¿Qué son las tecnologías avanzadas de soldadura?

¿Qué son las tecnologías avanzadas de soldadura?

(1) Soldadura híbrida láser-arco

La tecnología de procesamiento mediante haces de alta energía está considerada como la tecnología de procesamiento más prometedora del siglo XXI, ya que se cree que "aportará cambios revolucionarios a la tecnología de procesamiento y fabricación de materiales", y actualmente es el campo técnico de más rápido crecimiento y el que más se investiga.

El desarrollo deequipos de soldaduraEl término "a gran escala" tiene dos significados: uno es el aumento de la potencia del equipo y el otro, el aumento del tamaño de las piezas soldadas. Debido a la elevada inversión inicial en equipos de soldadura avanzados, especialmente los de soldadura láser y por haz de electrones, el aumento de la potencia, la mejora de la profundidad de penetración y la estabilidad del proceso de soldadura pueden reducir relativamente los costes, lo que los hace atractivos para la industria. Por lo tanto, la tecnología de soldadura híbrida basada en láseres ha captado la atención. De hecho, la soldadura híbrida láser-arco se propuso ya en la década de 1970, pero las aplicaciones industriales estables surgieron solo en los últimos años, beneficiándose principalmente del desarrollo de la tecnología láser y los equipos de soldadura por arco, en especial de la mejora de la potencia del láser y la tecnología de control del arco. La soldadura híbrida láser-arco implica principalmente la combinación del láser con el arco de tungsteno con gas inerte (TIG), el arco de plasma y el arco activo. Mediante la interacción entre el láser y el arco, se pueden superar las deficiencias de cada método de soldadura, lo que da como resultado un buen efecto híbrido.

La soldadura híbrida láser-arco mejora significativamente la eficiencia de la soldadura, principalmente gracias a dos efectos: primero, la alta densidad de energía conduce a una mayor velocidad de soldadura y reduce la pérdida de calor de la pieza; segundo, el efecto de superposición de la interacción entre las dos fuentes de calor. Al soldar acero, el plasma láser estabiliza el arco; al mismo tiempo, el arco penetra en el centro del baño de fusión, reduciendo la pérdida de energía. La combinación de láser y TIG puede aumentar significativamente la velocidad de soldadura, aproximadamente al doble que la soldadura TIG. El desgaste del electrodo de tungsteno también se reduce considerablemente, aumentando su vida útil; el ángulo de la ranura también se puede reducir significativamente, y el área de la sección transversal de la soldadura es similar a la de la soldadura láser. En comparación con la soldadura híbrida láser-arco simple, la soldadura híbrida láser-arco doble puede reducir el aporte de calor de soldadura en un 25 % y aumentar la velocidad de soldadura en aproximadamente un 30 %.

Las principales ventajas de la soldadura híbrida láser-arco (o arco de plasma) son la mejora de la velocidad de soldadura y la profundidad de penetración. Debido al calentamiento por arco, la temperatura del metal aumenta, reduciendo su reflectividad al láser e incrementando la absorción de energía lumínica. Este método se ha probado en soldadura láser de CO₂ de baja potencia, así como en soldadura láser de CO₂ de 12 kW y láseres YAG de 2 kW con transmisión por fibra óptica, sentando las bases para la soldadura híbrida láser-arco (o arco de plasma) robótica. En los últimos años, la tecnología de soldadura híbrida, derivada de la combinación láser-arco, ha experimentado un desarrollo significativo, y su aplicación en componentes complejos de los sectores aeroespacial, militar y otros ha recibido una atención creciente. Actualmente, la tecnología de soldadura híbrida que combina haces de alta energía con diferentes arcos se ha convertido en uno de los temas más relevantes en el campo de la soldadura por haz de alta energía.

(2) Soldadura por fricción-agitación

La soldadura por fricción-agitación (FSW, por sus siglas en inglés) es una tecnología de soldadura patentada desarrollada por el Welding Institute (TWI, por sus siglas en inglés) del Reino Unido a principios de la década de 1990. Permite soldar metales no ferrosos que son difíciles de soldar mediante métodos de soldadura por fusión.

La soldadura por fricción-agitación presenta ventajas como un proceso de unión sencillo, granos finos en la junta soldada, buen rendimiento a la fatiga, a la tracción y a la flexión, ausencia de necesidad de alambres de soldadura o gases de protección, ausencia de arco eléctrico y baja tensión residual y deformación tras la soldadura. Se ha aplicado en la industria aeroespacial de países desarrollados de Europa y América, y se ha utilizado con éxito en la soldadura de recipientes a presión de paredes delgadas de aleación de aluminio que operan a bajas temperaturas, completando la unión a tope recta de soldaduras longitudinales y la unión a tope circunferencial de soldaduras circulares. Esta tecnología se ha adoptado en el diseño estructural de vehículos nuevos y se aplica en los sectores aeroespacial, de transporte, automotriz y otros sectores industriales.

