¿Qué es la soldadura láser? ¡Explicación de la soldadura láser! Todo lo que necesitas saber sobre la soldadura láser, incluyendo los principios clave y los principales parámetros del proceso.
Muchos clientes no comprenden los principios básicos de funcionamiento de las máquinas de soldadura láser, y mucho menos cómo elegir la máquina de soldadura láser adecuada. Sin embargo, Mimowork Laser está aquí para ayudarle a tomar la decisión correcta y brindarle asistencia adicional para que comprenda el proceso de soldadura láser.
¿Qué es la soldadura láser?
La soldadura láser es un tipo de soldadura por fusión que utiliza un rayo láser como fuente de calor. El principio de soldadura consiste en estimular el medio activo mediante un método específico, formando una oscilación de cavidad resonante que se transforma en un haz de radiación estimulada. Cuando el haz y la pieza de trabajo entran en contacto, la pieza absorbe la energía y, al alcanzar la temperatura el punto de fusión del material, se puede soldar.
Según el mecanismo principal del baño de soldadura, la soldadura láser presenta dos mecanismos básicos: soldadura por conducción térmica y soldadura de penetración profunda (por ojo de cerradura). El calor generado por la soldadura por conducción se difunde a la pieza de trabajo mediante transferencia térmica, fundiendo así la superficie de soldadura y evitando la vaporización. Este método se utiliza frecuentemente en la soldadura de componentes delgados y de baja velocidad. La soldadura por fusión profunda vaporiza el material y genera una gran cantidad de plasma. Debido al elevado calor, se forman orificios en la parte frontal del baño de fusión. La soldadura de penetración profunda es el modo de soldadura láser más utilizado, ya que permite soldar la pieza de trabajo de forma completa y, gracias a su gran energía de entrada, se consigue una alta velocidad de soldadura.
Parámetros del proceso en la soldadura láser
Existen muchos parámetros de proceso que afectan la calidad de la soldadura láser, como la densidad de potencia, la forma de onda del pulso láser, el desenfoque, la velocidad de soldadura y la elección del gas de protección auxiliar.
Densidad de potencia del láser
La densidad de potencia es uno de los parámetros más importantes en el procesamiento láser. Con una mayor densidad de potencia, la capa superficial puede calentarse hasta el punto de ebullición en un microsegundo, lo que produce una gran cantidad de vaporización. Por lo tanto, la alta densidad de potencia es ventajosa para procesos de remoción de material como perforación, corte y grabado. Con una baja densidad de potencia, la temperatura superficial tarda varios milisegundos en alcanzar el punto de ebullición, y antes de que la superficie se vaporice, la parte inferior alcanza el punto de fusión, lo que facilita la formación de una buena soldadura por fusión. Por consiguiente, en la soldadura láser por conducción de calor, el rango de densidad de potencia es de 10⁴ a 10⁶ W/cm².
Forma de onda del pulso láser
La forma de onda del pulso láser no solo es un parámetro importante para distinguir entre la remoción y la fusión de material, sino también un parámetro clave para determinar el volumen y el costo del equipo de procesamiento. Cuando el haz láser de alta intensidad incide sobre la superficie del material, esta refleja entre el 60 % y el 90 % de la energía láser, lo que se considera una pérdida, especialmente en el caso del oro, la plata, el cobre, el aluminio, el titanio y otros materiales con alta reflectividad y rápida transferencia de calor. La reflectancia de un metal varía con el tiempo durante un pulso láser. Cuando la temperatura superficial del material alcanza el punto de fusión, la reflectancia disminuye rápidamente, y cuando la superficie se encuentra en estado de fusión, la reflectancia se estabiliza en un valor determinado.
Ancho del pulso láser
El ancho de pulso es un parámetro importante en la soldadura láser pulsada. Este ancho se determina por la profundidad de penetración y la zona afectada por el calor. Cuanto mayor sea el ancho de pulso, mayor será la zona afectada por el calor, y la profundidad de penetración aumentará con la mitad del ancho de pulso. Sin embargo, el aumento del ancho de pulso reduce la potencia pico, por lo que generalmente se utiliza para la soldadura por conducción de calor, lo que resulta en una soldadura ancha y poco profunda, especialmente adecuada para la soldadura a solape de placas delgadas y gruesas. No obstante, una menor potencia pico genera un exceso de calor, y cada material tiene un ancho de pulso óptimo que maximiza la profundidad de penetración.
Cantidad de desenfoque
La soldadura láser generalmente requiere cierto grado de desenfoque, ya que la densidad de potencia en el centro del punto focal del láser es demasiado alta, lo que puede provocar la evaporación del material de soldadura y la formación de agujeros. La distribución de la densidad de potencia es relativamente uniforme en cada plano alejado del foco del láser.
Existen dos modos de desenfoque:
Desenfoque positivo y negativo. Si el plano focal se encuentra sobre la pieza de trabajo, se trata de desenfoque positivo; de lo contrario, es negativo. Según la teoría de la óptica geométrica, cuando la distancia entre los planos de desenfoque positivo y negativo y el plano de soldadura es igual, la densidad de potencia en el plano correspondiente es aproximadamente la misma; sin embargo, en la práctica, la forma del baño de fusión resultante es diferente. En el caso del desenfoque negativo, se puede obtener una mayor penetración, lo cual está relacionado con el proceso de formación del baño de fusión.
Velocidad de soldadura
La velocidad de soldadura determina la calidad de la superficie soldada, la profundidad de penetración, la zona afectada por el calor, etc. La velocidad de soldadura influye en el aporte térmico por unidad de tiempo. Si la velocidad es demasiado lenta, el aporte térmico es excesivo, lo que provoca que la pieza se queme por completo. Si la velocidad es demasiado rápida, el aporte térmico es insuficiente, lo que resulta en una soldadura parcial e incompleta. Generalmente, se reduce la velocidad de soldadura para mejorar la penetración.
Gas de protección contra golpes auxiliares
El uso de gas de protección auxiliar es un procedimiento esencial en la soldadura láser de alta potencia. Por un lado, evita que los materiales metálicos se dispersen y contaminen el espejo de enfoque; por otro lado, impide que el plasma generado durante la soldadura se concentre demasiado y que el láser alcance la superficie del material. En la soldadura láser, se suelen utilizar gases como helio, argón y nitrógeno para proteger el baño de fusión y evitar la oxidación de la pieza. Factores como el tipo de gas protector, el caudal de aire y el ángulo de soplado influyen considerablemente en los resultados de la soldadura, y los diferentes métodos de soplado también afectan a la calidad de la misma.
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Soldador láser - Entorno de trabajo
◾ Rango de temperatura del entorno de trabajo: 15~35 ℃
◾ Rango de humedad del entorno de trabajo: < 70% Sin condensación
◾ Refrigeración: el enfriador de agua es necesario debido a su función de disipación de calor para los componentes que disipan calor del láser, lo que garantiza que la soldadora láser funcione correctamente.
(Para obtener información detallada sobre el uso y la guía del enfriador de agua, puede consultar:Medidas de protección contra la congelación para sistemas láser de CO2)
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Fecha de publicación: 22 de diciembre de 2022