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Los Beneficios y Desafíos de la Soldadura Robótica

Los Beneficios y Desafíos de la Soldadura Robótica

Los Beneficios y Desafíos de la Soldadura Robótica

La soldadura robótica ha pasado de ser una característica casi exclusiva de la industria del automóvil a convertirse en una solución estándar cada vez más popular dentro de una amplia variedad de sectores industriales.

¿Qué es la soldadura robótica?

Los robots industriales involucrados en el proceso de soldadura robótica son dispositivos articulados, equipados con brazos, que generalmente están montados en algún tipo de eje que les permite moverse y ajustarse según sea necesario. El robot ha sido programado para realizar sus tareas, lo que significa que es completamente automático y que necesita muy poca supervisión de un controlador humano.

General Motors fue en muchos aspectos los pioneros de la soldadura robótica, ya que comenzaron a utilizar esta tecnología en sus fábricas estadounidenses a principios de los años sesenta. Otras empresas de la industria automotriz siguieron su ejemplo, y en la década de 1980, los robots se utilizaron ampliamente en la fabricación de automóviles. Desde entonces, el número de robots industriales ha aumentado enormemente, al igual que la cantidad de sectores donde se pueden emplear robots. Sin embargo, la soldadura sigue siendo un segmento clave, con aproximadamente>80% de la industria automotriz que está soldando hoy siendo realizado por robots.

Los últimos años, en particular, han visto precios significativamente más bajos en los robots industriales, lo que significa que más compañías han comenzado a usarlos en sus instalaciones de producción. Los volúmenes de robots que se producen, combinados con una tendencia general de tecnología cada vez más barata y accesible, solo se agregan a este desarrollo. Un ejemplo de esto es el ascenso de China como un importante productor de robots, que ha generado una competencia considerable en un mercado anteriormente dominado principalmente por compañías alemanas y japonesas. Se están realizando inversiones estatales sustanciales en las compañías de robótica del país, lo que lleva a que el número de empresas (actualmente varios cientos) se triplique en China solo en los últimos años.

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Llaveros marcados con laser

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.

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beneficios y desafios de la soldadura robótica
Conoce más de la Soldadura Láser

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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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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
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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Les dejamos una entrevista que nos hicieron nuestros amigos de Expo Publicidad Monterrey.

 

Los esperamos.

 

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Soldadura láser en la Reparación de Moldes

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La tecnología láser con o sin aporte de material, ha optimizado las técnicas de soldadura tradicionales en la industria del molde, la mayoría de las veces permitiendo reparaciones sin recurrir al precalentamiento de las matrices y con una contribución mínima de calor durante el proceso de aplicación de material de aporte para el relleno de fisuras o cuarteaduras. Esta tecnología, permite evitar el daño colateral clásico causado por la soldadura TIG como: distorsiones, geométrica, quema de aristas, etc.

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El coste de los equipos es cada día más asequible y rápidamente amortizable. Esta tecnología comienza a ponerse al alcance gracias a un coste más que asumible y que requiere una inversión fácilmente retornable por la calidad de acabado y rapidez.

Las propiedades del láser permiten soldar zonas complejas como ranuras profundas y estrechas, o aristas internas y externas. Todos los aceros, aleaciones de bronce y cobre, aluminio y titanio pueden ser soldados.

La dureza de las capas de soldadura puede alcanzar valores muy altos dependiendo del tipo de material de aportación utilizado.

Es una soldadura segura, sin efectos para la piel humana, únicamente se precisan unas gafas de seguridad con filtro adecuado, y con mínima producción de humos.

No se precisa la elevada habilidad de un soldador de TIG

Si deseas conocer más acerca de las ventajas de la soldadura láser y como implementarla en tu proceso de fabricación o reparación de moldes o herramentales contáctanos, con gusto atenderemos todas tus dudas.

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