Ensamblaje de soldadura
1. Espacio y desalineación en el ensamblaje
La calidad del ensamblaje es crucial para garantizar la calidad de la soldadura. Un exceso de holgura o desalineación en el ensamblaje puede provocar fácilmente defectos como perforaciones, mala formación de la soldadura y penetración incompleta. La holgura en las uniones a tope y de filete debe ser mínima. La Tabla 8-2 enumera los requisitos de holgura y desalineación para la soldadura autógena láser manual.
Para garantizar las dimensiones de la pieza, reducir la deformación y evitar la desalineación del área a soldar debido a la torsión durante la soldadura, generalmente se requiere soldadura por puntos antes de la soldadura. Se utiliza el mismo método de proceso que para la soldadura formal. La longitud de los puntos de soldadura es de 20 a 30 mm, y los requisitos de calidad para los puntos de soldadura (por ejemplo, profundidad y anchura de penetración) son menores que los de la soldadura formal. Generalmente se utiliza una velocidad de avance mayor para la soldadura por puntos que para la soldadura formal. Para garantizar una conexión fiable de los puntos de soldadura, estos deben ser planos, largos y delgados, y no deben ser excesivamente grandes, anchos o altos. Los puntos de soldadura también requieren una protección adecuada para evitar la oxidación.
3. Fijaciones y abrazaderas
La soldadura láser se utiliza principalmente parasoldadura de placas delgadasEn la soldadura de chapas delgadas, la soldadura se realiza generalmente en la cara frontal de la pieza, con una fusión suficiente en la cara posterior para lograr una soldadura bien formada. Para la selección de parámetros: un aporte térmico bajo puede causar una fusión incompleta en la cara posterior; un aporte térmico alto, si bien garantiza una penetración completa en la cara posterior, puede provocar perforaciones debido a la gravedad del metal fundido o a un ancho de fusión desproporcionado en relación con el espesor de la pieza. Para evitar perforaciones, si la pieza lo permite, se deben usar dispositivos de sujeción para fijarla durante la soldadura de chapas delgadas, presionando la cara frontal y colocando una placa de respaldo de cobre o acero inoxidable en la cara posterior. Esto evita cambios en las holguras de ensamblaje o desalineaciones causadas por la deformación de la soldadura y evita el colapso térmico. Cuando la pieza presenta una disipación de calor desigual en diferentes regiones debido a razones estructurales, el uso de dispositivos de sujeción para equilibrar la disipación de calor también es eficaz, con el objetivo de formar soldaduras con dimensiones uniformes tanto en la cara frontal como en la posterior.
Selección de parámetros de soldadura
En general, los parámetros de la soldadura láser incluyen la potencia del láser, la duración del pulso láser, la cantidad de desenfoque, la velocidad de soldadura y el gas de protección.
1. Potencia del láser
En la soldadura láser existe un umbral de densidad de potencia láser. Por debajo de este umbral, la profundidad de penetración es escasa; una vez alcanzado o superado, aumenta significativamente. El plasma se genera únicamente cuando la densidad de potencia láser sobre la pieza supera el umbral, lo que indica una soldadura de penetración profunda estable. Por debajo del umbral, solo se produce fusión superficial (soldadura por conducción de calor estable). Cerca de la condición crítica para la formación del orificio, la soldadura de penetración profunda y la de conducción de calor se alternan, lo que resulta en un proceso inestable con grandes fluctuaciones en la profundidad de penetración. La potencia láser es uno de los parámetros más críticos en el procesamiento láser y un determinante clave de la profundidad de penetración de la soldadura. Para un diámetro de punto focal fijo, la densidad de potencia láser es proporcional a la potencia láser: una mayor potencia aumenta la profundidad de penetración y la velocidad de soldadura. Sin embargo, una potencia excesiva provoca un sobrecalentamiento severo del baño de fusión, aumenta el ancho de la soldadura y la zona afectada por el calor (ZAC), y genera más salpicaduras, que pueden contaminar la lente de soldadura. Con alta potencia, la capa superficial puede calentarse hasta el punto de ebullición y vaporizarse significativamente en microsegundos, lo que la hace ideal para procesos de remoción de material como perforación, corte y grabado. Con menor potencia, la superficie tarda milisegundos en alcanzar el punto de ebullición, y la capa subyacente se funde antes de la vaporización de la superficie, lo que facilita una buena soldadura por fusión.
