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SOLDADURA POR RAYO LASER
DAVID RODRÍGUEZ-BARBA 1ºA
ÍNDICE
• Que es un rayo Laser y sus tipos.
• Proceso de Soldadura Láser.
• Tipos de Láser aplicados a la soldadura.
• Tipos de Soldadura Láser.
• Aspectos a destacar.
• Gas de Protección.
• Soldadura Remota.
• Láser de Fibra.
• Ventajas y Desventajas de la Soldadura Láser.
• Campos de Aplicación.
• Bibliografía.
QUE ES UN RAYO LASER Y SUS TIPOS
El término láser es un acrónimo para Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
(Amplificación de Luz por Emisión Estimulada de Radiación).
Un rayo láser es un rayo de radiación electromagnética poderoso, estrecho, monocromático y
direccional. Con frecuencia, esos rayos están dentro del espectro visible de la luz.
Un dispositivo láser excita los átomos en un medio afectado por éste. Los electrones de estos
átomos se mueven hacia la órbita más grande, después liberan fotones, creando un rayo
láser.
Cuando se enfoca un haz de láser potente sobre un punto, éste recibe una enorme densidad
de energía. En 1969 se encuentra la primera aplicación industrial del láser al ser utilizado en
las soldaduras de los elementos de chapa en la fabricación de vehículos
En función material básico usado para la emisión estimulada de luz hay tres tipos de Laser:
Laser de Gas
•Excitan los electrones en los gases, tales
como el helio, neón, cadmio, dióxido de
carbono y nitrógeno
Laser de solido
•Incluyen el láser de rubí, que utiliza una
piedra preciosa para producir un rayo de
luz roja.
Laser de liquido
•Incluyen el láser colorante, que utiliza
moléculas orgánicas de color en forma
líquida para producir una longitud de
onda de radiación que puede ser
tonificada
PROCESO DE SOLDADURA LASER
La soldadura por rayo láser es un proceso de soldadura por fusión que utiliza la energía aportada
por un haz láser para fundir y recristalizar el material o los materiales a unir, obteniéndose la
correspondiente unión entre los elementos involucrados.
Mediante espejos se focaliza toda la energía del láser en una zona muy reducida del material.
Cuando se llega a la temperatura de fusión, se produce la ionización de la mezcla entre el material
vaporizado y el gas protector (formación de plasma). La capacidad de absorción energética del
plasma es mayor incluso que la del material fundido, por lo que prácticamente toda la energía del
láser se transmite directamente y sin pérdidas al material a soldar.
La elevada presión y elevada temperatura causadas por la absorción de energía del plasma,
continúa mientras se produce el movimiento del cabezal arrastrando la "gota" de plasma rodeada
con material fundido a lo largo de todo el cordón de soldadura.
Para controlar el espesor del cordón de soldadura, la anchura y la profundidad de la penetración
se pueden utilizar otro tipo de espejos como son los espejos de doble foco.
De esta manera se consigue un cordón homogéneo y dirigido a una pequeña área de la pieza a
soldar, con lo que se reduce el calor aplicado a la soldadura reduciendo así las posibilidades de
alterar propiedades químicas o físicas de los materiales soldados.
Dependiendo de la aplicación de la soldadura, el láser de la misma puede ser amplificado en una
mezcla de itrio, aluminio, granate y neodimio, si se requiere un láser de baja potencia, o el
amplificado por gas como el dióxido de carbono, con potencias superiores a los 10 kilovatios y que
por tanto son empleados en soldaduras convencionales y pueden llegar hasta los 100 kilovatios.
TIPOS DE LASER APLICADOS A LA SOLDADURA
El láser de CO2 - la solución dominante
El tipo de láser más corriente es el de CO2. Para producir el rayo láser se usa, en
general, una mezcla de gas de tres componentes consistente de helio, nitrógeno y
CO2. La longitud de ondas de la luz de láser de CO2, que asciende a 10,6 μm, es
invisible para los ojos humanos. Mediante espejos y lentes es posible transferirla y
concentrarla. El láser de CO2, refrigerado por difusión y particularmente eficiente,
representa una forma constructiva especial. Según la configuración del aparato, el gas
del láser es producido con los tres componentes especificados en un mezclador
interno o se utiliza una mezcla ya preparada (Premix). Esta última se ha impuesto
debido a su mejor reproducibilidad.
El láser de diodo - la alternativa económica
Diodos de alto rendimiento forman la base de este tipo de láser. El láser de diodo alcanza su alta
potencia por la colocación de muchos elementos constructivos electrónicos en un bloque. Los
láseres de diodos de alto rendimiento se usan menos para cortar debido a una menor calidad del
rayo, pero sirven muy bien para soldar y/o endurecer.
El láser de cuerpo sólido- ¿varilla, rodaja o fibra?
El láser de cuerpo sólido usa como medio laser activo cristales-YAG (YAG= granate
de ytrio-aluminio) estirados artificialmente. Además de la varilla convencional,
utilizada ya desde hace mucho tiempo, últimamente se usan también rodajas.
