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Soldadura por láser de fibra
La soldadura por láser es una tecnología de soldadura que se utiliza para unir varios componentes metálicos. Un láser produce un haz de gran intensidad que se concentra en un punto. Esa fuente de calor concentrado permite conseguir soldaduras finas y profundas y a gran velocidad.
Las tecnologías tradicionales de soldadura por láser, como los láseres de soldadura CO2 de onda continua, presentan limitaciones en lo que respecta a la precisión y emiten mucho calor no deseado en la soldadura. Por otro lado, las limitaciones del láser tradicional pulsado de Nd:YAG son la velocidad máxima de soldadura, el tamaño mínimo de punto que se puede conseguir y la eficiencia de conversión energía eléctrica a óptica que se puede obtener. Cada vez hay más aplicaciones que requieren un mayor control de la precisión, menos emisión de calor y menos consumo de energía eléctrica. La soldadura por láser de fibra de onda continua es una tecnología que presenta esas características.
En un láser de fibra, la luz láser se genera en una fibra activa y se guía a la pieza de trabajo mediante una fibra de suministro flexible, que actúa como «guía de luz». La flexibilidad de suministro de ese haz láser es una característica importante para muchos tipos de procesamiento de materiales, como el corte por láser, la soldadura por láser, el marcado por láser y el grabado por láser.
Onda continua u onda pulsada en la soldadura de metales
Los láseres de fibra están disponibles con los dos tipos de energía: Continua y pulsada. Tal como indica su nombre, los láseres de onda continua (CW, por sus siglas en inglés) producen una emisión continua e ininterrumpida. Esa emisión puede presentar un tiempo de subida (inicio suave) al conectarse, una modulación de energía mientras está activa y una caída de la corriente cuando se desconecta (relleno del cráter). Obviamente, este tipo de láser también se puede conectar y desconectar para generar pulsos. Sin embargo, el máximo nivel de potencia nunca puede superar la potencia media.
Por el contrario, los láseres de fibra pulsados suministran un pulso de energía que, por lo general, es de diez a veinte veces superior a su potencia media. Por ejemplo, un láser puede tener una potencia media de 300 W y una potencia máxima de 6000 W. Con frecuencia, estos láseres se conocen como láseres de fibra de onda casi continua (QCW, por sus siglas en inglés).
Soldadura por láser de piezas muy pequeñas y estructuras finas
Se pueden soldar las piezas más pequeñas con láseres de fibra de baja potencia, por lo general, con un intervalo de potencia media de 100 a 200 W. Estos láseres son adecuados para este tipo de soldadura debido a sus características: [Profundidad de penetración de la soldadura por láser de fibra]
- Diámetros de núcleos de fibra muy pequeños. El bajo nivel de potencia y la gran calidad del haz permiten emitir una potencia de hasta 500 W hacia núcleos de 10 o 20 micras, lo que da lugar por puntos de soldadura de tamaño muy pequeño.
- Excelente estabilidad de la potencia. Un láser de fibra será estable hasta aproximadamente el 10 % de su nivel de potencia. Por ejemplo, un láser de 200 W será estable hasta una potencia de 20 W. Cuando se combina con una longitud de pulso de 1 ms, se pueden alcanzar energías pulsadas de soldadura de 20 mJ. Este valor es suficiente para las soldaduras más finas que se pueden encontrar en la soldadura de metales de precisión.
Las aplicaciones más habituales son las endoprótesis, las pequeñas mallas médicas y las membranas finas para sensores de presión. Los materiales más frecuentes son alambres de nitinol de 50 micras, alambres de bobinas de platino de 10 a 50 micras, láminas de acero inoxidable de 10 micras, etc.
Cobre de 0,012" a acero de 0,015"
Cobre revestido de níquel de 0,012" a acero de 0,015"
Soldadura de metales finos de potencia media a gran velocidad
Los láseres de fibra de 500 a 1200 W y con un diámetro de núcleo de fibra de 100 a 300 micras suelen reemplazar los láseres pulsados de YAG y los láseres de disco en la soldadura de metales de precisión. En ese margen, el láser de fibra proporcionará una mayor velocidad de soldadura para el mismo nivel de inversión. La velocidad de soldadura puede ser hasta diez veces mayor. Como indicación, un láser de fibra de 500 W generará una soldadura de 1 mm de profundidad y 1 mm de ancho, aproximadamente a 1 cm/segundo en acero suave. Este láser resulta difícil de superar en lo que respecta a su relación calidad-precio si la aplicación es adecuada para este tipo de soldadura.
Soldadura de metales finos de media potencia con láseres de un solo modo
Hay un tipo de soldadura especial que se puede realizar con láseres de un margen de potencia de hasta 500 W que tienen una fibra de diámetro muy pequeño, de 20 micras o menos. Debido a este diámetro pequeño, se obtiene una gran concentración de energía, lo que produce soldadura de cerradura.
Por lo general, este tipo de soldadura se combina con un cabezal de escaneado que permite que el haz láser progrese a gran velocidad. El haz láser se puede mover lineal o circularmente, o siguiendo un patrón oscilante para lograr un haz de soldadura más ancho.
Soldadura de metales por láser de gran potencia
Los láseres de fibra con un margen de potencia de 1000 a 5000 W pueden soldar conexiones de metales más pesados a gran velocidad. Las aplicaciones pueden ser tan variadas como láminas de acero inoxidable para encimeras de cocina, placas posteriores de acero galvanizado para televisores LCD de pantalla plana, láminas de acero para estatores de electromotores, piezas estructurales como válvulas de descarga de turbocompresores, fuelles de acero inoxidable, alambres de cobre, lengüetas de baterías, etc. Se pueden soldar grosores de hasta 5 mm y se pueden alcanzar velocidades de hasta 50 cm/segundo. Los láseres de fibra con este margen de potencia están reemplazando cada vez más a otros procesos de soldadura, como la soldadura por resistencia (soldadura por puntos), soldadura TIG, soldadura MIG, soldadura por haz de electrones, etc. Con láseres con estos niveles de potencia, la velocidad de soldadura suele limitarse únicamente a la velocidad de movimiento del sistema o de las piezas y a la introducción y la retirada de piezas del sistema. Se prevé que, en los próximos años, la potencia de estos láseres aumente entre un 20 y un 30 % cada año, y que cada vez se reemplacen más procesos de soldadura tradicional por la soldadura por láser.