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Conoce más de la Soldadura Láser

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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.
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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.
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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.
 

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Marcado láser para la Industria Metalmecánica

Marcado láser para la Industria Metalmecánica

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La tecnología láser está encontrando su lugar en las líneas de producción cada vez más en la mayoría de los fabricantes, reemplazando los procesos industriales en una amplia gama de aplicaciones, tales como el marcado, la limpieza y el texturizado. Por ejemplo, el marcado con puntos, la impresión por inyección de tinta y las etiquetas impresas se están reemplazando por marcado láser. De manera similar, los tratamientos químicos, la limpieza abrasiva y otras técnicas de limpieza mecánica están siendo reemplazadas por la limpieza con láser y la texturización con láser.

Hay buenas razones detrás de este cambio: la tecnología láser proporciona beneficios impresionantes. Entre otras cosas:

– Aumentan la productividad

– Reducen los costos de operación y mantenimiento

– Brindan resultados más consistentes

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Llaveros marcados con laser

¿CÓMO SE BENEFICIA LA INDUSTRIA MANUFACTURERA CON LA TECNOLOGÍA LÁSER?


Agregar un láser a su proceso de fabricación no debería significar ralentizar su línea de producción. Nuestros láseres de alta potencia pueden mantenerse al día con tiempos de ciclo más cortos que las tecnologías tradicionales. También son los láseres más rápidos del mercado.
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Con su alta precisión y repetibilidad, los sistemas láser contribuyen a la calidad de su producto. Cuando un rayo láser golpea la superficie, lo hace con la misma precisión de micras cada vez, generando resultados consistentes.

El marcado láser es la solución más confiable para la trazabilidad de piezas y productos. Con tasas de legibilidad casi perfectas, se puede utilizar para crear

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 códigos permanentes y de alto contraste en una amplia gama de materiales, incluyendo metales, plásticos, caucho y cartón. Nuestra oferta de productos incluye sistema de marcado láser OEM y máquinas de marcado láser llave en mano. Para facilitar la integración, las opciones de láser incluyen un lector de código de barras integrado y un software de verificación de código de barras.

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Soldadura Láser en la Industria Aeroespacial

Soldadura Láser en la Industria Aeroespacial

Aplicación de Soldadura Láser para la Fabricación de Componentes en la Industria Aeroespacial

Christian A. Piña Blancas

Existen una serie de procesos de manufactura convencional, sin embargo, la ingeniería de manufactura es un campo dinámico con constantes innovaciones en el desarrollo de procesos para productos avanzados; cada proceso de manufactura tiene características singulares que impactan la calidad, costo y dificultad de procesar un producto final. [1] En muchos casos, la fabricación de un producto en forma de una sola pieza con una calidad aceptable no es factible o económico y requiere la unión de formas complejas que son fabricadas por separado. Varios procesos de unión incluyen la soldadura, unión mecánica, o unión adhesiva, entre otros. La soldadura es un grupo de procesos de unión tales como la soldadura por fusión, soldadura de estado sólido y soldadura fuerte. La soldadura fuerte y soldadura blanda son generalmente consideradas como procesos de baja temperatura en la que dos partes están unidas entre sí por el uso de material de relleno que posteriormente es fundido por una fuente de calor externa. La aplicación del láser en los procesos de manufactura se puede encontrar en procesos de fundición, formado, unión y maquinado; algunos de estos procesos se encuentran todavía en etapa de desarrollo. La soldadura láser es el proceso de soldadura más preciso que existe en la actualidad y el que menos calor aporta. Mediante este procedimiento se puede realizar todo tipo de unión o reparación en el que se desee evitar deformaciones.   Los procedimientos de soldadura con rayo láser producen soldaduras de buena calidad, con contracción y distorsión mínima. Estas soldaduras tienen buena resistencia y en general son dúctiles y libres de porosidades. [1] El proceso se puede automatizar, de tal modo que se use en diversos materiales con grosores hasta de 25 mm; es especialmente eficaz en piezas delgadas. En los metales y aleaciones que normalmente se sueldan están el aluminio, titanio, metales ferrosos, cobre, súper aleaciones y los metales refractarios. Las velocidades de soldado van de 2.5 m/min hasta 80 m/min para metales delgados.
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Al igual que el corte por láser, las principales razones de su implantación industrial a gran escala son:

  • La rapidez del proceso,
  • Se evita el cambio de herramientas, al no existir contacto,
  • Se adapta muy bien a diversos materiales de diferentes espesores,
  • Fácilmente integrable en líneas de producción robotizadas, como pueden ser las cadenas de montaje de la industria automovilística.

