La soldadura por láser se utiliza cada vez más en la producción industrial desde la microelectrónica hasta la construcción naval. La industria automotriz, sin embargo, se encuentra entre los sectores industriales que han demostrado ser los más destacados en el desarrollo de aplicaciones que aprovechan las múltiples ventajas de esta tecnología:

• Baja entrada de calor.
• Mínima zona afectada por el calor.
• Baja tasa de distorsión.
• Alta velocidad de soldadura.

Estas características han hecho de la soldadura láser el proceso de elección para muchas aplicaciones que utilizaron soldadura por resistencia en el pasado. Añadiendo los beneficios del acceso por un solo lado, la soldadura láser recibe otra ventaja estratégica, lo que le permite abrir la puerta a una multitud de nuevas aplicaciones.

Se están desarrollando procesos híbridos que involucran una combinación de soldadura láser y soldadura MIG para reducir los requisitos de ajuste en las piezas a unir, mejorando así los aspectos más críticos de la soldadura por láser. El tener un alambre de aporte en GMAW facilita sustancialmente la preparación de la junta de soldadura. Los elementos de aleación que se tienen en el alambre de aporte pueden ser usados para mejorar las propiedades mecánicas de la unión o junta. Más allá de eso, estos procesos combinados pueden mejorar la velocidad de soldadura de los procesos individuales, la profundidad de penetración de la soldadura y la geometría general de la unión o junta.

Los láseres de CO2 de alta potencia (2–10 kW) se utilizan en la soldadura de carrocerías, componentes de transmisión, intercambiadores de calor y piezas brutas a medida. Por muchos años, los láseres Nd: YAG de baja potencia (<500 W) se han utilizado para soldar componentes pequeños, como instrumentos médicos, paquetes electrónicos y hojas de afeitar. Los láseres de Nd: YAG, de disco y de fibra con niveles de potencia en el rango de varios kW se benefician del suministro de haz a través de fibras ópticas. Estos son fácilmente manipulados por robots, lo que abre un amplio campo de aplicaciones 3D, como el corte por láser y la soldadura de carrocerías.

El gas de soldadura tiene un papel importante en la soldadura por láser. Además de proteger las áreas fundidas y afectadas por el calor de la pieza de trabajo contra la atmósfera ambiente, también aumenta la velocidad de soldadura y mejora las propiedades mecánicas de la soldadura.

Donde podemos encontrar la soldadura laser

Se utiliza principalmente para soldar:

• Piezas de transmisiones en la industria automotriz.
• Piezas unitarias grandes.
• Series grandes y con buenos acabados.
• Piezas de electrodomésticos.
• Piezas para la industria aeronáutica de aluminio, titanio o níquel.
• Industria del ferrocarril.
• Recipientes a presión.
• Industria alimentaria, a la hora de realizar embalaje de alimentos, cuchillas de corte.
• Para instrumental médico y quirúrgico.
• Odontología.

La soldadura por rayo láser se puede realizar de dos formas distintas:

• Por conducción: en este tipo de soldaduras la profundidad de la zona fundida va aumentando a medida que aumenta la conductividad térmica y la intensidad de la radiación. Es utilizada para la soldadura de chapas de espesor pequeño.

• Por penetración profunda: esta soldadura posee un gran rendimiento ya que se consigue desplazar la zona de mayor temperatura por debajo de la superficie del material, por la acción del vapor recalentado y se mantiene al material fundido en el sitio deseado gracias al efecto de la tensión superficial, gravedad y otra serie de factores. Este tipo de soldadura, como ya se ha citado con anterioridad, debido a su afectación térmica reducida, no necesita material de aporte y es fácilmente automatizable por esto se convierte en fundamental a la hora de realizar soldaduras en los que la calidad requerida es alta y no se desean grandes deformaciones dimensionales. Además, los materiales soldados no necesitan un tratamiento posterior para eliminar tensiones. Esta facilidad de proceso (automatización) hace que la velocidad del proceso sea de hasta 6 veces superior a otros procesos de soldadura.