TIPOS DE SOLDADURA LASER
La soldadura puede realizarse con o sin material de aportación y posibilita que se suelden metales y aleaciones
desiguales, como por ejemplo aluminio/acero o acero negro/blanco.
Soldadura de conducción calorífica
La soldadura de conducción calorífica
necesita poca potencia. La energía del láser
se transforma en calor en la superficie del
elemento, así que se forma un baño de
fusión que transmite la energía calorífica
por convección. Los gases de protección de
soldadura pueden influir en la convección.
El perfil de penetración se puede ajustar a
los requerimientos de la soldadura como en
la soldadura de arco.
Soldadura profunda
La soldadura profunda necesita potencias más altas, ya que
el metal no solamente es fundido sino también evaporado.
Así el láser se introduce profundamente en el material y se
forma el llamado keyhole (ojo de cerradura). En este
keyhole se produce una columna de plasma, que absorba la
energía del láser y la transmite al material. El resultado es
un proceso continuo de soldadura. La nube de plasma que
sale del canal de vapor tiene que evaluarse mediante un
gas de protección, para evitar que absorba la energía del
láser sin transmitirla al proceso de soldadura.
Soldadura de láser híbrido
La soldadura de láser híbrido es una
combinación de varios procesos. En la
soldadura con láser se ofrece especialmente
una combinación con la soldadura MAG. De
esta manera, la rentabilidad de la soldadura
con láser y la alta fusión que ofrece el
proceso MAG se transfiere a chapas de
mayor espesor.
Soldadura de láser
La soldadura de láser se parece a la soldadura de conducción
calorífica. Hay que tener en cuenta la energía necesaria del
perpendículo. Especialmente en la industria del automóvil, se
ha impuesto la soldadura de láser. Además de ventajas como
la baja aportación de calor y la poca deformación metálica, la
resistencia a la corrosión del perpendículo y la fácil
elaboración juegan aquí un papel importante. También la
seguridad de la unión y la alta durabilidad convierten a la
soldadura del láser en una buena alternativa.
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  • 1. SOLDADURA POR RAYO LASER DAVID RODRÍGUEZ-BARBA 1ºA
  • 2. ÍNDICE • Que es un rayo Laser y sus tipos. • Proceso de Soldadura Láser. • Tipos de Láser aplicados a la soldadura. • Tipos de Soldadura Láser. • Aspectos a destacar. • Gas de Protección. • Soldadura Remota. • Láser de Fibra. • Ventajas y Desventajas de la Soldadura Láser. • Campos de Aplicación. • Bibliografía.
  • 3. QUE ES UN RAYO LASER Y SUS TIPOS El término láser es un acrónimo para Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (Amplificación de Luz por Emisión Estimulada de Radiación). Un rayo láser es un rayo de radiación electromagnética poderoso, estrecho, monocromático y direccional. Con frecuencia, esos rayos están dentro del espectro visible de la luz. Un dispositivo láser excita los átomos en un medio afectado por éste. Los electrones de estos átomos se mueven hacia la órbita más grande, después liberan fotones, creando un rayo láser. Cuando se enfoca un haz de láser potente sobre un punto, éste recibe una enorme densidad de energía. En 1969 se encuentra la primera aplicación industrial del láser al ser utilizado en las soldaduras de los elementos de chapa en la fabricación de vehículos En función material básico usado para la emisión estimulada de luz hay tres tipos de Laser: Laser de Gas •Excitan los electrones en los gases, tales como el helio, neón, cadmio, dióxido de carbono y nitrógeno Laser de solido •Incluyen el láser de rubí, que utiliza una piedra preciosa para producir un rayo de luz roja. Laser de liquido •Incluyen el láser colorante, que utiliza moléculas orgánicas de color en forma líquida para producir una longitud de onda de radiación que puede ser tonificada
  • 4. PROCESO DE SOLDADURA LASER La soldadura por rayo láser es un proceso de soldadura por fusión que utiliza la energía aportada por un haz láser para fundir y recristalizar el material o los materiales a unir, obteniéndose la correspondiente unión entre los elementos involucrados. Mediante espejos se focaliza toda la energía del láser en una zona muy reducida del material. Cuando se llega a la temperatura de fusión, se produce la ionización de la mezcla entre el material vaporizado y el gas protector (formación de plasma). La capacidad de absorción energética del plasma es mayor incluso que la del material fundido, por lo que prácticamente toda la energía del láser se transmite directamente y sin pérdidas al material a soldar. La elevada presión y elevada temperatura causadas por la absorción de energía del plasma, continúa mientras se produce el movimiento del cabezal arrastrando la "gota" de plasma rodeada con material fundido a lo largo de todo el cordón de soldadura. Para controlar el espesor del cordón de soldadura, la anchura y la profundidad de la penetración se pueden utilizar otro tipo de espejos como son los espejos de doble foco. De esta manera se consigue un cordón homogéneo y dirigido a una pequeña área de la pieza a soldar, con lo que se reduce el calor aplicado a la soldadura reduciendo así las posibilidades de alterar propiedades químicas o físicas de los materiales soldados. Dependiendo de la aplicación de la soldadura, el láser de la misma puede ser amplificado en una mezcla de itrio, aluminio, granate y neodimio, si se requiere un láser de baja potencia, o el amplificado por gas como el dióxido de carbono, con potencias superiores a los 10 kilovatios y que por tanto son empleados en soldaduras convencionales y pueden llegar hasta los 100 kilovatios.
