Introducción:
La soldadura láser es un proceso que utiliza un haz de energía luminosa altamente enfocado, conocido como láser, para unir materiales. Entonces, ¿cómo funciona la soldadura láser? Este artículo te dará la respuesta.
Cómo soldadura por láser ¿Trabajar?
1. Generación de rayo láser
El proceso comienza generando un haz de luz coherente altamente concentrado, generalmente a partir de un resonador láser. El rayo láser se puede producir utilizando diferentes láseres, como por ejemplo láseres de estado sólido, de gas o de fibra.
2. Enfocando el rayo láser
Una vez generado, el rayo láser se dirige a través de una serie de espejos y lentes para enfocarlo en un punto pequeño e intenso. Este enfoque es crucial. Aumenta la densidad de energía del rayo láser, permitiéndole derretir o vaporizar el material con el que interactúa.
3. Preparación de materiales
Antes de soldar se preparan los materiales a unir limpiándolos y posicionándolos adecuadamente. La preparación de la superficie es esencial para garantizar una unión y calidad adecuadas de la soldadura.
4. Proceso de soldadura
El rayo láser enfocado se dirige a la unión entre los materiales a soldar. Cuando el intenso rayo incide sobre la superficie, rápidamente calienta, derrite o vaporiza el material. El calor generado se localiza, minimizando la zona afectada por el calor (ZAT) del material circundante.
5. Unión de Materiales
A medida que el material se funde o vaporiza, forma un charco fundido en la interfaz de la junta. El material fundido se enfría y solidifica, creando un enlace de fusión entre los materiales. El rayo láser se mueve a lo largo de la junta para soldar en toda su longitud.
6. Control y Monitoreo
Los procesos de soldadura láser a menudo incorporan sensores y sistemas de monitoreo para controlar la potencia, el enfoque del haz y los parámetros de velocidad. Esto garantiza un control preciso sobre el proceso de soldadura y ayuda a mantener una calidad constante.
Parámetros importantes de la soldadura láser.
1. Densidad de potencia
La densidad de potencia es uno de los parámetros más críticos en el procesamiento láser. Utilizando una mayor densidad de potencia, la capa superficial se puede calentar hasta el punto de ebullición en un microsegundo, lo que da como resultado una vaporización extensa. Por lo tanto, una alta densidad de potencia beneficia el proceso de eliminación de material, como la perforación, el corte y el grabado. Para densidades de potencia más bajas, la temperatura de la superficie tarda varios milisegundos en alcanzar el punto de ebullición. Antes de que la capa superficial se vaporice, la capa inferior alcanza el punto de fusión, formando fácilmente una buena soldadura fundida.
2. Forma de onda del pulso láser
Cuando un rayo láser de alta intensidad incide en la superficie de un material, entre 60 y 981 TP3T de la energía láser se reflejarán y perderán en la superficie del metal. Estos incluyen oro, plata, cobre, aluminio, titanio y otros materiales con una fuerte reflexión y una rápida transferencia de calor. Durante una señal de pulso láser, la reflectividad del metal cambia con el tiempo. La reflectividad disminuirá rápidamente cuando la temperatura de la superficie del material aumente hasta el punto de fusión. Cuando la superficie se funde, la reflexión se estabiliza en un cierto valor.
3. Ancho del pulso láser
El ancho de pulso es un parámetro esencial para la soldadura por láser de pulso. La profundidad de penetración y la zona afectada por el calor determinan la duración del impulso. Cuanto mayor sea la duración del pulso, mayor será la zona afectada por el calor. La profundidad de penetración aumenta con la potencia 1/2 del ancho del pulso. Sin embargo, aumentar el ancho del pulso reducirá la potencia máxima. Por lo tanto, generalmente se utiliza aumentar el ancho del pulso para la soldadura por conducción térmica. El tamaño de la soldadura formada es ancho y poco profundo, lo que es especialmente adecuado para la soldadura por solape de placas delgadas y gruesas.
Sin embargo, una potencia máxima más baja da como resultado un exceso de calor. Cada material tiene un ancho de pulso óptimo que maximiza la penetración.
4. Cantidad de desenfoque
La soldadura láser suele requerir una cierta cantidad de desenfoque. Esto se debe a que la densidad de potencia en el centro del punto en el foco del láser es demasiado alta y puede evaporarse fácilmente formando agujeros. La distribución de la densidad de potencia es relativamente uniforme en cada plano alejado del foco láser.
5. Velocidad de soldadura
La velocidad de soldadura tiene una gran influencia en la profundidad de penetración. Aumentar la velocidad hará que la penetración sea menos profunda. Sin embargo, una velocidad demasiado baja provocará que el material se derrita y suelde excesivamente a través de la pieza de trabajo. Por tanto, existe un rango de velocidad de soldadura adecuado para un material específico con una determinada potencia del láser y un determinado espesor, y la máxima penetración se puede obtener al valor de velocidad correspondiente.
6. Gas protector
A menudo se utilizan gases inertes para proteger el baño fundido durante la soldadura láser. El helio, el argón, el nitrógeno y otros gases se utilizan a menudo como protección en la mayoría de las aplicaciones. La segunda función del gas protector es proteger la lente de enfoque de la contaminación por vapores metálicos y la pulverización de gotas de líquido. Durante la soldadura láser de alta potencia, el spray es muy potente y es necesario para proteger la lente. La tercera función del gas protector es disipar eficazmente el escudo de plasma producido por la soldadura láser de alta potencia. El vapor metálico absorbe el rayo láser y lo ioniza formando plasma. Si hay demasiado plasma, el plasma consumirá el rayo láser hasta cierto punto.
7. Enfriamiento y posprocesamiento
Después de soldar, la unión soldada puede enfriarse para solidificar la soldadura por completo. Dependiendo de la aplicación, es posible que se requieran pasos adicionales de posprocesamiento, como esmerilado o pulido, para lograr el acabado superficial y la integridad de la soldadura deseados.
Ventajas de la soldadura láser
La soldadura láser ofrece varias ventajas sobre los métodos de soldadura tradicionales. Estos incluyen alta precisión, velocidades de procesamiento rápidas, distorsión mínima y la capacidad de soldar diversos materiales. Estas características lo convierten en la opción preferida en múltiples industrias, incluida la automotriz, aeroespacial, electrónica y de fabricación de dispositivos médicos.
La soldadura láser puede obtener una resistencia de unión de alta calidad y una gran relación de aspecto, y la velocidad de soldadura es relativamente rápida.
Dado que la soldadura láser no requiere un entorno de vacío, se pueden utilizar lentes y fibras ópticas para el control remoto y la producción automatizada.
La soldadura láser tiene una gran densidad de potencia, tiene un buen efecto de soldadura en materiales difíciles de soldar como titanio, cuarzo, etc. Puede soldar materiales con diferentes propiedades.
Es posible la microsoldadura. Después de enfocarse y posicionarse con precisión, el rayo láser puede obtener un punto muy pequeño. Se puede utilizar en la soldadura de ensamblaje de micro y pequeñas piezas producidas en grandes cantidades para producción automatizada.