¿Qué es la
soldadura láser y cómo funciona?
Sin embargo, alrededor del año 2006, la tecnología láser de
fibra experimentó importantes avances, reduciendo drásticamente los costos. Y
durante los últimos 18 años, estos avances han seguido reduciendo los costos de
producción y el costo de propiedad de las máquinas de soldadura láser.
Hemos llegado a un momento en que la soldadura láser no solo
es viable para líneas de producción de gran volumen, sino también para todo
tipo de fabricantes. Incluso estamos viendo un auge en el uso de dispositivos
portátiles .
Ahora que la soldadura láser es tan accesible, es un buen momento para explorar este proceso probado que promete precisión, velocidad y rentabilidad.
Tabla de contenido
- 1. ¿Qué es la soldadura láser y cómo funciona?
· Soldadura por conducción vs. soldadura por ojo de cerradura
· Soldadura de metales diferentes
· Modos de timbre ajustables
- 2. ¿Cuándo se inventó la soldadura láser?
4. ¿Cuáles son las ventajas de la soldadura láser?
5. ¿Cuáles son las desventajas de la soldadura láser?
6. Ejemplos de máquinas de soldadura láser · Máquina de soldar de batería
· Sistema portátil
· Máquina de soldadura robótica (soldadura remota)
· Soldadura robótica de chasis de automóvil
¿Qué es la
soldadura láser y cómo funciona?
Información general
Piense en la soldadura láser como una lupa y el sol. Si enfoca suficiente energía sobre una superficie metálica, puede fundirla, e incluso vaporizarla en algunos casos.
La densidad de potencia es muy alta, lo que resulta en una
fuente de calor concentrada de millones de vatios por cm² . Para una soldadura
láser rápida o una penetración profunda, se requiere mayor potencia láser. La
potencia láser es el principal factor que encarece una máquina.
La soldadura láser se puede utilizar en cualquier material
que pueda fundirse y resolidificarse. Esto significa que no solo se utiliza
para soldar metales como el aluminio, el cobre y el acero inoxidable, sino
también otros tipos de materiales, como ciertos termoplásticos, vidrios y
compuestos.
Soldadura por conducción vs. soldadura por ojo de cerradura
Los dos tipos principales de procesos de soldadura láser
(soldadura por conducción y soldadura por orificio de cerradura) funcionan de
manera diferente.
La soldadura por conducción es un proceso suave
en el que el rayo láser funde lentamente el metal. Durante este tipo de
soldadura, la temperatura del metal supera su punto de fusión y alcanza el
estado líquido, pero nunca el gaseoso. La transferencia de calor dentro del
metal es similar en todas las direcciones.
La soldadura por conducción es más lenta, pero genera
resultados de mayor calidad con poca o ninguna salpicadura y pocos humos.
La soldadura de ojo de cerradura es un proceso
rápido pero agresivo que funde y vaporiza el metal, penetrando más
profundamente en el material. El metal alcanza su temperatura de fusión e
incluso su temperatura de vaporización en algunas zonas. Como resultado, parte
del baño de fusión queda en estado gaseoso y puede causar salpicaduras. La
transferencia de calor dentro del metal es mayormente perpendicular al haz
láser.
La soldadura por orificios es ideal para líneas de
producción de gran volumen porque es más rápida, pero puede generar porosidad y
una zona afectada por el calor (ZAT) más alta.
Los dos tipos principales de procesos de soldadura láser
(soldadura por conducción y soldadura por orificio de cerradura) funcionan de
manera diferente.
La soldadura por conducción es un proceso suave en el que el
rayo láser funde lentamente el metal. Durante este tipo de soldadura, la
temperatura del metal supera su punto de fusión y alcanza el estado líquido,
pero nunca el gaseoso. La transferencia de calor dentro del metal es similar en
todas las direcciones.
La soldadura por conducción es más lenta, pero genera
resultados de mayor calidad con poca o ninguna salpicadura y pocos humos.
La soldadura de ojo de cerradura es un proceso rápido pero
agresivo que funde y vaporiza el metal, penetrando más profundamente en el
material. El metal alcanza su temperatura de fusión e incluso su temperatura de
vaporización en algunas zonas. Como resultado, parte del baño de fusión queda
en estado gaseoso y puede causar salpicaduras. La transferencia de calor dentro
del metal es mayormente perpendicular al haz láser.
La soldadura por orificios es ideal para líneas de
producción de gran volumen porque es más rápida, pero puede generar porosidad y
una zona afectada por el calor (ZAT) más alta.