La soldadura láser posee una alta flexibilidad en términos de integración en procesos productivos y de posibles configuraciones geométricas. Las aplicaciones de la soldadura láser son diversas: extintores, tuberías gruesas, láminas metálicas de lavadoras, construcción de barcos, baterías de litio y especialmente, la soldadura láser es un proceso crucial en las líneas de ensamblaje de piezas de chasis de automóviles.

Láser Nd: YaG. Los láseres de estado sólido son una clase importante de los láseres basándose en medios sólidos en oposición a medios en fase de gas, como el CO2. Los láseres de estado sólido pueden ser hechos de cristales o vidrios dopados con tierras raras o iones de metales de transición, así como los semiconductores.

El proceso de soldadura láser produce soldaduras de buena calidad, mínima distorsión del material, tienen buena resistencia y en general son dúctiles y libres de porosidades. La implementación de este proceso en la industria aeroespacial tiene beneficios como reducción de costo y peso siempre en los componentes siempre y cuando se pueda demostrar que las características mecánicas de las uniones por medio de este proceso son iguales o mejor que las realizadas por medio de un proceso convencional como lo es la soldadura fuerte. En este artículo se presentaron algunos experimentos que se han realizado para demostrar las ventajas de la soldadura láser, así como establecer los parámetros para controlar la calidad del cordón de soldadura.

Además de la experimentación, existen modelos matemáticos que han sido desarrollados con la finalidad de predecir el comportamiento de la soldadura.

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Soldadura Láser en la industria Aeroespacial en México
El corte Láser características

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El Corte Láser; Proceso innovador en el sector industrial.

El corte por láser es un proceso sin contacto entre el objeto grabado y lo que “graba”, lo que da resultado a cortes dimensionalmente precisos y de gran calidad.

Esta técnica de alta precisión y velocidad, permite cortar diversos tipos de materiales que son parcialmente fundidos y evaporados por la energía de haz de luz del láser, acompañado por gas de alta presión que arrastra el material fundido fuera del surco de corte. Esta combinación de calor y presión crea la acción de corte.

La aplicación del corte por láser se da mayormente en materiales metálicos, existen muchos tipos de aplicaciones láser en las industrias de transformación de metales, principalmente el corte por láser, láser de marcado y soldadura por láser. Otros tipos de materiales como goma, madera, cuero y vidrio pueden ser cortados con este método.

En términos de diseño para la fabricación, la tecnología de corte por láser puede tener un efecto beneficioso en cualquier producto. El costo y la calidad son dos influencias principales en la comerciabilidad de cualquier producto, y el corte por láser permite componentes de alta calidad a un costo más bajo en general.

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Llaveros marcados con laser

¿Cuáles son las características del corte por láser?

Zonas reducidas: brinda la posibilidad de actuar en zonas muy reducidas. El diámetro del spot que incide sobre la superficie a cortar tiene un valor medio en torno a las tres décimas de milímetro. Esto con lleva la consecución de surcos de corte muy estrechos de dimensiones muy parecidas a las del propio spot o ligeramente superiores. Accesibilidad: la posibilidad de transmitir el haz láser mediante fibra óptica hace que, montado un cabezal de corte en un robot antropomórfico, se pueda alcanzar cualquier orientación de corte dentro del campo de trabajo del robot. No hay contacto: el corte con láser no tiene contacto mecánico con la pieza, de esta manera, no se produce desgaste de la herramienta por contacto. Sistema sofisticado: el proceso se lleva a cabo de forma cómoda y sencilla. Los dispositivos pueden incluir tablas de parámetros para cortar diferentes materiales. Es posible la automatización del proceso, así como la comunicación de la máquina láser con otro tipo de dispositivos como CNC, centros de procesado, elementos de control de calidad, sistemas de gestión de errores y alarmas, así como dispositivos de monitorización on-line de la máquina y del proceso láser.

