La influencia del gas protector en la soldadura láser
¿Qué beneficios puede ofrecerte Right Protective Gas?
IEn la soldadura láser, la elección del gas protector puede tener un impacto significativo en la formación, la calidad, la profundidad y el ancho del cordón de soldadura.
En la gran mayoría de los casos, la introducción de gas protector tiene un efecto positivo en la 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 correcta introducción de gas protector puede proteger eficazmente el baño de soldadura de la oxidación o incluso prevenirla por completo.
1. Deterioro de la costura de soldadura
Una introducción inadecuada del gas protector puede dar como resultado una mala calidad de la soldadura.
2. Reducción de salpicaduras
La correcta introducción de gas protector puede reducir eficazmente las salpicaduras durante el proceso de soldadura.
2. Fisuración y reducción de las propiedades mecánicas
Elegir el tipo de gas incorrecto puede provocar fisuras en la soldadura y una disminución del rendimiento mecánico.
3. Formación uniforme de la costura de soldadura
La correcta introducción del gas protector favorece la distribución uniforme del baño de soldadura durante la solidificación, dando como resultado una 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 de la soldadura. También puede provocar graves alteraciones en el metal fundido, lo que puede ocasionar el colapso o la formación irregular de la soldadura.
4. Mayor utilización del láser
La correcta introducción de gas protector puede reducir eficazmente el efecto de apantallamiento de las plumas de vapor metálico o las nubes de plasma sobre el láser, aumentando así su eficiencia.
4. Protección inadecuada o impacto negativo
Elegir un método incorrecto de introducción de gas puede provocar una protección insuficiente de la soldadura o incluso tener un efecto negativo en su formación.
5. Reducción de la porosidad de la soldadura
La correcta introducción del gas protector puede minimizar eficazmente la formación de poros en la soldadura. Seleccionando el tipo de gas, el caudal y el método de introducción adecuados, se pueden obtener resultados óptimos.
5. Influencia en la profundidad de la soldadura
La introducción de gas protector puede tener cierto impacto en la profundidad de la soldadura, especialmente en la soldadura de placas delgadas, donde tiende a reducirla.
Diversos tipos de gas protector
Los gases protectores más utilizados en la soldadura láser son el nitrógeno (N2), el argón (Ar) y el helio (He). Estos gases presentan diferentes propiedades físicas y químicas, lo que produce efectos diversos en el cordón 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 en un grado moderado, lo que reduce eficazmente la formación de nubes de plasma y aumenta la eficiencia del láser. Sin embargo, el nitrógeno puede reaccionar químicamente con las aleaciones de aluminio y el 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. En cambio, el nitrógeno puede reaccionar con el acero inoxidable, formando nitruros que mejoran la resistencia de la unión soldada. Por consiguiente, el nitrógeno puede utilizarse como gas protector para soldar acero inoxidable.
2. Gas argón (Ar)
El argón posee la energía de ionización más baja, lo que resulta en un mayor grado de ionización bajo la acción del láser. Esto dificulta el control de 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 reaccione químicamente con metales comunes. Además, el argón es económico. Asimismo, debido a su alta densidad, el argón se sitúa por encima del baño de fusión, protegiéndolo mejor. Por lo tanto, puede utilizarse como gas de protección convencional.
3. Gas helio (He)
El helio posee la mayor energía de ionización, lo que resulta en un grado de ionización muy bajo bajo la acción del láser. Esto permite un mejor control de la formación de la nube de plasma y facilita la interacción efectiva de los láseres con los metales. Además, el helio tiene una reactividad muy baja y no reacciona fácilmente con los metales, lo que lo convierte en un gas excelente para la protección de soldaduras. Sin embargo, su costo es elevado, por lo que generalmente no se utiliza en la producción en masa. Su uso es común en la investigación científica o para productos de alto valor agregado.
Dos métodos de uso de gas protector
Actualmente, existen dos métodos principales para introducir gas de protección: soplado lateral fuera del eje y gas de protección coaxial, como se muestra en la Figura 1 y la Figura 2, respectivamente.
Figura 1: Gas de protección para soplado lateral fuera del eje
Figura 2: Gas de protección coaxial
La elección entre los dos métodos de soplado depende de diversas 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 soldadura y componentes nocivos del aire, como el oxígeno, el nitrógeno y el hidrógeno.
Para prevenir la oxidación de la soldadura, es necesario reducir o evitar el contacto entre estos componentes dañinos y el metal de soldadura a alta temperatura. Este estado de alta temperatura abarca no solo el metal fundido del baño de soldadura, sino también todo el periodo comprendido entre la fusión del metal y su solidificación, cuando la temperatura desciende por debajo de un umbral determinado.
Proceso de soldadura
Por ejemplo, en la soldadura de aleaciones de titanio, cuando la temperatura supera los 300 °C, se produce una rápida absorción de hidrógeno; por encima de los 450 °C, se produce una rápida absorción de oxígeno; y por encima de los 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, cuando su temperatura desciende por debajo de 300 °C, para evitar la oxidación. Según lo descrito anteriormente, es evidente que el gas de protección inyectado debe proteger no solo el baño de fusión en el momento oportuno, sino también la zona recién solidificada de la soldadura. Por consiguiente, el método de inyección lateral fuera del eje, mostrado en la Figura 1, suele ser el preferido, ya que ofrece una mayor cobertura en comparación con el método de protección coaxial mostrado en la Figura 2, especialmente para la zona recién solidificada de la soldadura.
Sin embargo, para ciertos productos específicos, la elección del método debe hacerse 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 junta incluye juntas a tope, juntas solapadas, 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 plana cerrada
Como se muestra en la Figura 4, la soldadura en este tipo de producto tiene una forma plana cerrada, como circular, poligonal o de línea multisegmentada. Las configuraciones de unión pueden incluir uniones a tope, uniones solapadas o soldaduras apiladas. 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 plana cerrada
La selección del gas de protección para soldaduras planas de geometría cerrada influye directamente en la calidad, la eficiencia y el coste de la producción. Sin embargo, debido a la diversidad de materiales a soldar, la selección del gas resulta compleja en la práctica. Requiere una consideración exhaustiva de los materiales, los métodos y las posiciones de soldadura, así como del resultado deseado. La selección del gas más adecuado puede determinarse mediante ensayos de soldadura para lograr resultados óptimos.
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Preguntas frecuentes
- En la soldadura láser, el gas de protección es un componente fundamental que se utiliza 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 significativa de calor, creando un baño de metal fundido.
El gas inerte se utiliza con frecuencia para proteger el baño de fusión durante el proceso de soldadura láser. En algunos materiales, la oxidación superficial no es un factor relevante. Sin embargo, en la mayoría de las aplicaciones, se emplean helio, argón, nitrógeno y otros gases como protección. A continuación, analizaremos por qué las máquinas de soldadura láser requieren gas de protección.
En la soldadura láser, el gas de protección influye en la forma, la calidad, la penetración y el ancho de fusión de la soldadura. En la mayoría de los casos, la inyección de gas de protección tiene un efecto positivo en la soldadura.
- Mezclas de argón y helioMezclas de argón-helio: generalmente recomendadas para la mayoría de las aplicaciones de soldadura láser de aluminio, dependiendo del nivel de potencia del láser. Mezclas de argón-oxígeno: pueden proporcionar una 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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Fecha de publicación: 19 de mayo de 2023