Soldadura de
metales diferentes
La soldadura láser de metales diferentes es posible, pero no
siempre es fácil ni viable. Cada metal tiene su propia temperatura de fusión,
absorbe un porcentaje distinto de luz y conduce el calor a distintas
velocidades.
Vista transversal (imagen SEM) de soldadura láser. Una barra colectora de aluminio de 250 μm de espesor está unida a una celda cilíndrica de acero niquelado de 250 μm de espesor.
En Laserax, ya hemos soldado con láser metales diferentes al
soldar celdas cilíndricas y prismáticas a barras colectoras para baterías de
vehículos eléctricos. En esos casos, soldamos con láser aluminio a cobre
niquelado y aluminio a acero niquelado.
Al soldar con láser metales diferentes, ambos metales no se
fusionan en una mezcla homogénea, sino que se unen en la interfaz. Esto crea
una unión estructuralmente menos resistente que la que se obtiene al soldar el
mismo metal.
Para abordar esta cuestión, existen dos estrategias:
Se puede usar material de relleno para crear uniones más
resistentes (como con otras técnicas de soldadura). En este caso, nos referimos
a un proceso llamado soldadura fuerte por láser, y no a la soldadura láser.
El rayo láser puede oscilar para ayudar a que los diferentes
metales se fusionen más lentamente. Este proceso se denomina oscilación láser y
requiere componentes ópticos adicionales. La oscilación láser ofrece otras
ventajas, ya que ayuda a eliminar los gases que, de otro modo, crearían
porosidad en las uniones.
¿Cuáles son
las ventajas de la soldadura láser?
La soldadura láser ofrece una amplia gama de ventajas en
comparación con otros métodos como MIG, TIG y la soldadura por arco. Veamos las
más importantes.
La zona afectada por el calor (ZAC) es más pequeña. La
energía del haz láser se concentra en un área muy pequeña y se desplaza lo más
rápido posible. Con este nivel de precisión y control, solo se calientan las
áreas que necesitan calentarse. No se produce calor innecesario.
Las piezas mantienen mejores propiedades mecánicas. Gracias
al bajo aporte de calor, se reduce la distorsión térmica y la deformación de
las piezas. Con otros métodos de soldadura, el exceso de calor degrada las
propiedades mecánicas y suele requerir enderezamiento. Este paso adicional no
es necesario con el láser.
Los ingenieros pueden diseñar piezas más ligeras. Con otros
métodos de soldadura, los ingenieros mecánicos suelen abordar el exceso de
calor mediante el diseño de piezas con materiales más gruesos. Sin embargo, con
la soldadura láser, al minimizar el calentamiento, es posible optar por
materiales delgados, lo que ayuda a minimizar el peso del producto y los costes
de material. Esto es muy importante para los fabricantes de las industrias
aeroespacial y automotriz, donde la reducción del peso del vehículo es un
objetivo clave para aumentar la autonomía.
Gracias a su alta precisión, se pueden soldar componentes
pequeños . Esto es especialmente relevante para componentes electrónicos,
conexiones de lengüeta y aplicaciones similares.
La soldadura láser es más rápida que otros procesos. Gracias
a la tecnología láser de fibra, los láseres industriales pueden operar
fácilmente a varios miles de vatios, lo cual es más que suficiente para
satisfacer los requisitos de producción más exigentes.
Las soldaduras de mayor calidad son resultado directo de un
mejor control del proceso. Durante la soldadura, el rápido calentamiento y
enfriamiento del material ayuda a prevenir problemas de calidad. Por ejemplo,
se reduce la probabilidad de fragilización por hidrógeno. Esta fragilización
ocurre cuando el hidrógeno penetra en el metal, causando daños mecánicos.
Gracias a la velocidad del proceso, el tiempo de absorción y difusión del
hidrógeno es mínimo.
La soldadura láser es fácil de automatizar gracias a
factores como las funciones remotas, el mínimo desgaste y la repetibilidad.
Esto la convierte en una tecnología interesante para fabricantes que tienen
dificultades para encontrar soldadores especializados.
Conclusión
Con su precisión, velocidad y alto nivel de control, la soldadura láser ofrece posibilidades asombrosas. Para los fabricantes que se inician en esta tecnología, es importante hablar sobre su aplicación con un experto que pueda ayudarles a:
- Reconsidere su producto teniendo en cuenta la soldadura láser
- Evalúa si la soldadura láser es una buena solución para ti
- Realizar estudios de viabilidad
- Comprender las implicaciones y los costos de la integración
Si tiene una aplicación de soldadura láser para baterías, comuníquese con un experto de Laserax para analizar sus necesidades.
Fuente: Laserax USA
Traducido al español
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