La soldadura láser se puede realizar mediante un generador láser continuo o pulsado. El principio de la soldadura láser se divide en soldadura por conducción térmica y soldadura por fusión profunda. Con una densidad de potencia inferior a 10⁴-10⁵ W/cm², se produce soldadura por conducción térmica, lo que resulta en una menor profundidad de fusión y una velocidad de soldadura lenta. Cuando la densidad de potencia supera los 10⁵-10⁷ W/cm², la superficie del metal se hunde formando cavidades bajo la acción del calor, dando lugar a la soldadura por fusión profunda, que se caracteriza por una alta velocidad de soldadura y una gran relación profundidad-anchura.
Hoy nos centraremos principalmente en el conocimiento de los principales factores que afectan la calidad de la soldadura por fusión profunda láser.
1. Potencia del láser
En la soldadura láser por fusión profunda, la potencia del láser controla tanto la profundidad de penetración como la velocidad de soldadura. La profundidad de la soldadura está directamente relacionada con la densidad de potencia del haz y depende de la potencia del haz incidente y del punto focal del mismo. En general, para un haz láser de un diámetro determinado, la profundidad de penetración aumenta con el incremento de la potencia del haz.
2. Punto focal
El tamaño del punto del haz es una de las variables más importantes en la soldadura láser, ya que determina la densidad de potencia. Sin embargo, medirlo resulta complejo para láseres de alta potencia, a pesar de la existencia de numerosas técnicas de medición indirecta.
El tamaño del punto focal del haz, límite de difracción, se puede calcular mediante la teoría de la difracción, pero el tamaño real es mayor debido a la escasa reflexión focal. El método de medición más sencillo es el de perfil isotemperatura, que mide el diámetro del punto focal y la perforación tras quemar un papel grueso y atravesar una placa de polipropileno. Mediante la práctica, este método permite controlar la potencia del láser y el tiempo de emisión del haz.
3. Gas protector
El proceso de soldadura láser suele emplear gases protectores (helio, argón, nitrógeno) para proteger el baño de fusión y evitar la oxidación de la pieza durante la soldadura. Otra razón para usar gas protector es proteger la lente de enfoque de la contaminación por vapores metálicos y la pulverización catódica de gotas de líquido. Especialmente en la soldadura láser de alta potencia, donde la eyección es muy potente, es necesario proteger la lente. El tercer efecto del gas protector es su eficacia para dispersar el blindaje de plasma generado por la soldadura láser de alta potencia. El vapor metálico absorbe el haz láser y se ioniza formando una nube de plasma. El gas protector que rodea el vapor metálico también se ioniza debido al calor. Si hay demasiado plasma, este consume el haz láser. Al existir plasma residual en la superficie de trabajo, la profundidad de la soldadura disminuye y la superficie del baño de fusión se extiende.
¿Cómo elegir el gas de protección adecuado?
4. Tasa de absorción
La absorción láser del material depende de algunas propiedades importantes del mismo, como la tasa de absorción, la reflectividad, la conductividad térmica, la temperatura de fusión y la temperatura de evaporación. De todos estos factores, la tasa de absorción es el más importante.
Dos factores afectan la tasa de absorción del haz láser por parte del material. El primero es el coeficiente de resistividad del material. Se ha observado que la tasa de absorción es proporcional a la raíz cuadrada de dicho coeficiente, el cual varía con la temperatura. En segundo lugar, el estado superficial (o acabado) del material influye considerablemente en la tasa de absorción del haz, lo que repercute significativamente en el resultado de la soldadura.
5. Velocidad de soldadura
La velocidad de soldadura influye considerablemente en la profundidad de penetración. Un aumento de la velocidad reduce la profundidad de penetración, pero una velocidad demasiado baja provoca una fusión excesiva del material y la soldadura de la pieza. Por lo tanto, existe un rango de velocidad de soldadura óptimo para un material específico con una potencia láser y un espesor determinados, y la máxima profundidad de penetración se obtiene con la velocidad correspondiente.
6. Distancia focal de la lente de enfoque
Normalmente, en el cabezal de la pistola de soldar se instala una lente de enfoque, generalmente con una distancia focal de entre 63 y 254 mm (diámetro de 2,5" a 10"). El tamaño del punto de enfoque es proporcional a la distancia focal: cuanto menor sea la distancia focal, menor será el punto. Sin embargo, la distancia focal también afecta a la profundidad de foco, es decir, la profundidad de foco aumenta proporcionalmente a la distancia focal. Por lo tanto, una distancia focal corta puede mejorar la densidad de potencia, pero debido a la poca profundidad de foco, es necesario mantener una distancia precisa entre la lente y la pieza de trabajo, lo que limita la profundidad de penetración. Debido a la influencia de las salpicaduras y el modo láser durante la soldadura, la distancia focal mínima utilizada en la práctica suele ser de 126 mm (diámetro de 5"). Se puede seleccionar una lente con una distancia focal de 254 mm (diámetro de 10") cuando la junta es grande o se necesita aumentar el tamaño del punto de soldadura. En este caso, se requiere una mayor potencia de salida del láser (densidad de potencia) para lograr una penetración profunda.
Más preguntas sobre el precio y la configuración de la máquina de soldadura láser portátil
Fecha de publicación: 27 de septiembre de 2022