La soldadura por puntos es un método de unión de alta velocidad y rentable. Es adecuado para conectar componentes de chapa delgada con juntas solapadas que no requieren estanqueidad al aire. Existen muchos tipos de soldadura por puntos, como la soldadura por puntos por resistencia, la soldadura por puntos por arco, la soldadura por puntos adhesiva,soldadura por puntos compuestay soldadura por puntos láser. Actualmente, la soldadura por puntos por resistencia se utiliza ampliamente en la producción. Tomando como ejemplo la industria automotriz, se necesitan de 3000 a 4000 puntos de soldadura durante el ensamblaje de los componentes del panel de la carrocería, lo que requiere de 250 a 300 robots, junto con sistemas de control de soporte y otros equipos auxiliares. Sin embargo, la soldadura por puntos por resistencia tiene poca flexibilidad. Con el rápido desarrollo económico, el ciclo de actualización de las formas geométricas y estructuras de los componentes automotrices se ha vuelto muy corto. La actualización de nuevos productos y modelos requiere un nuevo tipo de tecnología de soldadura por puntos que sea eficiente y flexible. Por lo tanto, la tecnología de soldadura por puntos láser se ha convertido gradualmente en el centro de atención y se espera que se aplique ampliamente en la producción industrial automotriz. En el campo aeroespacial, la soldadura por puntos láser también se está probando como una tecnología alternativa. Durante mucho tiempo, las uniones solapadas de los productos aeroespaciales generalmente han utilizado remaches, lo que implica muchos procesos de producción y una gran carga de trabajo. Con la creciente aplicación de nuevos materiales como aleaciones de aluminio, aleaciones de titanio y materiales compuestos, la adopción de nuevas tecnologías de soldadura para reemplazar los métodos de unión tradicionales se ha convertido en una tendencia dominante. Esto no solo mejora la eficiencia de producción, sino que también reduce el peso estructural y cumple con los nuevos requisitos de diseño estructural, lo cual es de gran importancia para los productos aeroespaciales. La alta precisión y flexibilidad de la soldadura por puntos láser le confieren ventajas significativas en la producción práctica, especialmente en la industria aeronáutica, donde puede reemplazar procesos tradicionales como la soldadura por puntos por resistencia y el remachado.
I. Definición y características de la soldadura por puntos láser
Definición
La soldadura por puntos láser se refiere al proceso de fusión y unión de piezas mediante un único pulso láser (t > 1 ms) o una serie de pulsos láser en la misma posición.
La soldadura por puntos láser es básicamente similar a otros procesos de soldadura láser; la única diferencia es que no hay desplazamiento relativo entre el haz láser y la pieza de trabajo durante la soldadura. La soldadura por puntos láser se divide en dos tipos: soldadura por conducción térmica y soldadura por penetración profunda. En la soldadura por conducción térmica, el láser solo funde el metal sin vaporizarlo. Este método es más adecuado para soldar metales con un espesor inferior a 0,5 mm, como la soldadura por puntos láser Nd:YAG de componentes electrónicos. En la soldadura por puntos láser por penetración profunda, el láser puede entrar directamente en el interior del material a través del orificio, lo que aumenta la tasa de utilización de la energía láser y logra una mayor profundidad de penetración. La soldadura por puntos por resistencia tradicional funde las piezas de trabajo para formar puntos de soldadura utilizando el calor de resistencia generado por la corriente eléctrica, mientras que la fuente de calor de la soldadura por puntos láser proviene de la radiación láser, lo que da como resultado formas de puntos de soldadura significativamente diferentes.
Los parámetros ajustables de la soldadura por puntos láser generalmente incluyen la potencia del láser, el tiempo de soldadura y el grado de desenfoque. Para la soldadura por puntos en modo pulsado, los parámetros también incluyen la forma de onda del pulso, la frecuencia y el ciclo de trabajo. De estos, la potencia del láser afecta principalmente la profundidad de penetración del punto de soldadura, mientras que el tiempo de soldadura tiene un mayor impacto en el tamaño lateral del punto. En general, cuanto mayor sea el tiempo de acción del láser, mayor será el tamaño de las superficies superior e inferior del punto de soldadura y el tamaño de la superficie de fusión. Los cambios en el grado de desenfoque afectan principalmente el diámetro del punto y la densidad de energía que actúa sobre la superficie de la pieza, lo que tiene un impacto significativo en la forma general del punto de soldadura.