2. Ancho del pulso láser
El ancho de pulso láser, o “ancho de pulso”, es un parámetro clave en la soldadura láser pulsada. Está determinado por la profundidad de penetración y la zona afectada por el calor (ZAC): los anchos de pulso más largos aumentan la ZAC, y la profundidad de penetración aumenta con la raíz cuadrada del ancho de pulso. Sin embargo, los anchos de pulso más largos reducen la potencia pico, por lo que generalmente se utilizan para la soldadura por conducción de calor, formando soldaduras anchas y poco profundas, especialmente adecuadas para uniones solapadas de placas delgadas y gruesas. No obstante, una baja potencia pico provoca un aporte excesivo de calor, y cada material tiene un ancho de pulso óptimo para lograr la máxima profundidad de penetración.
3. Selección de la cantidad de desenfoque
La posición del punto enfocado es fundamental ensoldadura por fusión láserCuando el foco está por encima de la superficie de la pieza, la profundidad de penetración es pequeña, lo que dificulta la soldadura de penetración profunda. Cuando el foco está por debajo de la superficie, la densidad de potencia dentro de la pieza es mayor que en la superficie, lo que promueve una fusión y vaporización más intensas, permitiendo que la energía se transfiera a mayor profundidad y aumentando la penetración. Existen dos modos de desenfoque: desenfoque positivo (plano de enfoque por encima de la pieza) y desenfoque negativo (plano de enfoque por debajo de la pieza). En la práctica, para placas gruesas que requieren una gran profundidad de penetración, se utiliza el desenfoque negativo, con el foco del láser generalmente entre 1 y 2 mm por debajo de la superficie de la pieza. Para placas delgadas, se prefiere el desenfoque positivo, con el foco entre 1 y 1,5 mm por encima de la superficie.
4. Velocidad de soldadura
Con otros parámetros fijos, la profundidad de penetración disminuye a medida que aumenta la velocidad de soldadura, mientras que la eficiencia mejora. Las velocidades excesivamente altas no cumplen con los requisitos de penetración; las velocidades excesivamente bajas provocan sobrefusión, soldaduras anchas, sobrecalentamiento de la ZAC y mayor tendencia al agrietamiento en caliente.soldadura láser pulsadaLa velocidad también está determinada por la frecuencia máxima de pulso y la superposición de puntos requerida: cada punto de pulso subsiguiente debe superponerse en cierta medida. Por lo tanto, para una potencia láser y un espesor de material determinados, existe un rango de velocidad óptimo dentro del cual se logra la máxima profundidad de penetración a una velocidad específica.
5. Gas de protección
Los gases inertes se utilizan a menudo para proteger el baño de fusión durante la soldadura láser. Si bien algunos materiales pueden no requerir protección contra la oxidación superficial, la mayoría de las aplicaciones sí la necesitan. Tradicionalmente, se utilizan Ar, N₂ y He para la soldadura láser de aleaciones de aluminio con el fin de prevenir la oxidación. Teóricamente, el He es el más ligero con la mayor energía de ionización, pero a baja potencia y altas velocidades, el plasma es débil, lo que minimiza las diferencias entre los gases. Los estudios muestran que, en las mismas condiciones, el N₂ induce más fácilmente la formación de poros debido a reacciones exotérmicas con el Al; los compuestos ternarios Al-NO resultantes tienen una mayor absorción láser. Sin embargo, el N₂ puro forma fases Al-N frágiles y poros en las soldaduras. Los gases inertes, al ser ligeros, se escapan sin causar poros, lo que hace que las mezclas de gases sean más efectivas. Recientemente, ha aumentado la investigación sobre la soldadura láser de Al utilizando mezclas de Ar-O₂ y N₂-O₂.
6. Absorción de materiales
La absorción de energía láser por parte de los materiales depende de propiedades como la absortividad, la reflectividad, la conductividad térmica, la temperatura de fusión y la temperatura de evaporación, siendo la absortividad la más crítica. Los factores que afectan la absortividad incluyen:
Resistividad eléctrica: En superficies pulidas, la absortividad es proporcional a la raíz cuadrada de la resistividad, que varía con la temperatura.
Estado de la superficie: Afecta significativamente a la absortividad y, por lo tanto, a los resultados de la soldadura.
Consejos y precauciones para la soldadura láser de fibra portátil
1. Evite la radiación de arco eléctrico.
Soldadoras láser de fibra portátilesUtilice láseres de fibra de clase 4 que emitan radiación de (1080±3) nm con una potencia de salida superior a 1000 W (según el modelo). La exposición directa o indirecta puede dañar los ojos o la piel. Aunque invisible, el haz puede causar daños irreversibles en la retina o la córnea. Utilice siempre gafas de seguridad láser certificadas cuando el láser esté en funcionamiento. Nunca mire directamente al cabezal de salida mientras el láser esté encendido, incluso con las gafas puestas.
