitor almacena la energía eléctrica y suministra alto voltaje al tubo para su funcionamiento adecuado.

La energía eléctrica descargada del capacitor y el xenón transforman la alta energía en luz blanca a una tasa de 1/1000 por segundo. Los átomos de cromo del cristal de rubí se excitan y bombean a alta energía. Parte de esta energía se pierde por calor, pero parte de la energía luminosa se refleja de espejo a espejo, excitando nuevamente los átomos de cromo hasta que pierden su energía extra simultáneamente, formando un haz estrecho de luz coherente que sale por el orificio del espejo del cristal.

Este haz estrecho se enfoca mediante una lente óptica para producir un pequeño e intenso haz láser sobre la pieza de trabajo.

Cambios del Haz Láser al Interactuar con el Material

La absorción de energía láser por un material varía según factores como longitud de onda, espesor del material, estructura cristalina, aditivos, estructura molecular, entre otros. El proceso aprovecha estas propiedades del material y del láser para crear un enlace entre dos materiales plásticos: uno que transmite la energía láser y otro que la absorbe.

Cuando un haz láser encuentra un material como plástico, se transmite, refleja o absorbe según la longitud de onda y la composición del material. La mayoría de los materiales exhiben los tres efectos en proporciones variables. Un material puede ser ópticamente claro en el espectro visible y muy absorbente al láser infrarrojo, u opaco a nuestros ojos pero transparente al infrarrojo.

Mecánica de la Soldadura Láser

La soldadura láser es un proceso que produce la coalescencia de materiales con el calor obtenido de la aplicación de un haz de luz coherente concentrado sobre las superficies a unir.

Se logra a través de las siguientes fases:

1. Interacción del haz láser con el material de la pieza.
2. Conducción de calor y aumento de temperatura.
3. Fusión, vaporización y unión: Al usar el haz láser para soldar, la radiación electromagnética incide sobre la superficie del metal base con tal concentración de energía que la temperatura de la superficie funde y vaporiza el metal, formando el cordón de soldadura.