Características
- Mediante el uso del láser como fuente de calor, la soldadura por puntos ofrece alta velocidad, alta precisión, bajo aporte de calor y mínima deformación de la pieza de trabajo.
- El grado de libertad en las posiciones de soldadura por puntos mejora enormemente, lo que permite la soldadura por puntos en todas las posiciones y facilita su realización.soldadura por puntos de una sola cara, lo que aumenta significativamente la libertad de diseño del producto.
- La soldadura por puntos láser tiene requisitos mínimos en cuanto al tamaño de las uniones solapadas. Existen restricciones mínimas en parámetros como la cantidad de solapamiento de las uniones y la distancia entre los puntos de soldadura, y no es necesario considerar el impacto de la derivación de corriente.
- Para la soldadura de placas de espesor desigual, materiales diferentes y materiales especiales (aleaciones de aluminio, chapas galvanizadas), la soldadura por puntos láser ofrece mejores resultados que los métodos tradicionales de soldadura por puntos.
- No requiere una gran cantidad de equipos auxiliares, puede adaptarse rápidamente a los cambios de producto y satisfacer las demandas del mercado.
II. Análisis de defectos en la soldadura láser por puntos
Las grietas, los poros y el hundimiento son los defectos más comunes en la soldadura por puntos láser, que se analizan uno por uno a continuación.
1. Grietas
Las grietas se dividen en superficiales y longitudinales. Las velocidades de calentamiento y enfriamiento durante la soldadura láser por puntos son muy rápidas, lo que genera un gran gradiente de temperatura entre la zona calentada y el metal circundante, facilitando así la formación de grietas. La aparición de grietas está estrechamente relacionada con el material; por ejemplo, las aleaciones de aluminio tienen una mayor tendencia a agrietarse durante la soldadura láser por puntos que el acero inoxidable. Un método eficaz para suprimir la formación de grietas consiste en optimizar la forma de onda del pulso para controlar la velocidad de enfriamiento durante el proceso de solidificación del metal y reducir las tensiones internas.
2. Poros
Los defectos porosos (poros) en las soldaduras por puntos láser se pueden clasificar en poros pequeños y poros grandes. Los poros pequeños se deben principalmente a la disminución de la solubilidad del hidrógeno en el metal líquido durante la solidificación, así como a la rápida evaporación del metal en el orificio y a la alteración del baño de fusión. Los poros grandes se deben principalmente a la velocidad de enfriamiento excesiva durante la soldadura por puntos láser, lo que impide que el metal alrededor del orificio se rellene correctamente. Generalmente, los poros pequeños tienden a formarse en la soldadura por puntos de pulso largo, mientras que los poros grandes suelen aparecer en la soldadura por puntos de pulso corto.
En la soldadura por puntos láser, es más probable que aparezcan poros en dos zonas: una cerca de la zona de fusión, en el centro del punto de soldadura, y la otra en la raíz de la soldadura. Las imágenes de fusión obtenidas mediante rayos X muestran que los poros cerca de la zona de fusión se deben principalmente al estrechamiento del orificio cuando este se cierra; en el caso de los poros en la raíz de la soldadura, estos se forman principalmente por el colapso del orificio debido a la rápida desaparición del láser tras su formación.
3. Desgaste
El hundimiento es un fenómeno evidente en la soldadura láser por puntos. El hundimiento central en la superficie del punto de soldadura y la acumulación de metal a su alrededor se deben a la fuerza de retroceso generada por la vaporización del metal, que empuja el metal líquido hacia la superficie. Durante el enfriamiento, el metal acumulado se solidifica rápidamente y no se puede rellenar por completo. Además, la pérdida de material causada por la rápida evaporación y las salpicaduras del metal es otro factor que contribuye al hundimiento central. El tiempo de pulso influye significativamente tanto en el hundimiento de la superficie del punto de soldadura como en la formación de poros. Se pueden obtener puntos de soldadura satisfactorios optimizando la forma de onda y el tiempo del pulso.
