Soldadura Laser

TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCIÓN 3

2. OBJETIVOS 3

3. DEFINICIÓN DEL PROCESO 3

4. DESCRIPCION DEL PROCEOS 4

4.1 SOLDADURA A TRANSPARENCIA (KEYHOLE) 6

4.2 TIPO DE APLICACIÓN DE SOLDADURA LÁSER 7

4.2.1 soldadura laser por puntos y por costura……………………….…………..………6

4.2.2 soldadura de recargue por láser 6

4.2.3 soldadura de recargue por láser manual 7

4.2.4 soldadura de recargue Deposition Line 8

4.2.5 soldadura por conducción térmica 8

4.2.6 soldadura por penetración 8

4.2.7 soldadura por escáner 8

4.2.8 soldadura hibrida 9

4.2.9 soldadura con estaño 9

4.3 TIPO DE SOLDADURA 9

4.4 POSICIONAMIENTOS 9

4.5 EQUIPAMIENTO 10

4.6 PRINCIPALES MATERIALES QUE SE PUEDEN SOLDAR 10

5. CAMPOS DE APLICACIÓN 11

5.1 EJEMPLOS DE APLICACIÓN DE SOLDADURA LASER 11

6. VENTAJAS DE LA SOLDADURA POR LÁSER 12

7. DESVENTAJAS DE LA SOLDADURA POR LÁSER 12

8. CONCLUSIONES DEL PROCESO 13

9. BIBLIOGRAFIA 14

1. INTRODUCCIÓN

En la última década, la introducción y expansión de la utilización de la soldadura por láser para la fabricación de piezas variadas para la industria de automoción han supuesto un empuje importante en el desarrollo de esta tecnología. Los formatos a medida de piezas, a su vez chapas, entre otros materiales que pueden ser del el mismo o de diferentes espesores y del mismo o diferente materiales son los componentes de fabricación de este proceso.

2. OBJETIVOS

 Demostrar el desempeño del proceso de soldadura por láser en la recuperación de piezas de manera rápida y precisa.

 Mostar que la aplicación por soldadura de laser es adecuada para grandes fisuras, pero en piezas con dimensiones pequeñas.

3. DEFINICION DEL PROCESO

La soldadura por láser (LBW, de laser-beam welding) puede utilizarse de forma satisfactoria para unir diferentes materiales, bien a ellos mismos o bien a materiales disimilares. Entre ellos cabe destacar los aceros, aceros inoxidables, aleaciones de titanio, inconel, aluminio, plásticos y materiales compuestos.

La tecnología láser permite conseguir diferentes geometrías y longitudes de cordones de soldadura, tanto en continuo como por puntos, con una alta calidad de soldadura y con cordones resultantes muy finos. Con respecto a las juntas y cordones de soldadura, éstos pueden presentar distintos formatos (soldadura a tope, a solape, y a transparencia con distintos formatos de junta) y penetraciones en función del tipo y potencia del láser utilizado.

Es un proceso de soldadura por fusión que utiliza la energía aportada por un haz laser para fundir y recristalizar el material o los materiales a unir, obteniéndose la correspondiente unión entre los elementos involucrados. En la soldadura láser comúnmente no existe aportación de ningún material externo. La soldadura se realiza por el calentamiento de la zona a soldar, y la posterior aplicación de presión entre estos puntos. Normalmente la soldadura láser se efectúa bajo la acción de un gas protector, que suele ser helio o argón.

La soldadura por láser se realiza de manera automatizada, mediante un CAD-CAM capaz de generar las trayectorias adecuadas, permitiendo el acceso a geometrías complejas y obteniendo un proceso de soldadura fiable, preciso y repetitivo.

Existen dos tipos de soldadura láser, la soldadura por conducción y la soldadura por penetración o “Key-hole” cuya diferencia radica básicamente en la densidad de energía concentrada en el punto de focalización del haz láser, obteniendo mayores penetraciones en el tipo “key-hole” debido a la mayor densidad de potencia aportada al proceso de soldeo.

4. DESCRIPCION DEL PROCESO

El láser es un sistema óptico capaz de producir un haz de luz coherente monocromático. Actualmente existen cuatro tipos de laser: a) cristal, b) gas, c) líquido y d) transistores. La mayor aplicación de láser es en el corte de metales y de sustancias no metálicas.

