Soldadura por láser

En el método de soldadura por láser, se utiliza un haz de luz concentrado con una alta densidad de energía (diámetro del haz de 0,1 ... 2 mm) para conectar las piezas. Según el tipo de haz de luz, la soldadura láser puede ser pulsada y continua. Las uniones por puntos se sueldan de manera pulsada, para costuras continuas se utiliza radiación pulsada periódica o continua. La soldadura por pulsos también se usa cuando es necesario garantizar deformaciones mínimas debido al calentamiento por temperatura y alta precisión, de forma continua, para soldadura de alta velocidad en producción en serie o en masa.

La soldadura láser se utiliza para unir diversos materiales: acero, titanio, aluminio, metales refractarios, cobre, aleaciones metálicas, metales preciosos, bimetales, con un espesor de decenas a varios milímetros. Sin embargo, la soldadura láser de metales reflectantes como el aluminio y el cobre es algo difícil. La soldadura láser de metales se muestra en la fig. 2.

La soldadura de metales activos se realiza mediante gas de protección en forma de chorro dirigido en la zona de exposición al haz de luz.

Foto 1 — Soldadura en láser de estado sólido: 1 — medio activo (rubí, granate, neodimio), 2 — lámpara de bomba, 3 — espejo opaco, 4 — espejo translúcido, 5 — fibra óptica, 6 — sistema óptico, 7 — detalle, 8 — rayo láser en el punto de enfoque, 9, 10 — divisores de rayo láser.

Foto 2 — Soldabilidad de materiales

Según la profundidad de penetración, existen tres tipos de soldadura láser:

1) microsoldadura (menos de 100 micras),

2) mini-soldadura (0,1 ... 1 mm),

3) soldadura macro (más de 1 mm).

Dado que la profundidad de penetración no suele superar los 4 mm, la soldadura láser se utiliza ampliamente principalmente en la fabricación de herramientas de precisión, en la fabricación de dispositivos electrónicos, relojes, en la construcción de aeronaves, en la industria del automóvil, en la soldadura de tuberías y también se utiliza ampliamente en la industria de la joyería.

Antes de soldar a tope y traslapar, asegúrese de que haya un espacio de 0,1 ... 0,2 mm. Con brechas grandes, puede ocurrir agotamiento y falta de síntesis.

Los principales parámetros del modo de soldadura láser son:

1) duración y energía del pulso,

2) frecuencia de pulso,

3) el diámetro del haz de luz,

4) la distancia desde la parte más pequeña del haz enfocado hasta la superficie,

5) velocidad de soldadura. Alcanza los 5 mm/s. Para aumentar la velocidad, se aumenta la frecuencia del pulso o se usa el modo continuo.

La industria utiliza 2 tipos de láseres para la soldadura por láser:

1) estado sólido: láseres de rubí, neodimio y YAG (basados ​​en granate de itrio y aluminio);

2) láseres de gas CO2.

Recientemente también han aparecido máquinas de soldadura por láser, cuyo elemento activo es una fibra óptica de cuarzo.Dichos láseres permiten la soldadura de materiales "problemáticos": cobre y latón con alta reflectividad, titanio.

Las capacidades de varias máquinas de soldadura por láser se muestran en las Tablas 1 y 2.

En la Tabla 3 se muestran ejemplos de modos de soldadura láser de gas CO2.

Tabla 1 — Espesor de la lámina y potencia del láser de soldadura

Tabla 2 — Aplicabilidad de los láseres

Tabla 3 — Modos de soldadura láser a tope con un láser de gas

El diámetro del rayo láser suele ser de 0,3 mm. Las soldaduras a tope soldadas con un haz menor de 0,3 mm pueden tener falta de adherencia y falta de penetración. La soldadura con láseres de hasta 10 kW generalmente se realiza sin relleno.

Debido a la pequeña área afectada por el calor durante la soldadura por láser, la soldadura se enfría muy rápidamente. Esto puede tener consecuencias negativas y positivas para la calidad de la unión soldada. Muchos metales dan las mejores propiedades físicas y mecánicas con un rápido enfriamiento de las juntas. Sin embargo, al soldar acero inoxidable, esto puede provocar la fractura de la soldadura. Aumentar el ancho de pulso a 10 ms y precalentar ayuda a eliminar este fenómeno.

Con la elección correcta de materiales y modos de soldadura, la soldadura láser produce costuras de la más alta calidad.

Los sistemas láser se pueden dividir en 3 categorías:

1) Dispositivos de recinto. En tales dispositivos, las piezas de trabajo se colocan en un espacio cerrado especial que contiene una atmósfera neutra protectora y un rayo láser. El soldador puede controlar y monitorear el proceso de soldadura usando un sistema óptico especial.

2) Dispositivos destinados a la soldadura en exteriores.El rayo láser tiene varios grados de libertad y produce movimientos programados. La zona de soldadura está protegida por un flujo de gas.

3) Dispositivos destinados a la soldadura láser manual. Las antorchas láser son muy similares a las antorchas de soldadura TIG. El rayo láser se transmite a la antorcha mediante una fibra óptica. Durante la soldadura, el soldador sostiene la antorcha láser en una mano y el material de aporte en la otra.

Tabla 4 — Comparación de diferentes tipos de soldadura láser

Las ventajas de la soldadura láser incluyen:

1) una pequeña área de efecto térmico del rayo láser sobre el material y, como resultado, deformaciones térmicas insignificantes;

2) la posibilidad de soldar en lugares de difícil acceso, en un ambiente transparente a la radiación láser (vidrio, líquidos, gases);

3) soldadura de materiales magnéticos;

4) pequeño diámetro del haz de luz, posibilidad de microsoldadura, cordón de soldadura estrecho con buenas características estéticas;

5) la capacidad de automatizar el proceso;

6) manipulación flexible del haz de luz mediante transmisión óptica;

7) la versatilidad de los equipos láser (la posibilidad de uso para soldadura y corte láser, marcado y perforación);

8) la posibilidad de soldar diferentes materiales.

Desventajas de la soldadura láser:

1. Alto costo y complejidad de los equipos láser.

2. Altos requisitos para la preparación, limpieza de los bordes de soldadura.

3. Imposibilidad de soldar piezas de paredes gruesas, potencia insuficiente.El aumento de la potencia de los láseres de soldadura está limitado por el hecho de que con un efecto más fuerte del rayo láser sobre el metal, se dispersa activamente en la zona de soldadura, lo que daña el sistema óptico del dispositivo y desactiva el láser en cuestión de horas. .