CONOCE MÁS DE LA SOLDADURA LÁSER
Un láser es un dispositivo de conversión capaz de transformar la energía eléctrica, química, térmica, óptica o nuclear en un rayo de radiación electromagnética con una frecuencia determinada.
Existen muchos tipos diferentes de láseres, pero todos ellos comparten un elemento crucial: cada uno contiene material capaz de amplificar radiación. Este material se denomina el medio de ganancia ya que la radiación gana energía que pasa a través de él. El principio físico responsable de esta amplificación se llama emisión estimulada y fue descubierto por Albert Einstein en 1916.
La soldadura por rayo láser es una tecnología de soldadura por fusión que permite la unión de materiales por la interacción de un haz concentrado, coherente de la luz y la superficie del material. La temperatura creada por éste es suficiente para producir la fusión del material y la coalescencia del material fundido de los dos componentes que se sueldan. El haz láser se dirige y se centra mediante espejos y/o lentes en una pequeña área para producir una densidad de potencia suficiente que permita fundir e incluso vaporizar el material que se procesa.
La densidad de potencia en la soldadura láser es del orden de hasta 108 W/cm2, que es aproximadamente 4 órdenes de magnitud más alta que en los métodos convencionales de soldadura. Esta es la razón del porque su influencia en el material base de las proximidades de la soldadura es considerablemente más baja y la degradación micro estructural es mínima.
El haz de fotones tiene varios efectos sobre la superficie de la materia: calefacción, fusión o incluso de pulverización de algunos de sus átomos.
Actualmente, en la industria se utiliza la soldadura láser, ya sea con un láser de Nd: YAG, fibra, disco o de CO2. Estos tipos de láseres pueden ser operados de manera de onda continua (CW) o pulsada. En general, los láseres de Nd: YAG son de energía más baja (hasta 6 kW), mientras que los de CO2 tienen capacidades de potencias más elevadas (superiores a 40 kW).
Clasificación de la soldadura láser
Existen sistemas de soldadura por rayo láser, los cuales son aplicados según el objetivo a cumplir. Los que se encuentran actualmente en el mercado y están siendo ampliamente utilizados en las industrias como sectores de construcción naval, aeroespacial y de defensa, son de estado sólido y gas.
La soldadura láser de estado sólido Nd: YAG y la soldadura de gas CO2, son las tecnologías más comunes que a continuación se describen:
- Láser de estado sólido.
Este tipo de láser utiliza una sustancia sólida transparente como el medio activo. El láser de estado sólido más común en las aplicaciones industriales es el neodimio dopado con láser de itrio-aluminio granate, comúnmente referido como el láser de Nd: YAG. Éste se utiliza como cristal hospedante, ya que tiene conductividad térmica relativamente alta, alta resistencia mecánica, buena calidad óptica, y se puede obtener en grandes tamaños. Debido a que la luz de 1.06 µm del Nd: YAG se transmite fácilmente a través de fibras de cuarzo flexibles, el diseño del sistema puede ser considerablemente más sencillo que con el láser de CO2. Además, la longitud de onda del Nd: YAG es absorbida más fácilmente por los metales que la radiación láser de CO2, mejorando aún más la eficiencia del proceso se pueden apreciar los elementos de un láser de Nd: YAG. Unas de sus aplicaciones más comunes son para unir elementos estructurales o no estructurales de productos de la industria automotriz
- Láser de gas.
Este láser se caracteriza por ser el más común empleado en diferentes industrias, ya que es el más eficiente de alta potencia. Para su funcionamiento se requiere del uso de una mezcla de gases constituida principalmente por nitrógeno y helio con un pequeño porcentaje de CO2, aplicando una descarga eléctrica de iluminación para excitar este medio. El dióxido de carbono (CO2) es el tipo más poderoso de láser industrial actualmente disponible. Es de uso general para el corte de contornos y la soldadura de penetración profunda. La larga longitud de onda de la luz de CO2, 10.6 μm, es absorbido por la mayoría de los sólidos. Esto permite que el láser de CO2 pueda procesar una amplia variedad de materiales.
Aplicación de la Soldadura Láser
Su aplicación se puede llevar a cabo soldando piezas como engranajes de transmisión y flechas donde los espesores del material superan los 6 mm.
Por otra parte, la soldadura láser de Nd: YAG y CO2 puede llevarse a cabo de forma pulsada y de onda continua:
1. Láser pulsado y de onda continua.
El rayo que sale del láser de soldadura puede ser un haz de onda continua o un haz de potencia de impulsos. Como su nombre indica, una onda continua (CW) de láser produce un haz con una potencia de salida relativamente constante en el tiempo. Cuando se utiliza un láser CW para la soldadura, el haz establece un baño de soldadura fundida constante que es atravesado a lo largo de la trayectoria de la soldadura; este baño de soldadura se mantiene fundido durante toda la duración de la soldadura. El baño de soldadura de metal líquido que se crea por los láseres de CW es más estable que para láseres pulsados y, por lo tanto, las salpicaduras de metal no son un problema.
2. Por rayo láser pulsante.
la potencia de salida de cualquiera Nd: YAG o láser de CO2, es posible producir picos de potencias muy altos de corta duración a potencias relativamente medias – bajas. Por ejemplo, unos 400 W de potencia media de Nd: YAG láser pueden producir más de 8 kW de potencia pico en un pulso de 3 milisegundos. Debido a las diferencias en la eficiencia de transferencia de energía, estas altas potencias pico permiten láseres pulsados para soldar una variedad más amplia de materiales que de manera equivalente pueden considerar los láseres de onda continua. Con la soldadura por láser pulsado, una serie de impulsos superpuestos se combinan para formar una costura de soldadura, y la energía del pulso láser es el factor principal en la determinación de la cantidad de fusión. Como resultado, los láseres pulsados a menudo se clasifican por la máxima energía por impulso obtenible a partir del láser.
Ventajas
- Produce una zona de fusión y zona afectada por el calor estrecha, contracción y distorsión mínima.
- Se pueden realizar soldaduras extremadamente estrechas.
- Mediante el uso de la óptica de aumento para la alineación, la colocación exacta es posible.
- Es un proceso sin contacto, el rayo sólo necesita una línea de visión directa de la unión soldada.
- Las secciones tan delgadas como de 0.025 mm se han soldado con éxito.
- Se logra una penetración profunda, por lo tanto, las soldaduras con lados paralelos pueden hacer que reduzcan al mínimo la cantidad de fusión.
- Se pueden utilizar velocidades de desplazamiento de hasta 500 mm/s.
- El proceso suelda algunas combinaciones de materiales con espesoresy difusividad térmica disímiles que no son posibles con otros procesos de soldadura.
- Las soldaduras se pueden hacer directamente en la atmósfera, por lo general con gases de protección.
- No se generan rayos x por el proceso.
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