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La soldadura por arco como proceso de producción tardó mucho en establecerse, pero sin embargo ha existido desde la década de 1940. Aunque el láser solo se inventó en 1960, rápidamente se estableció como un proceso de producción y en la década de 1980 comenzó a utilizarse en la fabricación de grandes volúmenes. Los avances recientes que han mejorado la calidad del haz y la eficiencia de los láseres, hacen del láser una solución aún más ventajosa para uniones industriales automatizadas o de gran volumen.

Consistencia y Calidad de la soldadura

La soldadura láser permite que la calidad y la consistencia de la soldadura se controlen fácilmente y se mantengan de forma constante. Dado que el cabezal del láser no hace contacto con la pieza de trabajo y no hay ningún electrodo que pueda desgastarse, erosionarse o dañarse, no es necesario cambiar la herramienta cuando el electrodo debe rectificarse o afilarse, como es el caso de TIG. La falta de apósito de electrodos en la soldadura láser da como resultado un mayor tiempo de actividad y un mayor tiempo entre las intervenciones de mantenimiento. Además, no hay riesgo de contaminación del material de soldadura con tungsteno de la punta del electrodo TIG al iniciar el arco.

Aplicación con menor entrada de calor

Con la soldadura láser, la entrada de calor al metal que se está soldando es menor, lo que significa que hay una zona afectada por el calor (ZAC) más pequeña y la distorsión del ensamblaje se reduce enormemente, lo que hace que el ensamblaje complejo y preciso sea más alcanzable, especialmente en un entorno automatizado.

Además, la entrada de calor más baja significa que una soldadura se puede colocar cerca de componentes electrónicos sensibles u otros materiales sensibles al calor sin riesgo de daño o falla. Un ejemplo de esto es en los marcapasos cardíacos y desfibriladores donde la costura de soldadura externa está directamente encima de una batería sensible al calor y microelectrónica que no puede soportar una temperatura superior a 80 grados C.

Mayor velocidad de soldadura

Las velocidades de soldadura son generalmente más altas con la soldadura láser, especialmente con los modernos láseres de fibra de onda continua de alta potencia (CW). A veces, una alta velocidad de soldadura significa que el sistema de movimiento, por ejemplo, el sistema CNC o la velocidad de contorneado del robot, es el factor limitante del tiempo de ciclo en lugar del proceso.

Costo por metro de soldadura

En procesos donde el rendimiento es alto, es común encontrar que la solución láser es más eficiente y da como resultado un menor costo por metro de soldadura. Curiosamente, existen procesos que combinan la soldadura por láser y por arco para lograr una penetración más profunda y velocidades de soldadura más altas. Estos procesos híbridos generalmente usan una combinación de soldadura láser para calentar el metal de manera eficiente hasta el punto de fusión y soldadura por arco para proporcionar la deposición de gotitas en el baño de soldadura y una mayor penetración y resistencia de la soldadura en cualquier proceso como un procedimiento independiente.

Sin acabado de la soldadura

Con protección de gas inerte, una soldadura láser en acero inoxidable o aluminio normalmente no requiere procesamiento posterior (esmerilado o revestimiento) después de la soldadura, el acabado de la soldadura es brillante y libre de óxido y normalmente se puede recubrir o pintar sin más pasos de limpieza.

Láser accede a áreas difíciles

Dado que el rayo láser es un proceso de “línea de visión”, el láser puede atravesar huecos en una estructura para soldar áreas desde la parte trasera, donde no sería posible introducir un electrodo TIG. Usando una cámara para ver a través de la óptica láser, es fácil alinear el rayo con una característica precisa y realizar soldaduras en partes de la estructura de difícil acceso.

¿Qué pasa con las lagunas?

Una desventaja de la soldadura por láser es que tiende a depender de un buen contacto y un espacio mínimo entre las piezas a unir. Con un proceso láser o una soldadura TIG, es necesario asegurarse de que los espacios se minimicen o eviten para garantizar buenos resultados. Con la adición de alimentación de alambre, que agrega cierta complejidad al proceso, es posible llenar huecos o construir áreas para mayor resistencia.

Conclusiones

Para facilitar la automatización, la calidad constante y la falta de pos procesamiento, el uso de la soldadura láser tiene claras ventajas. Cuando la soldadura se aplica manualmente, la soldadura TIG tiene una mayor flexibilidad y un menor costo de capital para el equipo.

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