Soldadura láser: Desbloqueando precisión, eficiencia e innovación

Avances recientes en tecnologías láser más asequibles y capaces se combinan con robots industriales de alto rendimiento, proporcionando a fabricantes mayor precisión y flexibilidad (sobre procesos de soldadura robótica tradicionales, pero fiables) para una productividad aún mayor en la planta. Además, materiales que antes se veían en el sector industrial como no soldables ahora se fabrican con facilidad, a menudo creando productos únicos mientras se reduce desperdicio.

Ampliamente usada para reemplazar aplicaciones de soldadura por puntos en aeroespacial, automoción y fabricantes de equipos pesados, la soldadura láser remota (RLW) —una técnica de soldadura láser sin contacto— está empezando a ver un aumento en utilización para aplicaciones más complejas en diversas industrias, especialmente para manufactura de alto volumen. Mientras la soldadura robótica tradicional sigue siendo el método preferido para una amplia gama de tareas, aplicaciones que requieren máxima precisión y velocidad son mejor candidatos para robots industriales equipados con cabezales de soldadura láser remota. Ya sea que esté empezando a aprender sobre RLW o esté más cerca de hacer una compra robótica, la siguiente información puede ser útil para su proceso de toma de decisiones.

¿Por qué soldadura láser remota?

La soldadura láser remota es «remota» en que el cabezal láser usa una distancia de separación de 100-150 mm para que el haz viaje desde el cabezal al punto donde se enfoca en la pieza. Fibras ópticas se usan para conducir el haz láser a un cabezal láser herramienta de extremo de brazo —aumentando enormemente la flexibilidad de movimiento del robot, minimizando interferencias y previniendo daños costosos por choque. Un cabezal de soldadura láser remota entonces enfoca y guía un haz láser rápidamente con espejos dirigidos por motores galvanómetro (motores servo de baja inercia, programables).

Esto hace que la precisión del robot sea un factor secundario, permitiendo a fabricantes implementar robots tradicionales de carga pesada, como el SP165 o GP180, para posicionar los cabezales. Usar un robot de estilo convencional como este, en lugar de un robot de alta precisión como el MC2000 II, a menudo es menos costoso y juega a favor de un período de amortización objetivo mejor.

De igual forma, los cabezales de soldadura láser remota tienen software especial, permitiendo que los programas operen mientras el robot se mueve. Esto se conoce comúnmente como soldadura «al vuelo». Aunque un número menor de aplicaciones usan configuraciones «al vuelo», Yaskawa ofrece una característica que dispara una salida basada en posición del robot, sincronizando el movimiento del robot y del cabezal láser en el mismo punto cada vez.

¿Es RLW rentable?

Aunque la soldadura láser aún implica grandes gastos de capital para el láser, cabezal y enfriadora, sigue bajando de precio. Para justificar este tipo de inversión inicial de capital, es importante compensar el coste teniendo suficiente volumen. Si la producción de alto volumen es una preocupación, hablar con un proveedor de robots de confianza sobre pros y contras de soldadura láser robótica vs. instalar un robot de soldadura con pistola de puntos y temporizador para su aplicación particular puede ser beneficioso.

Asimismo, la soldadura láser robótica típicamente usa láseres YAG (combinación de cristales de itrio, aluminio y granate) que tienen luz dañina, requiriendo un recinto hermético a la luz. Esto añade gasto adicional y puede ser impráctico para estructuras grandes como carrocerías de coches. Para abordar la soldadura láser de piezas más grandes, algunos cabezales de soldadura láser utilizan una «bota» alrededor del área de soldadura, formando un sello hermético a la luz. Como se ve con el Laser Seam Stepper (LSS) de IPG, esto localiza el requisito de recinto hermético, pero limita la longitud y rango de la soldadura, haciéndolo un reemplazo ideal para soldaduras por puntos o de puntada.

¿Es RLW la única forma de soldar láser?

El cabezal de soldadura láser remota proporciona la ventaja de mover rápidamente el haz sobre un área amplia y puede no requerir ningún movimiento del robot mientras realiza varias soldaduras en un área dada. Los robots también pueden presentar piezas a un cabezal RLW fijo para ayudar a compartir la carga de mantener el tiempo de «láser encendido» alto. Los cabezales RLW también pueden usarse para manipular el haz para aplicaciones no de soldadura, como ablación para limpieza de piezas.