2. Configuración de los parámetros de soldadura
Ajuste la potencia del láser a un valor bajo en la pantalla táctil (como se muestra en la Figura 8-2). Coloque la boquilla de cobre del cabezal de soldadura contra la pieza de trabajo y presione el interruptor de la antorcha para emitir el láser para soldar. Parámetros típicos: frecuencia del láser 5000 Hz, velocidad del galvanómetro 300–600, retardo del gas >100 ms, ciclo de trabajo del 100 % para emisión continua. Ajuste el ancho de soldadura según las holguras de montaje; la potencia es ajustable de 0 a 1000 W (0–100 % de la máxima). Después de ingresar los parámetros, haga clic en "Aceptar" y guarde para que la configuración surta efecto.
4. No aumente excesivamente la velocidad de soldadura.
Las soldaduras se forman moviendo la fuente láser (véase la figura 8-3). La profundidad y el ancho dependen de la velocidad y la potencia; con velocidades típicas de 1 a 3 m/min, se obtienen superficies lisas y sin cascarilla, con una relación de aspecto inferior a 1. Para una corriente y un voltaje fijos, la variación de la velocidad afecta directamente al aporte térmico, modificando la penetración y el ancho. Velocidades excesivamente altas provocan un calentamiento insuficiente, lo que conlleva una menor penetración, un ancho reducido, socavaduras, porosidad y una penetración incompleta.
Limpieza mecánica: Utilice cepillos de acero inoxidable o ruedas neumáticas para eliminar los óxidos hasta obtener un acabado blanco brillante. Suelde inmediatamente después del pulido; vuelva a pulir si la soldadura se retrasa más de 36 horas.
Limpieza química: Eliminar óxidos mediante reacciones químicas (los métodos varían según el material). La tabla 8-3 enumera los métodos de limpieza química para aleaciones de aluminio. Eliminar aceite/polvo con disolventes orgánicos (gasolina, alcohol isopropílico) mediante remojo, limpieza y secado.
5. Minimizar la porosidad
La formación de poros de hidrógeno es común en la soldadura láser de aleaciones de aluminio. Para reducirlos, elimine la humedad superficial, el aceite y los óxidos. Prolongar el tiempo de enfriamiento del baño de fusión (aumentando la duración del pulso) facilita la salida de gases, ya que el ciclo térmico rápido de la soldadura láser limita su liberación. Evite las posiciones de enfoque o desenfoque negativo, donde las reacciones intensas en el baño de fusión y la vaporización de la aleación aumentan la porosidad; utilice energía más suave mediante un desenfoque ajustado para reducir la vaporización.
6. Presta atención a la postura al sostener la linterna.
Las antorchas láser portátiles (véase la figura 8-4) son más pesadas que las antorchas TIG y tienen cables gruesos, lo que provoca fatiga en el operario. Para soldaduras prolongadas, sujete la antorcha con ambas manos, mantenga la boquilla en contacto con la pieza de trabajo, alinee visualmente la soldadura y tire de la antorcha de forma constante hacia usted. Ajuste su postura según la posición de soldadura para minimizar la fatiga y la cantidad de uniones.
7. Prevenir lesiones por láser
Un funcionamiento incorrecto puede provocar accidentes. Siga estas reglas:
Nunca mire fijamente el cabezal de salida del láser durante el funcionamiento.
No usarláseres de fibraen ambientes con poca luz u oscuridad.
Nunca apunte la linterna hacia las personas cuando el dispositivo esté activo.
Utilice barreras metálicas a menos de 3 metros de la zona de soldadura.
Restringir el acceso a la zona de soldadura únicamente a los operarios.
Utilice equipo de protección (gafas, mascarilla y guantes certificados). Nunca mire fijamente el cabezal de salida mientras el láser esté encendido, ni siquiera con gafas protectoras.
Manipule la linterna y el cable con cuidado (radio de curvatura mínimo >200 mm).
Desactive la tecla de emisión láser cuando no esté en uso.
Garantizar la calidad de la boquilla para una protección eficaz contra gases:
Paredes interiores lisas, concéntricas con el láser.
Sustituya rápidamente las boquillas deformadas para mantener un movimiento constante de la antorcha.
El tamaño de la abertura de la boquilla (véase la figura 8-6) afecta a la calidad de la soldadura: las aberturas más grandes aumentan el flujo de gas, acelerando la solidificación y elevando los riesgos de porosidad y agrietamiento.