Un generador láser necesita de tres elementos: el medio que debe suministrar los átomos o moléculas para el soporte de la luz amplificada, una fuente exterior de energía para excitar el medio y el resonador óptico para la eliminación de la luz amplificada.

El procedimiento utiliza la energía aportada por un haz láser, el cual es amplificado a través de lentes ópticos, para concentrarlo en un punto exacto, lo cual permite al área de la pieza fracturada ser reparada mediante el uso de delgadas varillas de aportación depositadas sobre el área requerida, para provocar la fusión conjunta del material de aporte y la superficie del material base, con cordones de soldadura de uno a dos milímetros de ancho, o incluso inferiores, con velocidades de soldadura que alcanzan los cinco metros por minuto. (Observar figura 1).

Mediante los espejos observados en la figura 1, se focaliza toda la energía del láser en una zona muy reducida del material. Cuando se llega a la temperatura de fusión, se produce la ionización de la mezcla entre el material vaporizado y el gas protector (formación de plasma). La capacidad de absorción energética del plasma es mayor incluso que la del material fundido, por lo que prácticamente toda la energía del láser se transmite directamente y sin perdidas al material a soldar. (Observar figura 2).

La elevada presión y elevada temperatura causadas por la absorción de energía plasma, continua mientras se produce el movimiento del cabezal arrastrando la ‘‘gota’’ de plasma rodeada con material fundido a lo largo de todo el cordón de soldadura. Lo que permite además, un rápido proceso y enfriamiento del metal, por lo que el tratamiento anterior y posterior para la eliminación de tensiones en la pieza soldada no se requiere para este proceso de soldadura láser.

Para crear este tipo de uniones fijas, se utiliza un láser de fotones denso que puede trabajar tanto con piezas de metal finas como gruesas o un láser de gas con nitrógeno, dióxido de carbono o helio, popular en la producción de aviones, automóviles y naves espaciales.

La soldadura láser se puede desarrollar de igual manera en piezas con espesores de 1.0 mm, y de ser requerido, en dimensiones mayores que puede llegar a una penetración máxima de hasta 10 mm, en donde la zona afectada térmicamente, puede llegar a medir 0.1 mm, lo cual hace que la relación, ancho de cordón y profundidad de penetración, sea de 1/7 mm.

Esta tecnología permite además, conseguir diferentes geometrías y longitudes de cordones de soldadura, en reparaciones de tubos, con cordones resultantes muy finos y de alta calidad, y de ser necesario, se puede adelantar con diferentes tipos de unión y ángulos, usando el mismo procedimiento que la soldadura convencional.

4.1 SOLDADURA A TRASPARENCIA (KEYHOLE)

Este tipo de soldadura es específica de la soldadura láser con desnsidades de potencia muy elevadas. El material se calienta súbitamente hasta alcanzar una Tª de 25.000ºC aproximadamente por lo que se dan en una corta fracción de tiempo todos los tipos posibles de estado de la materia ( solido, liquido y gas ).

Dadas las altas densidades de energía, estos estados del material se trasladan hacia el interior del mismo, formando un pozo o agujero de vapor metálico llamado comúnmente (keyhole).

En las paredes de este agujero el haz va sucesivamente rebotando hasta alcanzar la parte baja del agujero por lo que se dice que el agujero se comporta como un cuerpo negro ( máximo absorbedor de energía) absorbiendo casi el 100% de la energía láser incidente.

Como muestra, en la siguiente foto se puede observar el cordón de soldadura

resultante de la unión de dos chapas de 1,5 mm de espesor mediante KeyHole.

4.2 TIPO DE APLICACIÓN DE SOLDADURA LÁSER

Si bien la soldadura láser permite unir piezas en superficie, o generar cordones de soldadura profundos, este procedimiento tiene diferentes formas de aplicación:

4.2.1 Soldadura láser por puntos y por costura.

La soldadura por láser permite efectuar la inserción mediante pulsos individuales o en régimen continuo, en donde la geometría de costura, describe cómo coinciden entre sí los bordes de las piezas por unir. La costura debe alcanzar la resistencia requerida y no puede transmitir un exceso de calor al interior de la pieza. El tipo de costura por régimen continuo, se caracteriza por estimular el medio activo de forma continua y generar un rayo láser ininterrumpido. Por su parte, en la operación por pulsos, el medio activo no se estimula continuamente y se emite un rayo láser interrumpido

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