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.

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.