Tabla de espesores de soldadura láser y ajustes de potencia

El espesor de la soldadura láser es un aspecto crucial del proceso de soldadura que determina la calidad y la resistencia de la soldadura. Comprender los factores que influyen en el espesor alcanzable en la soldadura láser ayuda a optimizar el proceso para diferentes materiales y aplicaciones.

Introducción a la soldadura láser y su importancia

La soldadura láser es un proceso de alta precisión muy utilizado en diversas industrias debido a su capacidad para crear soldaduras fuertes y limpias con una distorsión mínima. Es especialmente valioso en aplicaciones en las que la precisión y el control de los parámetros de soldadura son esenciales. El grosor de la soldadura es un parámetro clave que influye en las propiedades mecánicas y la integridad general de la unión soldada.

Factores clave que influyen en el espesor de la soldadura láser

Potencia láser

La potencia del láser afecta directamente a la profundidad de penetración en el material. Una mayor potencia del láser puede soldar materiales más gruesos al proporcionar la energía necesaria para fundir y fusionar capas más profundas. Por ejemplo, soldar acero inoxidable de 10 mm de grosor puede requerir una potencia láser de unos 5 kW, mientras que los materiales más finos, como el acero inoxidable de 2 mm, pueden necesitar sólo 1 kW. A la inversa, una potencia de láser más baja es adecuada para materiales más finos, a fin de evitar quemaduras y una fusión excesiva.

Tipo de material

Los distintos materiales tienen propiedades diferentes, como la conductividad térmica, el coeficiente de absorción y el punto de fusión, que influyen en su respuesta a la soldadura láser. Por ejemplo, el aluminio, con su alta conductividad térmica, requiere una mayor potencia láser y velocidades de soldadura más lentas que el acero inoxidable para conseguir el mismo grosor. El cobre, con su alta reflectividad, exige fuentes láser especializadas o tratamientos superficiales para garantizar una absorción eficaz de la energía.

Velocidad de soldadura

La velocidad a la que el láser se desplaza por el material influye en el aporte de calor y, en consecuencia, en el grosor de la soldadura. Las velocidades de soldadura más lentas permiten que penetre más energía en el material, lo que da lugar a soldaduras más profundas. Por ejemplo, reducir la velocidad de soldadura de 3 m/min a 1 m/min puede aumentar significativamente la profundidad de penetración en materiales como el aluminio y el acero inoxidable. Las velocidades más rápidas se utilizan con materiales más finos para evitar el sobrecalentamiento y la distorsión.

Posición Focus

La posición del foco láser con respecto a la superficie del material es fundamental. En el caso de materiales más gruesos, el foco suele situarse por encima de la soldadura para lograr una mejor penetración. En el caso de materiales más finos, el foco se sitúa por debajo de la soldadura para minimizar la zona afectada por el calor y evitar deformaciones. Ajustar la posición del foco unos pocos milímetros puede afectar notablemente a la calidad y profundidad de la soldadura.

Diámetro del haz

El diámetro del haz láser afecta a la densidad de energía. Un diámetro de haz más pequeño proporciona una mayor densidad de energía, adecuada para soldar materiales más finos. Por ejemplo, un diámetro de haz de 0,2 mm podría utilizarse para aplicaciones de chapas finas, mientras que un diámetro de haz mayor, de 0,6 mm, es beneficioso para soldar materiales más gruesos. Un haz de mayor diámetro distribuye la energía sobre un área más amplia, lo que resulta beneficioso para soldar materiales más gruesos.

Consideraciones prácticas

A la hora de configurar un proceso de soldadura láser, es esencial tener en cuenta la interacción entre estos factores. Por ejemplo, aumentar la potencia del láser sin ajustar la velocidad de soldadura o la posición de enfoque puede provocar defectos como una fusión excesiva o incompleta. Del mismo modo, optimizar el diámetro del haz y la posición de enfoque en función del tipo y el grosor del material garantiza una soldadura de alta calidad.

