Aplicación de soldadura láser en acero inoxidable 2

Aplicación de la soldadura láser en acero inoxidable

Fundamentos de Soldadura Láser

Comprender los fundamentos de la soldadura láser es esencial para producir soldaduras resistentes y consistentes en acero inoxidable. El proceso depende de parámetros estrictamente controlados que determinan la profundidad de penetración, el ancho de la soldadura y el tamaño de la zona afectada por el calor. Los siguientes conceptos definen cómo interactúa un láser con el acero inoxidable y cómo diferentes ajustes influyen en los resultados.

Modo Conductivo VS. Modo de Penetración

Modo Conductivo: La energía del láser funde la superficie del metal, y el calor se transmite al interior del material principalmente por conducción térmica. Esto produce soldaduras anchas y poco profundas con mínima vaporización, ideales para secciones delgadas, bajo aporte térmico y soldaduras estéticas.

Modo de Penetración: En densidades de potencia más altas, el láser vaporiza el metal en el punto focal del haz, creando una pequeña cavidad (penetración). El haz penetra profundamente, permitiendo soldaduras estrechas y profundas en secciones más gruesas. Este modo ofrece máxima penetración, pero requiere un control preciso para evitar porosidad e inestabilidad.

Onda Continua (CW) VS. Pulsada

Onda Continua (CW): Proporciona una potencia constante y sin interrupciones. Ideal para costuras largas y continuas donde la velocidad y la consistencia de penetración son prioritarias, comúnmente utilizada en líneas de producción automatizadas.

Pulsada: Proporciona energía en impulsos controlados. Útil para piezas sensibles al calor, trabajos de detalle fino o soldadura por puntos. La soldadura pulsada reduce la distorsión y el tono de calor, haciéndola adecuada para ensamblajes de precisión y componentes finos de acero inoxidable.

Calidad del Haz, Tamaño del Punto y Energía por Unidad de Longitud

Calidad del Haz: Una mayor calidad del haz (medida por M²) produce un punto más pequeño y enfocado, permitiendo soldaduras más finas y mayor penetración con menor potencia.

Tamaño del Punto: Los puntos más pequeños aumentan la densidad de energía, mejorando la penetración. Los puntos más grandes distribuyen el calor, reduciendo el riesgo de perforación en materiales finos.

Energía por Unidad de Longitud: El equilibrio entre la potencia del láser y la velocidad de desplazamiento determina la entrada de energía total. Demasiada energía provoca distorsión y una ZAT excesiva; muy poca resulta en fusión débil o incompleta.

Oscilación y Óptica de Barrido

Soldadura por Oscilación: Consiste en hacer oscilar el haz láser en patrones pequeños mientras se mueve a lo largo de la junta. Mejora el puenteado de huecos, reduce la sensibilidad al alineamiento y puede producir cordones de soldadura más anchos y tolerantes.

Óptica de Barrido: Utiliza espejos o galvanómetros para mover el haz láser a alta velocidad sobre la pieza de trabajo. Permite cambios rápidos de patrón, múltiples puntos de soldadura e integración con automatización. Son especialmente valiosas en producción masiva y geometrías complejas.

El rendimiento de la soldadura láser depende de cómo se controle la interacción del haz con el material. El modo de conducción es adecuado para soldaduras finas y superficiales, mientras que el modo de clave permite una penetración profunda. La soldadura continua (CW) ofrece velocidad y consistencia, mientras que el modo pulsado controla el calor en partes delicadas. La calidad del haz y el tamaño del punto determinan la densidad de energía, y es fundamental ajustar la energía por unidad de longitud a la unión para lograr resistencia sin deformaciones. Técnicas avanzadas como la soldadura con movimiento oscilante y óptica de escaneo amplían la flexibilidad, convirtiendo la soldadura láser en una herramienta versátil para la fabricación en acero inoxidable en diversas industrias.

