La influencia del gas protector en la soldadura láser
¿Qué puede ofrecerle el gas protector adecuado?
IEn la soldadura láser, la elección del gas protector puede tener un impacto significativo en la formación, la calidad, la profundidad y el ancho de la costura de soldadura.
En la gran mayoría de los casos, la introducción de gas protector tiene un efecto positivo en la costura de soldadura, mientras que el uso inadecuado de gas protector puede tener efectos perjudiciales en la soldadura.
Los efectos adecuados e inadecuados del uso del gas protector son los siguientes:
Uso adecuado
Uso indebido
1. Protección eficaz del baño de soldadura
La introducción adecuada de gas protector puede proteger eficazmente el baño de soldadura de la oxidación o incluso evitar la oxidación por completo.
1. Deterioro de la costura de soldadura
La introducción incorrecta de gas protector puede provocar una mala calidad de la costura de soldadura.
2. Reducción de salpicaduras
La introducción correcta de gas protector puede reducir eficazmente las salpicaduras durante el proceso de soldadura.
2. Agrietamiento y reducción de las propiedades mecánicas
Elegir el tipo de gas incorrecto puede provocar grietas en la costura de soldadura y una disminución del rendimiento mecánico.
3. Formación uniforme de la costura de soldadura
La introducción adecuada de gas protector promueve la distribución uniforme del baño de soldadura durante la solidificación, lo que da como resultado una costura de soldadura uniforme y estéticamente agradable.
3. Aumento de la oxidación o interferencia
Elegir un caudal de gas incorrecto, ya sea demasiado alto o demasiado bajo, puede aumentar la oxidación del cordón de soldadura. También puede causar graves perturbaciones en el metal fundido, provocando el colapso o la formación irregular del cordón de soldadura.
4. Mayor utilización del láser
La introducción correcta de gas protector puede reducir eficazmente el efecto de protección de las columnas de vapor metálico o las nubes de plasma sobre el láser, aumentando así la eficiencia del láser.
4. Protección inadecuada o impacto negativo
La elección del método de introducción de gas incorrecto puede provocar una protección insuficiente de la costura de soldadura o incluso tener un efecto negativo en la formación de la costura de soldadura.
5. Reducción de la porosidad de la soldadura
La correcta introducción de gas protector puede minimizar eficazmente la formación de poros en la costura de soldadura. Al seleccionar el tipo de gas, el caudal y el método de introducción adecuados, se pueden lograr resultados óptimos.
5. Influencia en la profundidad de la soldadura
La introducción de gas protector puede tener un cierto impacto en la profundidad de la soldadura, especialmente en la soldadura de placas delgadas, donde tiende a reducir la profundidad de la soldadura.
Varios tipos de gas protector
Los gases protectores comúnmente utilizados en la soldadura láser son nitrógeno (N₂), argón (Ar) y helio (He). Estos gases tienen diferentes propiedades físicas y químicas, lo que produce distintos efectos en la costura de soldadura.
1. Nitrógeno (N2)
El N₂ tiene una energía de ionización moderada, superior a la del Ar e inferior a la del He. Bajo la acción del láser, se ioniza moderadamente, lo que reduce eficazmente la formación de nubes de plasma y aumenta su capacidad de utilización. Sin embargo, el nitrógeno puede reaccionar químicamente con aleaciones de aluminio y acero al carbono a ciertas temperaturas, formando nitruros. Esto puede aumentar la fragilidad y reducir la tenacidad de la soldadura, afectando negativamente sus propiedades mecánicas. Por lo tanto, no se recomienda el uso de nitrógeno como gas protector para soldaduras de aleaciones de aluminio y acero al carbono. Por otro lado, el nitrógeno puede reaccionar con el acero inoxidable, formando nitruros que mejoran la resistencia de la unión soldada. Por lo tanto, el nitrógeno puede utilizarse como gas protector para la soldadura de acero inoxidable.
2. Gas argón (Ar)
El gas argón tiene la energía de ionización relativamente más baja, lo que resulta en un mayor grado de ionización bajo la acción del láser. Esto es desfavorable para controlar la formación de nubes de plasma y puede afectar la eficacia del láser. Sin embargo, el argón tiene una reactividad muy baja y es poco probable que experimente reacciones químicas con metales comunes. Además, es rentable. Además, debido a su alta densidad, el argón se deposita sobre el baño de soldadura, lo que proporciona una mejor protección. Por lo tanto, puede utilizarse como gas de protección convencional.
3. Gas helio (He)
El gas helio posee la mayor energía de ionización, lo que resulta en un grado muy bajo de ionización bajo la acción del láser. Permite un mejor control de la formación de nubes de plasma y los láseres pueden interactuar eficazmente con los metales. Además, el helio tiene una reactividad muy baja y no reacciona químicamente con los metales fácilmente, lo que lo convierte en un gas excelente para la protección de soldaduras. Sin embargo, su coste es elevado, por lo que generalmente no se utiliza en la producción en masa. Se emplea comúnmente en la investigación científica o en productos de alto valor añadido.