Los fabricantes suelen utilizar tablas exhaustivas que correlacionan la potencia del láser, el grosor del material y la velocidad de soldadura para guiar la configuración. Estas tablas proporcionan parámetros específicos para diferentes materiales y espesores, garantizando soldaduras consistentes y fiables.

Al conocer y ajustar estos parámetros, los fabricantes pueden lograr un control preciso del espesor de soldadura, lo que se traduce en una mejora de la calidad y el rendimiento de la soldadura.

Parametrización del proceso de soldadura láser

La clave de los equipos de soldadura láser es la configuración y el ajuste de los parámetros del proceso. Se seleccionan diferentes velocidades de barrido, anchuras, potencias, etc., en función del grosor y el tipo de material (normalmente no es necesario ajustar el ciclo de trabajo ni la frecuencia de impulsos). En la tabla siguiente se muestran los parámetros de proceso más comunes.

Parámetros del proceso lineal de soldadura láser

① Optimice la amplitud de oscilación del galvanómetro para que coincida exactamente con la anchura de la pieza que se está soldando. Esto garantiza una distribución uniforme de la energía en todo el cordón de soldadura.

② Los requisitos de potencia del láser están directamente relacionados con el grosor del material. Las planchas más gruesas requieren una mayor potencia láser para lograr una penetración completa, mientras que los materiales más finos requieren menos potencia para evitar quemaduras y distorsiones.

③ Para chapas finas de menos de 1,0 mm, el ajuste fino de los parámetros del láser es crucial. Ajuste el ciclo de trabajo en función del grosor del material para controlar la entrada de calor y la profundidad de penetración. Estos parámetros influyen principalmente en las características de penetración de la soldadura y minimizan la zona afectada por el calor (ZAC).

④ La técnica de soldadura lineal es versátil, adecuada para diversas configuraciones de unión, incluidas las soldaduras diagonales y a tope. Ofrece una calidad de soldadura uniforme en diferentes geometrías cuando se optimiza adecuadamente.

⑤ El rango de frecuencia óptimo para la oscilación del cabezal de soldadura es de 4-20Hz. Dentro de este rango, ajuste la densidad de potencia según las propiedades del material, el espesor y las características de soldadura deseadas. Las frecuencias más altas generalmente permiten velocidades de soldadura más rápidas, pero pueden requerir una mayor potencia.

⑥ Para la soldadura de ángulos internos, emplee una amplitud de oscilación del galvanómetro reducida. La reducción de la amplitud de oscilación concentra la energía, lo que produce una penetración más profunda y una fusión más fuerte en la interfaz de la junta. Sin embargo, equilibre esto con el riesgo de socavación o penetración excesiva.

Nota especial:

Los parámetros mencionados sirven como directrices generales y deben ajustarse en función de varios factores críticos, como la potencia del láser, la composición y las propiedades del material, la técnica de soldadura específica y la anchura de la junta. Como regla general, las placas más delgadas requieren una potencia láser más baja, mientras que las placas más gruesas requieren ajustes de potencia más altos. Sin embargo, esta relación no es estrictamente lineal y puede variar en función de la conductividad térmica y la reflectividad del material.

Los parámetros de control del cabezal láser también desempeñan un papel crucial para lograr una calidad de soldadura óptima. El parámetro de tipo de línea es especialmente eficaz para soldaduras diagonales y uniones de filete macho, ya que permite una distribución precisa de la energía a lo largo de la trayectoria de soldadura. Por el contrario, el parámetro de tipo O ofrece versatilidad y es adecuado para una amplia gama de aplicaciones de soldadura, incluidas las juntas a tope, las juntas solapadas y las geometrías complejas.

