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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Los Beneficios y Desafíos de la Soldadura Robótica

Ventajas de la Soldadura Robótica

Además de que los robots se han abaratado con el tiempo, también serán más baratos que el trabajo humano en una perspectiva más amplia. Aun así, hay situaciones en las que es preferible un soldador humano. Para ciertas tareas de soldadura individuales – aquellos que tienden a suceder de forma puntual, o que requieren una serie de acciones específicas que son difíciles de predecir – el uso de un soldador humano probablemente sea la mejor opción, ya que la programación de un robot para realizar una tarea muy particular una vez o rara vez suele llevar demasiado tiempo como para que valga la pena el esfuerzo.

Como tales, los robots y los seres humanos tienden a realizar diferentes tareas de soldadura y se complementan entre sí, y los robots suelen aliviar a los trabajadores humanos de las tareas más pesadas, más exigentes y monótonas. Sin embargo, en lo que se refiere a tareas de soldadura más repetitivas, los robots tienden a ser muy eficientes y precisos.  también facilitan el proceso de ampliación de la producción.

Soldadura Robótica en los próximos años

Dado el potencial de esta tecnología y sus considerables ventajas, es probable que la soldadura robótica se vuelva más y más común. Los robots son cada vez más baratos y más capaces, y la calidad de su soldadura es alta, constante y sigue mejorando. La conciencia de los riesgos para la salud que pueden surgir de los humos de soldadura también está creciendo, haciendo que la filtración de aire sea una parte importante y natural de la Sistema de soldadura robótica general. Los integradores del sistema también están facilitando a las empresas la adopción de la automatización en sus fábricas, principalmente mediante la creación de soluciones integradas que son fáciles de programar e instalar. En el futuro, las compañías probablemente podrán comprar soluciones estándar completas donde los robots se puedan instalar fácilmente en un entorno industrial sin la necesidad de una gran cantidad de ingeniería específica en estaciones de trabajo individuales. Algunas de las industrias que probablemente se beneficiarán más de la soldadura robótica son las industrias de vehículos pesados (aviones, trenes, autobuses) y de equipos de minería.

CONOCE MÁS DE LA SOLDADURA LÁSER

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

1. Produce una zona de fusión y zona afectada por el calor estrecha, contracción y distorsión mínima.
2. Se pueden realizar soldaduras extremadamente estrechas.
3. Mediante el uso de la óptica de aumento para la alineación, la colocación exacta es posible.
4. Es un proceso sin contacto, el rayo sólo necesita una línea de visión directa de la unión soldada.
5. Las secciones tan delgadas como de 0.025 mm se han soldado con éxito.
6. Se logra una penetración profunda, por lo tanto, las soldaduras con lados paralelos pueden hacer que reduzcan al mínimo la cantidad de fusión.
7. Se pueden utilizar velocidades de desplazamiento de hasta 500 mm/s.
8. El proceso suelda algunas combinaciones de materiales con espesoresy difusividad térmica disímiles que no son posibles con otros procesos de soldadura.
9. Las soldaduras se pueden hacer directamente en la atmósfera, por lo general con gases de protección.
10. No se generan rayos x por el proceso.