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.

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

Christian A. Piña Blancas

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.

Soldadura láser en la industria automotriz actual

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).

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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