Dos métodos de uso de gas protector
Actualmente, existen dos métodos principales para introducir gas protector: soplado lateral fuera del eje y gas protector coaxial, como se muestra en la Figura 1 y la Figura 2, respectivamente.
Figura 1: Gas de protección de soplado lateral fuera del eje
Figura 2: Gas de protección coaxial
La elección entre los dos métodos de soplado depende de varias consideraciones.
En general, se recomienda utilizar el método de soplado lateral fuera del eje para el gas de protección.
¿Cómo seleccionar el gas protector adecuado?
En primer lugar, es importante aclarar que el término "oxidación" de las soldaduras es una expresión coloquial. En teoría, se refiere al deterioro de la calidad de la soldadura debido a reacciones químicas entre el metal de aporte y componentes nocivos del aire, como el oxígeno, el nitrógeno y el hidrógeno.
Prevenir la oxidación de la soldadura implica reducir o evitar el contacto entre estos componentes dañinos y el metal de soldadura de alta temperatura. Este estado de alta temperatura abarca no solo el metal fundido del baño de soldadura, sino también todo el período desde su fusión hasta la solidificación del baño y su temperatura por debajo de un cierto umbral.
Proceso de soldadura
Por ejemplo, en la soldadura de aleaciones de titanio, cuando la temperatura es superior a 300 °C, se produce una rápida absorción de hidrógeno; por encima de 450 °C, se produce una rápida absorción de oxígeno; y por encima de 600 °C, se produce una rápida absorción de nitrógeno.
Por lo tanto, se requiere una protección eficaz para la soldadura de aleación de titanio durante la fase de solidificación y su temperatura desciende por debajo de los 300 °C para evitar la oxidación. Según la descripción anterior, es evidente que el gas de protección aplicado debe proteger no solo el baño de soldadura en el momento oportuno, sino también la zona de soldadura recién solidificada. Por lo tanto, el método de soplado lateral fuera del eje, mostrado en la Figura 1, es generalmente preferible, ya que ofrece un mayor rango de protección en comparación con el método de blindaje coaxial mostrado en la Figura 2, especialmente para la zona de soldadura recién solidificada.
Sin embargo, para ciertos productos específicos, la elección del método debe realizarse en función de la estructura del producto y la configuración de la unión.
Selección específica del método de introducción de gas protector
1. Soldadura en línea recta
Si la forma de la soldadura del producto es recta, como se muestra en la Figura 3, y la configuración de la unión incluye uniones a tope, uniones traslapadas, soldaduras de filete o soldaduras apiladas, el método preferido para este tipo de producto es el método de soplado lateral fuera del eje que se muestra en la Figura 1.
Figura 3: Soldadura en línea recta
2. Soldadura de geometría cerrada plana
Como se muestra en la Figura 4, la soldadura en este tipo de producto tiene una forma plana cerrada, como una línea circular, poligonal o de múltiples segmentos. Las configuraciones de unión pueden incluir juntas a tope, juntas traslapadas o soldaduras de chimenea. Para este tipo de producto, el método preferido es utilizar el gas de protección coaxial que se muestra en la Figura 2.
Figura 4: Soldadura de geometría cerrada plana
La selección del gas de protección para soldaduras de geometría cerrada plana afecta directamente la calidad, la eficiencia y el coste de la producción. Sin embargo, debido a la diversidad de materiales, la selección del gas es compleja en los procesos de soldadura reales. Requiere una consideración exhaustiva de los materiales, los métodos y las posiciones de soldadura, así como del resultado deseado. La selección del gas de soldadura más adecuado se puede determinar mediante pruebas de soldadura para lograr resultados óptimos.
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Preguntas frecuentes
- En la soldadura láser, el gas de protección es un componente fundamental para proteger la zona de soldadura de la contaminación atmosférica. El haz láser de alta intensidad empleado en este tipo de soldadura genera una cantidad considerable de calor, creando un baño de metal fundido.
El gas inerte se utiliza a menudo para proteger el baño de fusión durante el proceso de soldadura de las máquinas de soldadura láser. Al soldar algunos materiales, puede que no se considere la oxidación superficial. Sin embargo, para la mayoría de las aplicaciones, se suelen utilizar helio, argón, nitrógeno y otros gases como protección. A continuación, veremos por qué las máquinas de soldadura láser necesitan gas de protección.
En la soldadura láser, el gas de protección afecta la forma, la calidad, la penetración y el ancho de la soldadura. En la mayoría de los casos, el soplado del gas de protección tiene un impacto positivo en la soldadura.
- Mezclas de argón y helioMezclas de argón y helio: generalmente recomendadas para la mayoría de las aplicaciones de soldadura láser de aluminio, dependiendo de la potencia del láser. Mezclas de argón y oxígeno: pueden proporcionar alta eficiencia y una calidad de soldadura aceptable.
- Los gases que se utilizan en el diseño y aplicación de láseres de gas son los siguientes: dióxido de carbono (CO2), helio-neón (H y Ne) y nitrógeno (N).
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Hora de publicación: 19 de mayo de 2023