Un cabezal fijo puede montarse en el extremo del robot para permitir que el movimiento del robot mueva el haz. Incluso los cabezales fijos pueden incorporar manipulación de haz que oscila o vibra el haz para hacer una soldadura más ancha, distribuyendo calor, manejando más variación de junta y desgasificación de vapores. Robots de clase de soldadura por arco de carga menor pueden combinarse con un cabezal de oscilación en una celda de trabajo más pequeña y de menor coste para piezas pequeñas.

¿Qué más debe considerarse?

Materiales
Como se mencionó, la soldadura láser abre la puerta para la soldadura de materiales de próxima generación. Uno de esos materiales que a menudo se pregunta es el nuevo acero de ultra alta resistencia usado en automoción y si es adecuado para soldadura láser vs. soldadura por puntos por resistencia. Debido a la metalurgia del acero de mayor resistencia, definitivamente es un buen candidato y puede responder a ciclos rápidos de calentamiento/enfriamiento de soldadura láser (mejor que calentamiento por resistencia más lento).

El uso de aluminio para fabricar camiones más ligeros y para fabricar piezas de automóvil, como bandejas de baterías de vehículos eléctricos, también crece rápidamente. Como resultado, el uso de soldadura láser para esto último está ganando tracción —ya que la baja aporte de calor, alta velocidad de soldadura y gran flexibilidad de la soldadura láser ayudan a fabricantes a cumplir estrictos requisitos del proceso de soldadura para piezas de baterías de coche.

Métodos
Desde soldadura por puntos por resistencia hasta soldadura por fricción-agitación, la soldadura láser robótica está reemplazando ciertos procesos, aumentando calidad y rendimiento. Tipos específicos de procesos de soldadura láser que se miran bastante para una variedad de aplicaciones de soldadura robótica incluyen soldadura láser híbrida y de hilo caliente. Asimismo, la soldadura láser para revestimiento con hilo y polvo gana interés debido a la velocidad y bajo aporte de calor.



Diseño de junta
Juntas solapadas con ajuste apretado funcionan mejor para soldadura láser. Huecos menores entre superficies pueden convertir la soldadura láser en corte láser rápidamente y por eso los utillajes para soldadura láser usan sujeción de alta fuerza. La soldadura láser solo requiere acceso por un lado, a diferencia de la soldadura por puntos, pero la parte inferior necesita soporte para resistir fuerzas de sujeción.
 
Superficie
La superficie del producto a soldar también debe pensarse. Idealmente, al usar un láser para un producto, se debería usar una superficie clase A (superficie de forma libre con forma estética y calidad superficial óptima). Esto es porque la pequeña zona afectada por calor se limpia bastante bien. Por esta razón, el uso de soldadura láser —en lugar de soldadura por puntos por resistencia (RSW), soldadura por arco con gas metal (GMAW), o soldadura con gas inerte de tungsteno (TIG)— se está expandiendo en industrias como la de electrodomésticos, donde se fabrican campanas extractoras, hornos y refrigeradores de acero inoxidable.

Recursos cualificados
Al programar un robot, es crítico que el operador entienda el proceso que está enseñando al robot. Un operador de robótica cualificado con experiencia en soldadura por arco o resistencia puede no entender completamente los procesos láser. Por esta razón y para sacar el máximo provecho del proceso manteniendo integridad de la pieza, las empresas deberían considerar contratar o formar personal para entender técnicas de soldadura láser. Voltios, amperios y velocidad de alimentación de hilo son reemplazados por potencia y velocidad láser, sin mencionar las diferencias de gas de protección y metal de aporte potencialmente usados. La seguridad láser también es un factor crítico del que el personal de planta también será responsable.

Desde geometría de junta hasta ajuste de pieza y más, hay muchas facetas que pensar con la soldadura láser robótica. Si se pregunta si la calidad robusta y aumento de rendimiento proporcionados por soldadura láser robótica son adecuados para su empresa, es sabio contactar a su proveedor de robots preferido para buscar respuestas a sus preguntas de aplicación específicas.