(3) Soldadura por difusión al vacío

La continua aparición de materiales avanzados plantea nuevos desafíos para las tecnologías de unión. La unión de muchos materiales nuevos, como aleaciones resistentes al calor, cerámicas de alta tecnología, compuestos intermetálicos y materiales compuestos, especialmente la unión de materiales diferentes, es difícil de lograr utilizando métodos convencionales de soldadura por fusión, por lo que han surgido la unión por difusión en estado sólido y otras tecnologías. Por ejemplo, la tecnología de soldadura por difusión con conformado superplástico se ha aplicado con éxito en estructuras de panal de aleación de titanio para aeronaves. Las cerámicas y los metales se pueden unir mediante soldadura por difusión; la aplicación de la tecnología de soldadura por difusión en fase líquida transitoria ha resuelto muchos problemas difíciles de unión de materiales duros que no se podían resolver mediantesoldadura por fusiónen el pasado.

La unión en estado sólido se puede dividir en dos categorías. Una es el método de unión con baja temperatura, alta presión y corto tiempo, que promueve el contacto cercano de la superficie de la pieza de trabajo y la ruptura de la película de óxido a través de la deformación plástica local. La deformación plástica es el factor dominante en la formación de la unión. Dichos métodos de unión incluyen:soldadura por fricciónLa soldadura por explosión, la soldadura por presión en frío y la soldadura por presión en caliente, que generalmente se denominan soldadura por presión, son dos métodos. El otro es el método de unión por difusión, que utiliza alta temperatura, baja presión y un tiempo relativamente prolongado, generalmente realizado en atmósfera protectora o vacío. Este método de unión produce una deformación plástica mínima, y ​​la difusión interfacial es el factor dominante en la formación de la unión. Estos métodos de unión incluyen principalmente la soldadura por difusión, como la soldadura por difusión al vacío, la soldadura por difusión en fase líquida transitoria, la soldadura por difusión por prensado isostático en caliente y la soldadura por difusión con conformado superplástico.

Además de la continua aparición de métodos de soldadura avanzados y nuevos procesos (los anteriores son solo algunos ejemplos), el nivel de mecanización y automatización de diversos métodos de soldadura mejora constantemente. El progreso de la tecnología electrónica, la tecnología de sensores, la informática y la tecnología de control ha impulsado enormemente el desarrollo de la disciplina de la soldadura, llevando la automatización de la soldadura hacia el control inteligente. En particular, la introducción a gran escala de robots de soldadura ha superado el modo de automatización rígido tradicional de la soldadura, abriendo un nuevo modo de automatización flexible y proporcionando un espacio de desarrollo más amplio para la tecnología de soldadura. La soldadura se ha convertido en un método de procesamiento indispensable en la fabricación moderna. Además, con el progreso de la ciencia y la tecnología y el desarrollo socioeconómico, los campos de aplicación de la soldadura/unión avanzada continuarán expandiéndose.

(4) Soldadura automatizada e inteligente

La mecanización y la automatización son fundamentales para mejorar la productividad de la soldadura, garantizar la calidad del producto y optimizar las condiciones de trabajo. La automatización de la producción de soldadura representa el futuro desarrollo de esta tecnología. Sin embargo, la mejora de la eficiencia y la calidad de la soldadura presenta ciertas limitaciones desde la perspectiva de los procesos de soldadura. Métodos como la soldadura por haz de electrones, la soldadura láser y la soldadura por fricción-agitación exigen una geometría de ranura y una calidad de ensamblaje precisas. Tras la soldadura automática, la estructura soldada resultante es pulcra, precisa y estética, superando las limitaciones de la operación manual en los talleres de soldadura del pasado.

Como uno de los símbolos más importantes del desarrollo de la tecnología de fabricación moderna y de la industria tecnológica emergente, los robots han tenido un impacto significativo en diversos campos de las industrias de alta tecnología. La complejidad de los procesos de soldadura y los estrictos requisitos de calidad, junto con el bajo nivel tecnológico y las precarias condiciones laborales, hacen que los procesos de soldadura automatizados e inteligentes reciban especial atención. Actualmente, entre el 30 % y el 40 % de los robots a nivel mundial se utilizan en la tecnología de soldadura. Inicialmente, los robots de soldadura se aplicaban principalmente en las líneas de producción de soldadura por puntos en la industria automotriz, y en los últimos años se han extendido gradualmente a otros campos de producción.

El primer enfoque de desarrollo desoldadura inteligentees el sistema de visión. Los sistemas de visión desarrollados actualmente permiten a los robots modificar automáticamente la trayectoria de movimiento de la antorcha según condiciones específicas durante la soldadura, y algunos pueden ajustar oportunamente los parámetros del proceso según el tamaño de la ranura.