Beneficios del corte por láser para procesos de fabricación


  • Las cortadoras láser se pueden personalizar para cortar casi cualquier material de cualquier espesor según las especificaciones exactas. Ajustándose fácilmente a las necesidades cambiantes del mercado.

  • Es un proceso más limpio que la mayoría de las opciones de corte, debido a que el producto requiere poca o ninguna limpieza secundaria.

  • El corte por láser proporciona componentes de alta calidad a un costo bajo. Lo que permite ofrecer un producto de mayor calidad y asequible.

  • Brinda mayor flexibilidad en el proceso de fabricación, ya que los ingenieros no están limitados en el alcance de los materiales que puedan usar. En lugar de tener que elegir materiales basados solo en el costos o disponibilidad, los fabricantes pueden elegir los materiales exactos que son mejores para el trabajo.

  • Un láser funciona con una intensidad de calor que es varias veces más caliente que el sol, lo que permite cortar de forma limpia y precisa prácticamente cualquier material, desde la aleación más fuerte hasta los polímeros más finos.

  • Permite mayor creatividad en los procesos de fabricación. Gracias a que el láser nunca toca realmente la parte que está cortando, los materiales se pueden orientar de cualquier forma para su corte. Los láseres no están limitados por la geometría, por lo que las piezas no tienen que ajustarse a las capacidades del cortador láser.

  • El desarrollo de nuevas tecnologías, como el corte por láser, ha facilitado la fabricación de productos más complejos. En lugar de simplificar los productos, los cortadores láser han simplificado el proceso de fabricación de productos de manera más sencilla, lo que permite una mayor complejidad en menos tiempo y una mayor innovación.

  • Esta tecnología se ha convertido de vital importancia en los procesos de fabricación, ayudando a que muchos productos lleguen al mercado de forma más rápida y con un costo menor.
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Soldadura láser en la Industria Automotriz

Soldadura láser en la Industria Automotriz

Soldadura láser en la industria automotriz actual

La utilización de la soldadura láser en el vehículo actual responde a la introducción de nuevos materiales metálicos y nuevas técnicas de unión y soldadura encaminadas a favorecer la reducción de peso. Esto dificulta los procesos de soldadura en fábrica, ya que aspectos como el aporte térmico derivado de los procesos de soldadura provoca un cambio en la estructura molecular del metal que le hace perder límite elástico, volviéndolo más rígido.

Con la aplicación de la soldadura láser se consigue concentrar el calor necesario para efectuar la soldadura en un punto muy concreto, hecho que reduce la zona térmicamente afectada (ZTA) y, en consecuencia, limita sus efectos negativos. Además, a diferencia de la soldadura eléctrica por puntos de resistencia, no requiere acceso por ambas caras del metal a unir para efectuar la soldadura.

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La soldadura láser empezó a implementarse en los años setenta, a pesar de lo cual su expansión como sistema de fijación se ha consolidado en los últimos años. Actualmente, el empleo de este tipo de soldadura es generalizado en el sector de la automoción, aunque bien es cierto que se emplea especialmente en zonas muy concretas como en la unión de los paneles de techo, en pilares, paneles. Etc.

Otras ventajas del uso de la soldadura láser

Otras ventajas significativas que aporta la soldadura láser, que se unen a ya las mencionadas en los párrafos anteriores, son las siguientes:

  • Reducción del peso de la unión soldada, aun cuando se utiliza con material de aportación.
  • Mayor productividad en la ejecución de la soldadura.
  • Obtención de soldadura de mayor calidad en las que se reduce la aparición de defectos.
  • Reducción de la generación de tensiones internas en el metal derivadas de un aporte térmico excesivo.
  • Permite la obtención de mejores resultados en la soldadura de chapas de diferente espesor y calidad.
  • Puede ejecutarse de forma continua o intermitente, con o sin material de aportación, y combinarse con otros sistemas de soldadura cuando es requerido (soldadura láser híbrida).
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Conclusión

El uso de láseres en la industria del automóvil ha crecido en los últimos añoscomo una alternativa a otros sistemas que presentan ciertas limitaciones. La introducción de nuevos materiales metálicos, de nuevas técnicas de ensamblado, la necesidad de optimizar el proceso de soldadura, la versatilidad de este sistema y la obligación de reducir el peso del vehículo y el calor aportado sobre el metal hacen que los láseres vayan ganando protagonismo poco a poco.

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