Es importante señalar que estos parámetros deben validarse mediante ensayos prácticos y pueden requerir ajustes iterativos para lograr las características de soldadura deseadas, como la profundidad de penetración, la anchura del cordón y una zona mínima afectada por el calor. Además, factores como la composición del gas de protección, el caudal y el diseño de la boquilla pueden influir significativamente en el proceso de soldadura y deben tenerse en cuenta junto con los parámetros del láser.

Para obtener resultados óptimos, se recomienda desarrollar una especificación completa del procedimiento de soldadura (WPS) que tenga en cuenta todas las variables relevantes y se adapte al material específico y a la configuración de la unión que se va a soldar.

Parámetros del proceso de soldadura láser tipo O

① Ajuste la amplitud de oscilación del galvanómetro para que coincida exactamente con la anchura de la pieza que se está soldando. Esto garantiza una distribución óptima de la energía en todo el cordón de soldadura.

La potencia láser necesaria está directamente relacionada con el grosor de la plancha. Las placas más gruesas requieren una mayor potencia láser para lograr una penetración completa, mientras que las placas más finas requieren menos potencia para evitar el sobrecalentamiento o la quemadura.

③ Para placas finas de menos de 1,0 mm, el ajuste fino de los parámetros es crucial. Ajuste la posición del punto focal, la duración del pulso y la densidad de energía para controlar la profundidad de penetración y minimizar la zona afectada por el calor (HAZ). Estos parámetros influyen principalmente en la penetración de la soldadura y en las propiedades mecánicas de la unión de la chapa fina.

④ El patrón de soldadura lineal es versátil, adecuado para diversas configuraciones de unión, incluidas las soldaduras diagonales y a tope. Sin embargo, considere las técnicas de conformación del haz para optimizar la distribución de energía en geometrías de unión específicas.

⑤ La gama de frecuencias de 4-20 Hz de la pistola de soldadura permite optimizar el proceso. Las frecuencias más bajas suelen ser adecuadas para materiales más gruesos, mientras que las frecuencias más altas son beneficiosas para chapas finas. Ajuste la densidad de potencia junto con la frecuencia para conseguir las características de soldadura deseadas.

⑥ El modo de soldadura tipo O, que utiliza la oscilación de doble motor, se adapta a diversas aplicaciones de soldadura. Esta técnica garantiza una fusión completa del material y promueve una mezcla uniforme en el baño de soldadura, lo que da como resultado una mayor estabilidad de la soldadura en comparación con la soldadura lineal. El mayor aporte de energía requiere una mayor potencia del láser, pero ofrece ventajas como la mejora de la capacidad de puenteo de huecos y la reducción de la porosidad en el cordón de soldadura.

Nota especial:

Los parámetros indicados son orientativos y deben ajustarse en función de factores específicos como la potencia del láser, las propiedades del material, la técnica de soldadura y la anchura de la junta. Como regla general, las placas más finas requieren una potencia de láser más baja, mientras que las placas más gruesas requieren ajustes de potencia más altos. En cuanto al control del cabezal láser, el parámetro de tipo de línea es especialmente eficaz para soldaduras diagonales y de filete macho, mientras que el parámetro de tipo O es versátil y adecuado para una amplia gama de aplicaciones de soldadura.

A la hora de optimizar, es fundamental tener en cuenta lo siguiente soldadura láser parámetros:

1. Características del material: La conductividad térmica, la reflectividad y el punto de fusión de la pieza influyen significativamente en la selección de parámetros.
2. Geometría de las juntas: Las distintas configuraciones de juntas (a tope, solapada, fileteada) pueden requerir distintos ajustes de los parámetros para obtener resultados óptimos.
3. Velocidad de soldadura: este parámetro afecta directamente al aporte de calor y a la penetración de la soldadura, por lo que requiere un cuidadoso equilibrio con la potencia del láser.
4. Posición focal: El ajuste del punto focal con respecto a la superficie de la pieza puede optimizar la distribución de la energía y el perfil de la soldadura.
5. Gas de protección: El tipo y el caudal de gas de protección influyen en la calidad de la soldadura y deben adaptarse a la aplicación específica.
6. Conformación del pulso: En la soldadura por láser pulsado, la manipulación de la duración y la frecuencia del pulso puede mejorar las características de la soldadura y minimizar los defectos.