Reglas de Diseño y Ajuste de la Unión

En la soldadura láser, el diseño de la junta y la precisión del ajuste tienen un impacto directo en la calidad de la soldadura, la penetración y la apariencia. A diferencia de algunos procesos de soldadura por arco, la soldadura láser ofrece menos tolerancia a grandes huecos o desalineaciones debido a su haz estrecho y pequeño pozo de fusión. Elegir el tipo correcto de junta, preparar adecuadamente los bordes y asegurar un ajuste preciso son esenciales para obtener soldaduras de acero inoxidable fuertes y sin defectos.

Juntas de punta

Descripción: Dos piezas alineadas en el mismo plano, unidas a lo largo de sus bordes.

Consideraciones para la soldadura láser: Funciona mejor con huecos mínimos o nulos (<0,1 mm para secciones delgadas). Requiere una preparación precisa de los bordes para evitar fusión incompleta. El modo de penetración profunda (keyhole) suele utilizarse para secciones más gruesas.

Aplicaciones: Paneles de chapa metálica, recipientes a presión, tuberías.

Juntas solapadas

Descripción: Una pieza se superpone a otra, y el láser penetra a través de la capa superior hacia la inferior.

Consideraciones de Soldadura Láser: Efectiva para unir espesores disímiles. La solapa debe ser consistente y las superficies deben estar limpias para evitar contaminantes atrapados. Un ligero desenfoque puede mejorar la consistencia de penetración.

Aplicaciones: Paneles de carrocería automotriz, carcasas, ensamblajes estructurales ligeros.

Juntas a Tope

Descripción: Piezas unidas en un ángulo, típicamente 90°, con el metal de soldadura depositado en la esquina.

Consideraciones de Soldadura Láser: Ideal para automatización pero requiere alineación precisa de las juntas. El redondeo de los bordes puede mejorar el acceso del haz en esquinas cerradas. La soldadura con oscilación puede ayudar a rellenar la junta de manera uniforme.

Aplicaciones: Bastidores, soportes, estructuras tipo caja.

Bordes y Esquinas

Descripción: Incluye juntas en esquina y soldaduras de borde, donde el haz fusiona el material en el límite.

Consideraciones para la soldadura láser: Especialmente sensible a errores de alineación. Una baja entrada de calor minimiza la distorsión, pero se requiere un agarre cuidadoso para mantener la geometría intacta. Se utiliza a menudo para piezas decorativas de acero inoxidable debido a las costuras limpias y visibles.

Chaflanes y Preparaciones

Descripción: Bordes biselados o preparados que permiten una mayor penetración o acomodan el material de aportación.

Consideraciones para la soldadura láser: Común para secciones más gruesas de acero inoxidable donde se requiere penetración en un solo paso. El ángulo de chaflán y la cara de raíz deben ser consistentes; un bisel excesivo puede reducir la eficiencia de la unión.

Soldadura de puntos de unión (Tack Welding)

Descripción: Soldaduras pequeñas y temporales que mantienen las piezas alineadas antes de la soldadura final.

Consideraciones para la soldadura láser: Evita el movimiento de las piezas durante la soldadura y minimiza la variación de la separación. Los puntos de soldadura láser son rápidos, generan baja distorsión y se automatizan fácilmente. El espaciado de los puntos debe corresponder al espesor del material y a la rigidez de la unión.

La soldadura láser exige un ajuste preciso y una preparación consistente de las juntas, ya que el proceso genera una pequeña piscina de material fundido con muy poca tolerancia a huecos o desalineaciones. Las juntas a tope requieren un contacto casi perfecto en los bordes, las juntas traslapadas necesitan superficies limpias y superpuestas, y las juntas a filete se benefician de un acceso preciso a las esquinas. Los bordes, esquinas y chaflanes deben ser consistentes para lograr una penetración completa, y la soldadura de puntos asegura que las piezas permanezcan alineadas durante la soldadura de alta velocidad. Al seguir estas reglas de diseño de juntas y ajuste, las soldaduras en acero inoxidable serán fuertes, precisas y visualmente limpias.