8. Evite las altas velocidades en aleaciones propensas a agrietarse.
Soldadura láser portátilUtiliza antorchas galvanométricas oscilantes, sin alambre y de combustión autógena. Las altas velocidades reducen la penetración, estrechan las soldaduras, provocan socavaduras e interrumpen la cobertura del gas de protección, lo que empeora la protección. Utilice velocidades más bajas para aleaciones propensas a agrietarse.
9. Garantizar la calidad de las juntas
Las diferencias de temperatura y la soldadura sin alambre pueden provocar perforaciones, cráteres o grietas en los cráteres. Suelde de forma continua para minimizar las paradas; si estas son inevitables (por ejemplo, cambios de posición, soldadura segmentada), reduzca la velocidad ligeramente (10 mm) antes de detenerse para evitar la formación de cráteres. Reinicie la soldadura 20 mm después del cráter anterior para garantizar la superposición y la calidad.
10. Siga el movimiento correcto de la linterna.
Tire de la antorcha hacia usted (de lejos a cerca) sin oscilación lateral. Mantenga una velocidad constante mientras supervisa la formación uniforme de la soldadura. Para la soldadura vertical, utilice el movimiento hacia abajo (no hacia arriba) para favorecer una solidificación rápida y garantizar un movimiento constante.
11. Evite socavaduras, filetes pequeños y colapsos en soldaduras a solape.
Para soldaduras a solape, ajuste el ángulo de incidencia del láser de modo que el galvanómetro cubra 2/3 de la placa vertical (véase la figura 8-7). Esto funde la placa vertical (como material de aporte) y 1/3 de la placa base por conducción térmica, formando una soldadura de tamaño adecuado tras el enfriamiento. Las soldaduras a solape deficientes debilitan la resistencia de la unión, reducen la resistencia a las grietas o provocan fallos estructurales; evite la socavación.
12. Reducir la reflectividad en la soldadura de aleaciones de aluminio
El aluminio refleja entre el 60 % y el 98 % de la energía láser. La reflectividad disminuye drásticamente en el punto de fusión y se estabiliza al fundirse. La absorbancia disminuye al aumentar el ángulo de incidencia; la absorción máxima se produce con incidencia normal (ajustar según la protección de la lente). Reduzca la reflectividad eliminando los óxidos mediante limpieza mecánica o química.
13. Uso adecuado del gas de protección
El gas de protección afecta la formación, la penetración y el ancho de la soldadura. La mayoría de los gases mejoran la calidad, pero pueden tener inconvenientes:
Ar: Baja energía de ionización, alta formación de plasma (lo que reduce la eficiencia del láser), pero inerte, de bajo costo y denso, lo que permite cubrir eficazmente el baño de fusión (ideal para uso general).
N₂: Posee una energía de ionización moderada (reduce el plasma mejor que el argón), pero reacciona con el aluminio y el acero al carbono formando nitruros frágiles que reducen la tenacidad (no se recomienda para estos materiales). Es adecuado para el acero inoxidable, donde los nitruros mejoran la resistencia.
14. Caudal del gas de protección
El gas se expulsa a través de la boquilla a una presión específica. El diseño hidrodinámico y el diámetro de salida de la boquilla son fundamentales: debe ser lo suficientemente grande para cubrir la soldadura, pero con un diámetro reducido para evitar el flujo turbulento (que introduce aire y provoca porosidad). Para la soldadura láser manual, el caudal típico es de 7 L/min. Un caudal excesivo introduce contaminantes en el baño de fusión, comprometiendo la pureza del gas; por lo tanto, seleccione el caudal adecuado.
15. Posición de enfoque del láser
Posición de enfoque: Punto más pequeño, energía más alta: úselo parasoldadura por puntoso requisitos de tamaño de punto mínimo y baja energía (véase la figura 8-8).
Desenfoque negativo: Punto más grande (aumenta con la distancia al foco), adecuado para soldadura continua de penetración profunda y soldadura por puntos profunda.
Desenfoque positivo: Punto más grande (aumenta con la distancia al foco), adecuado para el sellado de superficies o la soldadura continua de baja penetración.
Control para soldadura de penetración completa: Un ligero cambio de color en el reverso indica buena calidad; las marcas o penetraciones evidentes provocan salpicaduras o surcos profundos en la soldadura continua. Ajuste el enfoque, la energía y la forma de onda según las muestras. Utilice puntos más pequeños para materiales delgados para evitar perforaciones.
Fecha de publicación: 21 de agosto de 2025
