Influencia del gas protector en la soldadura láser
¿Qué beneficios puede obtener usted con 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 un uso inadecuado del 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 prevenirla por completo.
1. Deterioro de la soldadura
La introducción inadecuada de 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. Agrietamiento y reducción de las propiedades mecánicas
Elegir el tipo de gas incorrecto puede provocar grietas 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 fusión durante la solidificación, lo que da 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 provocar una mayor oxidación de la soldadura. También puede causar graves alteraciones en el metal fundido, lo que resulta en 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 columnas de vapor metálico o las nubes de plasma sobre el láser, aumentando así la eficiencia del láser.
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. Al seleccionar 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 chapas 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 poseen propiedades físicas y químicas diferentes, lo que produce efectos variables en la soldadura.
1. Nitrógeno (N2)
El N2 posee 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, reduciendo eficazmente la formación de nubes de plasma y aumentando la eficiencia del láser. Sin embargo, a ciertas temperaturas, el nitrógeno puede reaccionar químicamente con aleaciones de aluminio y acero al carbono, formando nitruros. Esto puede incrementar 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, puede utilizarse como gas protector para soldar acero inoxidable.
2. Gas argón (Ar)
El gas 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 de los láseres. Sin embargo, el argón tiene una reactividad muy baja y es improbable que reaccione químicamente con metales comunes. Además, el argón es económico. Asimismo, debido a su alta densidad, el argón se deposita sobre el baño de soldadura, proporcionando una mejor protección. 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 nubes de plasma y facilita la interacción 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 en soldadura. Sin embargo, su elevado coste impide su uso generalizado en la producción en masa. Se emplea comúnmente en investigación científica o en productos de alto valor añadido.
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 soplado lateralmente fuera del eje
Figura 2: Gas de blindaje 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 presentes en el aire, como el oxígeno, el nitrógeno y el hidrógeno.
La prevención de la oxidación de la soldadura implica 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 período desde que el metal de soldadura se funde hasta que el baño se solidifica y su temperatura desciende por debajo de un cierto umbral.
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 debe brindar protección no solo al baño de fusión en el momento adecuado, sino también a la zona recién solidificada de la soldadura. Por consiguiente, el método de soplado lateral fuera del eje, mostrado en la Figura 1, es generalmente el preferido, ya que ofrece un rango de protección más amplio 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 basarse en la estructura del producto y la configuración de las uniones.
Selección específica del método de introducción del 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 cerrada planar
Como se muestra en la Figura 4, la soldadura en este tipo de producto presenta una forma plana cerrada, como circular, poligonal o de línea multisegmento. 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 cerrada planar
La selección del gas de protección para soldaduras de geometría plana cerrada afecta directamente la calidad, la eficiencia y el costo de la producción. Sin embargo, debido a la diversidad de materiales de soldadura, la selección del gas resulta compleja en los procesos reales. Requiere una consideración integral de los materiales, los métodos y las posiciones de soldadura, así como del resultado deseado. La selección del gas más adecuado se puede determinar 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 para proteger la zona de soldadura de la contaminación atmosférica. El haz láser de alta intensidad utilizado 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 láser. En algunos materiales, la oxidación superficial puede no ser un factor determinante. Sin embargo, en la mayoría de las aplicaciones, se suelen utilizar helio, argón, nitrógeno y otros gases como protección. A continuación, analizaremos por qué las máquinas de soldadura láser necesitan gas de protección durante la soldadura.
En la soldadura láser, el gas de protección influye en la forma, la calidad, la penetración y el ancho de la soldadura. En la mayoría de los casos, soplar el 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 alta eficiencia y una calidad de soldadura aceptable.
- Los gases que se utilizan en el diseño y la 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