Realice siempre soldaduras de prueba en muestras representativas para validar y perfeccionar los ajustes de los parámetros antes de iniciar la soldadura de producción. Este enfoque garantiza una calidad de soldadura uniforme, minimiza los defectos y optimiza la eficiencia del proceso en aplicaciones industriales.

Preguntas frecuentes

A continuación encontrará respuestas a algunas preguntas frecuentes:

¿Cuál es el espesor máximo que se puede soldar con un láser de 2000 W?

El grosor máximo que se puede soldar con un láser de 2000 W varía en función del tipo de material que se suelde. Para acero inoxidable, un láser de 2000W puede soldar hasta un grosor de 6-8 mm. El acero dulce puede soldarse hasta un grosor de 6 mm. Al soldar aluminio, el espesor máximo alcanzable oscila entre 4 y 6 mm. En el caso del cobre y el latón, el grosor máximo suele ser de hasta 2 mm. Estos valores ilustran que las propiedades del material influyen significativamente en el espesor de soldadura alcanzable con un láser de 2000 W.

¿Cómo afecta la potencia del láser al grosor de la soldadura?

La potencia del láser afecta significativamente al grosor de la soldadura láser. Por lo general, una mayor potencia láser permite una penetración más profunda, lo que la hace adecuada para soldar materiales más gruesos. Por ejemplo, las chapas finas (menos de 1,0 mm) requieren una potencia láser más baja, normalmente entre 500 y 1500 W, para evitar el sobrecalentamiento y mantener un control preciso de la soldadura. Los materiales de grosor medio (1,0 mm - 5,0 mm) necesitan una potencia láser media, normalmente en torno a 1500-3000W, para garantizar una penetración adecuada sin causar defectos. Para chapas gruesas (más de 5,0 mm), es esencial una potencia láser más alta, a menudo en el rango de 3000-6000W o más, para conseguir una penetración completa y una resistencia de la unión suficiente.

La relación entre la potencia del láser y el grosor de la soldadura también implica la velocidad de soldadura. Para materiales más gruesos, se requiere una combinación de potencia láser más alta y velocidades de soldadura más lentas para dar tiempo suficiente a que la energía láser penetre en todo el grosor del material. Por el contrario, los materiales más finos se benefician de una menor potencia láser y una mayor velocidad de soldadura para evitar un aporte excesivo de calor y defectos como la quemadura.

En resumen, debe seleccionarse la potencia láser adecuada en función del grosor del material para lograr unos resultados de soldadura óptimos, garantizando una penetración adecuada y evitando al mismo tiempo los defectos asociados a una potencia excesiva o insuficiente.

¿Cuáles son los parámetros de soldadura recomendados para el aluminio?

Al soldar aluminio por láser, deben ajustarse cuidadosamente varios parámetros clave para garantizar soldaduras de alta calidad. Los parámetros de soldadura recomendados para el aluminio varían en función del grosor del material.

Para chapas finas de aluminio (menos de 1,0 mm), se suele utilizar una potencia de láser inferior, que oscila entre 500 y 1500 W. La velocidad de soldadura para estos materiales finos debe ser relativamente alta, en torno a 5-10 metros por minuto, para garantizar una fusión uniforme y minimizar la zona afectada por el calor.

Para chapas de aluminio de grosor medio (1,0-3,0 mm), es necesaria una potencia láser media-alta de 1000-3000 W. La velocidad de soldadura para estas chapas suele fijarse entre 3 y 4 metros por minuto, equilibrando potencia y velocidad para lograr soldaduras de calidad.