4. Impacto de la cantidad de desenfoque en los puntos de soldadura
Los cambios en la cantidad de desenfoque alteran directamente el diámetro del punto y la densidad de energía. Cuando la cantidad de desenfoque aumenta tanto en dirección negativa como positiva, significa que el diámetro del punto aumenta y la densidad de energía disminuye. Durante la soldadura por puntos láser, existe una relación de correspondencia entre el diámetro del punto y el tamaño del orificio inicial formado por el láser incidente sobre la pieza de prueba, mientras que la densidad de energía determina la velocidad de expansión del baño de fusión. Cuando el valor absoluto de la cantidad de desenfoque es pequeño, el diámetro del punto láser es pequeño, la densidad de potencia del láser es alta y la velocidad de expansión del baño de fusión del punto de soldadura es rápida, pero el diámetro del orificio inicial es pequeño. Por el contrario, cuando la cantidad de desenfoque es grande, el diámetro del orificio inicial es grande, pero la velocidad de expansión del baño de fusión disminuye y el tamaño del punto de soldadura resultante puede no ser grande. Por lo tanto, durante el cambio de la cantidad de desenfoque, el efecto combinado del diámetro del punto y la densidad de potencia superficial del punto de soldadura determina el tamaño del punto de soldadura.
III. Aplicación de la tecnología de soldadura por puntos láser
La soldadura por puntos láser ofrece alta velocidad, gran profundidad de penetración, mínima deformación y puede realizarse a temperatura ambiente o en condiciones especiales con equipos de soldadura sencillos. Además, la aparición de láseres de pulsos de alta frecuencia (con una frecuencia superior a 40 pulsos por segundo) ha permitido la amplia aplicación de la soldadura por puntos láser en el ensamblaje y la soldadura de micro y pequeños componentes en la producción automatizada en masa. Al soldar pequeños componentes electrónicos que requieren una zona afectada por el calor reducida —como la unión entre vidrio y metal, la unión de juntas en circuitos semiconductores sensibles al calor y la unión entre diferentes metales en cables— la soldadura por puntos láser resulta más ventajosa que los procesos de soldadura por puntos tradicionales (por ejemplo, soldadura por puntos por resistencia), ya que produce puntos de soldadura sin contaminación y con una alta calidad de soldadura. La figura 6-60 muestra un ejemplo de aplicación de la soldadura por puntos láser en la producción de faros de automóviles: un láser de pulsos de estado sólido de 500 W genera cuatro puntos de soldadura similares con una frecuencia de pulso muy alta.
Para la soldadura por puntos de alta precisión en microestructuras mediante pulsos de alta energía, los láseres Nd:YAG pulsados ofrecen ventajas técnicas y económicas. En la mayoría de las aplicaciones industriales de soldadura por puntos, se utilizan láseres de estado sólido pulsados con una potencia media de 50 W y una potencia de pulso superior a 2 kW. El láser puede actuar directamente sobre la pieza de trabajo mediante fibras ópticas o lentes de enfoque combinadas.
La soldadura por puntos láser es aplicable a una amplia gama de materiales. Por ejemplo, al soldar por puntos baterías de Li, utilizando Nd:Tecnología de soldadura por puntos láser YAGLa unión de diferentes metales resulta más eficiente que la soldadura TIG y la soldadura por puntos por resistencia. En particular, dado que se utilizan fibras ópticas para transmitir láseres durante la producción, es conveniente desplazarse con rapidez y flexibilidad entre distintos bancos de trabajo.
En resumen, la soldadura por puntos láser presenta las siguientes características:
- Con el aumento de la potencia del láser, el diámetro de la superficie del punto de soldadura fluctúa, mientras que el diámetro de la superficie de fusión y la superficie inferior aumentan lentamente. El cambio en la forma de la sección transversal del punto de soldadura no es evidente. A medida que aumenta la duración, el tamaño del punto de soldadura aumenta rápidamente, y la tasa de cambio del diámetro de la superficie de fusión es mayor que la de los diámetros de las superficies superior e inferior. El cambio en la cantidad de desenfoque tiene un impacto significativo en el tamaño del punto de soldadura. Altera directamente el diámetro del punto y la densidad de potencia del láser, y el efecto combinado de estos dos factores determina el tamaño del punto de soldadura.
- En caso de penetración completa, se observa un hundimiento evidente en la superficie de la soldadura láser. Al aumentar la potencia y la duración del láser, la profundidad del hundimiento en la superficie de la soldadura aumenta. Cuando la duración o el tamaño del espacio son grandes, la superficie inferior también puede presentar hendiduras.
- A medida que aumenta la separación, la deformación general del punto de soldadura, el hundimiento central y la indentación se hacen evidentes. La superficie de fusión se contrae y la resistencia disminuye rápidamente. Actualmente, en la soldadura de resistencias, baterías y componentes electrónicos, se utiliza comúnmente el proceso de soldadura simultánea de dos puntos, que generalmente emplea un diseño con dos fuentes de luz láser.
Fecha de publicación: 27 de octubre de 2025
