Fundamentos de soldadura con láser
A soldadura láser é un proceso sen contacto que require acceso á zona de soldadura desde un lado das pezas que se van soldar.
• A soldadura fórmase a medida que a intensa luz láser quenta rapidamente o material, o que se calcula normalmente en milisegundos.
• Normalmente hai 3 tipos de soldaduras:
– Modo de condución.
– Modo de condución/penetración.
– Modo de penetración ou de burato de fechadura.
• A soldadura en modo de condución realízase a baixa densidade de enerxía formando unha pepita de soldadura pouco profunda e ancha.
• O modo de condución/penetración ocorre a unha densidade de enerxía media e mostra máis penetración que o modo de condución.
• A soldadura en modo de penetración ou en burato de chave caracterízase por soldaduras estreitas e profundas.
– Neste modo, a luz láser forma un filamento de material vaporizado coñecido como "burato de fechadura" que se estende no material e proporciona un conduto para que a luz láser sexa entregada eficientemente no material.
– Esta subministración directa de enerxía ao material non depende da condución para lograr a penetración, polo que minimiza a calor no material e reduce a zona afectada pola calor.
Soldadura por condución
• A unión por condución describe unha familia de procesos nos que o feixe láser é enfocado:
– Para obter unha densidade de potencia da orde de 10³ Wmm⁻²
– Fusiona material para crear unha unión sen vaporización significativa.
• A soldadura por condución ten 2 modos:
– Quecemento directo
– Transmisión de enerxía.
Calor directo
• Durante o quecemento directo,
– o fluxo de calor réxese pola condución térmica clásica desde unha fonte de calor superficial e a soldadura faise fundindo porcións do material base.
• As primeiras soldaduras por condución realizáronse a principios da década de 1, empregando rubí pulsado de baixa potencia e CO2 láseres para conectores de cables.
• As soldaduras por condución pódense realizar nunha ampla gama de metais e aliaxes en forma de arames e láminas finas en diversas configuracións utilizando.
- CO2 , láseres de Nd:YAG e de díodo con niveis de potencia da orde de decenas de vatios.
– Quecemento directo mediante CO2 O raio láser tamén se pode usar para soldaduras de solape e a tope en láminas de polímero.
Soldadura por transmisión
• A soldadura por transmisión é un medio eficiente para unir polímeros que transmiten a radiación infravermella próxima dos láseres de Nd:YAG e de díodos.
• A enerxía absórbese mediante novos métodos de absorción interfacial.
• Os materiais compostos pódense unir sempre que as propiedades térmicas da matriz e do reforzo sexan similares.
• O modo de transmisión de enerxía da soldadura por condución utilízase con materiais que transmiten radiación infravermella próxima, especialmente polímeros.
• Colócase unha tinta absorbente na interface dunha unión de solape. A tinta absorbe a enerxía do raio láser, que se conduce a un grosor limitado do material circundante para formar unha película interfacial fundida que solidifica como a unión soldada.
• As xuntas de solape de sección grosa pódense facer sen fundir as superficies exteriores da xunta.
• As soldaduras a tope pódense facer dirixindo a enerxía cara á liña de unión nun ángulo a través do material nun lado da unión ou desde un extremo se o material é moi transmisivo.
Soldadura e brasaxe láser
• Nos procesos de soldadura e brasaxe por láser, o feixe utilízase para fundir unha adición de recheo, que humedece os bordos da unión sen fundir o material base.
• A soldadura por láser comezou a gañar popularidade a principios da década de 1980 para unir os cables de compoñentes electrónicos a través de orificios en placas de circuítos impresos. Os parámetros do proceso están determinados polas propiedades do material.
Soldadura láser de penetración
• A densidades de potencia elevadas, todos os materiais evaporaranse se se pode absorber a enerxía. Polo tanto, ao soldar deste xeito, adoita formarse un burato por evaporación.
• Este "burato" percorre entón o material selando as paredes fundidas detrás del.
• O resultado é o que se coñece como "soldadura en burato de chave". Esta caracterízase pola súa zona de fusión de lados paralelos e a súa estreita anchura.
Eficiencia da soldadura láser
• Un termo para definir este concepto de eficiencia coñécese como "eficiencia de unión".
• A eficiencia de unión non é unha eficiencia real no sentido de que ten unidades de (mm2 unidos /kJ subministrados).
– Eficiencia = Vt/P (o recíproco da enerxía específica no corte) onde V = velocidade de avance, mm/s; t = espesor soldado, mm; P = potencia incidente, kW.
Eficiencia da unión
• Canto maior sexa o valor da eficiencia de unión, menos enerxía se gasta en quecemento innecesario.
– Zona inferior afectada pola calor (ZAT).
– Menor distorsión.
• A soldadura por resistencia é máis eficiente neste aspecto porque a enerxía de fusión e HAZ só se xera na interface de alta resistencia a soldar.
• O láser e o feixe de electróns tamén teñen boas eficiencias e altas densidades de potencia.
Variacións do proceso
• Soldadura láser aumentada por arco.
– O arco dunha antorcha TIG montada preto do punto de interacción do raio láser fixarase automaticamente no punto quente xerado polo láser.
– A temperatura necesaria para este fenómeno é duns 300 °C por riba da temperatura ambiente.
– O efecto é ou ben estabilizar un arco que é inestable debido á súa velocidade de percorrido ou ben reducir a resistencia dun arco que é estable.
– O bloqueo só ocorre para arcos con baixa corrente e, polo tanto, cun chorro de cátodo lento; é dicir, para correntes inferiores a 80 A.
– O arco está no mesmo lado da peza que o láser, o que permite duplicar a velocidade de soldadura cun modesto aumento do custo de capital.
• Soldadura láser de dobre feixe
– Se se empregan 2 feixes láser simultaneamente, existe a posibilidade de controlar a xeometría do baño de soldadura e a forma do cordón de soldadura.
– Usando 2 feixes de electróns, púidose estabilizar o burato da chave, o que provoca menos ondas no baño de soldadura e proporciona unha mellor penetración e forma do cordón.
– Un excímero e CO2 A combinación de feixes láser mostrou un mellor acoplamento para a soldadura de materiais de alta reflectividade, como o aluminio ou o cobre.
– O acoplamento mellorado considerouse debido principalmente a:
• alteración da reflectividade pola ondulación superficial causada polo excímero.
• un efecto secundario que se produce polo acoplamento a través do plasma xerado por excímeros.