Para chapas de aluminio más gruesas (de más de 3,0 mm), se requiere una potencia láser más alta, del orden de 3000-6000 W o más. La velocidad de soldadura debe ser menor, normalmente entre 1-5 metros por minuto, para permitir una penetración más profunda y una fusión adecuada.

La posición de enfoque influye significativamente en la calidad de la soldadura, y debe fijarse donde se alcancen las máximas profundidades de penetración. Se recomienda un tamaño de haz láser de entre 0,2 y 2 mm para obtener precisión, y ajustar el tamaño del haz ayuda a gestionar la densidad de potencia.

Los láseres pulsados suelen preferirse para soldar chapas finas de aluminio a fin de reducir la porosidad y las grietas térmicas, mientras que los láseres continuos son más adecuados para chapas más gruesas, ya que proporcionan una superficie de soldadura más lisa.

Una preparación eficaz de la superficie es crucial para evitar defectos. Antes de soldar, es necesario limpiar la superficie de aluminio para eliminar impurezas. El gas de protección, como el helio o el argón, debe optimizarse para garantizar una formación estable del ojo de la cerradura y minimizar los defectos.

Además, las aleaciones de aluminio tienen una alta reflectividad y una baja absorción de la energía láser, por lo que aumentar rápidamente la densidad de potencia del láser es esencial para evitar que el calor se refleje o se desvíe. La soldadura de doble punto o las pasadas adicionales del láser pueden mejorar la calidad de la soldadura y reducir los defectos.

Ajustando cuidadosamente estos parámetros en función del grosor específico y el tipo de aluminio, los operarios pueden conseguir soldaduras de alta calidad con defectos mínimos y propiedades mecánicas óptimas.

¿Puede utilizarse la soldadura láser para el cobre y qué grosor puede alcanzarse?

Sí, la soldadura láser puede utilizarse para el cobre, aunque presenta varios retos debido a las propiedades físicas del cobre. La baja capacidad de absorción de la radiación láser infrarroja del cobre requiere una mayor potencia del láser para alcanzar la densidad de energía necesaria. Además, la alta conductividad térmica del cobre provoca una rápida disipación del calor, lo que dificulta mantener el calor necesario en la zona de soldadura para una penetración profunda. La baja viscosidad del cobre fundido también puede dar lugar a morfologías irregulares del cordón y a defectos como salpicaduras y porosidad.

A pesar de estos retos, las modernas tecnologías láser han hecho posible soldar cobre con eficacia. En el caso del cobre puro, pueden alcanzarse profundidades de hasta unos 4 mm utilizando láseres de alta potencia, como la soldadura híbrida láser-MIG de una sola pasada. La combinación de láseres verde e infrarrojo también puede lograr profundidades de soldadura de varios milímetros, ya que el láser verde calienta la superficie mientras que el láser infrarrojo proporciona la profundidad necesaria. Las configuraciones experimentales específicas han demostrado que, con una potencia láser de 5 kW y velocidades de soldadura adecuadas, se puede conseguir una soldadura de penetración profunda, por ejemplo, con una velocidad de soldadura de 20 m/min.

En resumen, la soldadura láser del cobre es factible y puede alcanzar espesores significativos con una gestión cuidadosa de los parámetros del proceso y técnicas avanzadas para mitigar los retos inherentes que plantean las propiedades físicas del cobre.

¿Cómo influye la velocidad de soldadura en la calidad de la soldadura?

La velocidad de soldadura influye significativamente en la calidad de la soldadura en los procesos de soldadura láser. Desempeña un papel fundamental a la hora de determinar el aporte de calor, la penetración y la integridad general de la soldadura. Si la velocidad de soldadura es demasiado lenta, el aporte de calor al material es excesivo, lo que puede provocar un charco de soldadura grande, una penetración excesiva y posibles defectos como hundimiento, porosidad y quemaduras, sobre todo en materiales más finos. Por otra parte, una velocidad de soldadura demasiado rápida puede no proporcionar tiempo suficiente para que el láser funda adecuadamente el material base, lo que provoca una fusión y penetración deficientes y da lugar a una soldadura débil y estrecha.

Una velocidad de soldadura óptima es esencial para equilibrar estos factores y conseguir soldaduras de alta calidad. Debe ajustarse cuidadosamente en función del tipo de material, el grosor y los parámetros de soldadura específicos, como la potencia del láser y la posición del punto focal. Por ejemplo, los materiales como el aluminio, que son altamente conductores, a menudo requieren velocidades de soldadura más rápidas para evitar el sobrecalentamiento y la quemadura. Por el contrario, los materiales más gruesos pueden necesitar velocidades más lentas para garantizar una penetración y fusión adecuadas.

En resumen, controlar la velocidad de soldadura es crucial para optimizar el aporte de calor, garantizar una penetración y fusión adecuadas y mantener las propiedades mecánicas de la soldadura. Es necesario ajustar correctamente la velocidad de soldadura en función del material específico y de los parámetros de soldadura láser para conseguir soldaduras de alta calidad y sin defectos.

¿Qué otros factores deben tenerse en cuenta para optimizar la soldadura láser?

Para optimizar la soldadura láser, hay que tener en cuenta varios factores, además de la potencia del láser y la velocidad de soldadura, para conseguir el grosor y la calidad de soldadura deseados. Entre ellos se incluyen:

1. Tamaño y enfoque del haz: El tamaño del punto del haz láser y su enfoque determinan la densidad de potencia y la profundidad de penetración. Un haz más pequeño y más enfocado puede lograr una penetración más profunda, mientras que un haz más grande es mejor para soldaduras más anchas.
2. Frecuencia de impulsos y frecuencia de solapamiento: El ajuste de la frecuencia de impulsos y la tasa de solapamiento es crucial para la calidad de la soldadura. Una tasa de solapamiento más alta puede dar lugar a soldaduras más suaves, pero podría reducir la velocidad de soldadura. Un solapamiento excesivo puede provocar defectos como quemaduras o salpicaduras.
3. Cantidad de desenfoque y distancia focal: Es necesario ajustar correctamente la cantidad de desenfoque y la distancia focal para controlar la interacción del haz con el material y lograr el perfil de soldadura deseado.
4. Propiedades de los materiales: La capacidad de absorción, la conductividad térmica y los puntos de fusión/ebullición del material influyen en el modo en que se absorbe y disipa la energía láser, lo que afecta a la dinámica del baño de soldadura.
5. Estado de la superficie: Las superficies limpias y lisas garantizan una interacción uniforme entre el haz láser y el material, lo que mejora la calidad de la soldadura.
6. Gas de protección: El uso de gases de protección adecuados, como argón, helio o nitrógeno, protege la soldadura de la oxidación y ayuda a estabilizar el ojo de la cerradura, manteniendo una soldadura limpia.
7. Diseño y preparación de juntas: Para evitar defectos como la fusión incompleta o la porosidad, es esencial que el ajuste, la tolerancia de separación y la preparación de los bordes, como el biselado o el achaflanado, sean correctos.
8. Fijación y apriete: La fijación y sujeción seguras mantienen el ajuste deseado de la unión y evitan la distorsión durante la soldadura.
9. Oscilación del haz: Esta técnica puede ampliar el cordón sin aumentar el enfoque del láser, reduciendo el aporte de energía y la distorsión térmica, lo que da como resultado una superficie del cordón de soldadura más lisa.
10. Gestión térmica y tensiones residuales: Las técnicas para gestionar la expansión térmica y el enfriamiento desigual, como el control de la secuencia de soldadura, el enfriamiento localizado y el tratamiento térmico posterior a la soldadura, ayudan a evitar la distorsión y las tensiones residuales.

Optimizando cuidadosamente estos factores, se pueden conseguir soldaduras láser de alta calidad con el grosor deseado, minimizando el riesgo de defectos y garantizando la integridad de la unión soldada.