  • 5. TIPOS DE LASER APLICADOS A LA SOLDADURA El láser de CO2 - la solución dominante El tipo de láser más corriente es el de CO2. Para producir el rayo láser se usa, en general, una mezcla de gas de tres componentes consistente de helio, nitrógeno y CO2. La longitud de ondas de la luz de láser de CO2, que asciende a 10,6 μm, es invisible para los ojos humanos. Mediante espejos y lentes es posible transferirla y concentrarla. El láser de CO2, refrigerado por difusión y particularmente eficiente, representa una forma constructiva especial. Según la configuración del aparato, el gas del láser es producido con los tres componentes especificados en un mezclador interno o se utiliza una mezcla ya preparada (Premix). Esta última se ha impuesto debido a su mejor reproducibilidad. El láser de diodo - la alternativa económica Diodos de alto rendimiento forman la base de este tipo de láser. El láser de diodo alcanza su alta potencia por la colocación de muchos elementos constructivos electrónicos en un bloque. Los láseres de diodos de alto rendimiento se usan menos para cortar debido a una menor calidad del rayo, pero sirven muy bien para soldar y/o endurecer. El láser de cuerpo sólido- ¿varilla, rodaja o fibra? El láser de cuerpo sólido usa como medio laser activo cristales-YAG (YAG= granate de ytrio-aluminio) estirados artificialmente. Además de la varilla convencional, utilizada ya desde hace mucho tiempo, últimamente se usan también rodajas.
  • 6. TIPOS DE SOLDADURA LASER La soldadura puede realizarse con o sin material de aportación y posibilita que se suelden metales y aleaciones desiguales, como por ejemplo aluminio/acero o acero negro/blanco. Soldadura de conducción calorífica La soldadura de conducción calorífica necesita poca potencia. La energía del láser se transforma en calor en la superficie del elemento, así que se forma un baño de fusión que transmite la energía calorífica por convección. Los gases de protección de soldadura pueden influir en la convección. El perfil de penetración se puede ajustar a los requerimientos de la soldadura como en la soldadura de arco. Soldadura profunda La soldadura profunda necesita potencias más altas, ya que el metal no solamente es fundido sino también evaporado. Así el láser se introduce profundamente en el material y se forma el llamado keyhole (ojo de cerradura). En este keyhole se produce una columna de plasma, que absorba la energía del láser y la transmite al material. El resultado es un proceso continuo de soldadura. La nube de plasma que sale del canal de vapor tiene que evaluarse mediante un gas de protección, para evitar que absorba la energía del láser sin transmitirla al proceso de soldadura. Soldadura de láser híbrido La soldadura de láser híbrido es una combinación de varios procesos. En la soldadura con láser se ofrece especialmente una combinación con la soldadura MAG. De esta manera, la rentabilidad de la soldadura con láser y la alta fusión que ofrece el proceso MAG se transfiere a chapas de mayor espesor. Soldadura de láser La soldadura de láser se parece a la soldadura de conducción calorífica. Hay que tener en cuenta la energía necesaria del perpendículo. Especialmente en la industria del automóvil, se ha impuesto la soldadura de láser. Además de ventajas como la baja aportación de calor y la poca deformación metálica, la resistencia a la corrosión del perpendículo y la fácil elaboración juegan aquí un papel importante. También la seguridad de la unión y la alta durabilidad convierten a la soldadura del láser en una buena alternativa.
  • 7. GAS DE PROTECCIÓN, SOLDADURA REMOTA, LASER DE FIBRA Gases de protección El gas de protección para la soldadura tiene varias funciones. Una de las tareas principales es la protección del material en fusión del aire atmosférico, porque este puede hacer que absorba nitrógeno o humedad y causar oxidación en la superficie. Además, el gas de protección provoca la evacuación de la nube de plasma por encima de la pieza de trabajo. Soldadura remota En la soldadura remota, los elementos constructivos complejos son soldados a una distancia de, por ejemplo, dos metros. La ventaja principal de esta técnica es el posicionamiento rápido del rayo láser. Se realiza mediante espejos de posicionamiento variables y ajustables desde una unidad central. Más ventajas son los ahorros de tiempo y la posibilidad de prescindir de una unidad mecánica para conducir el rayo. Láser de fibra Por la corta longitud de onda de solamente 1,06 μm, la luz del láser puede ser transferida por un cable de fibra óptica. Así se pueden realizar fácilmente soluciones de automatización, por ejemplo con robots de brazos articulados. Los láser de fibra, cuya tecnología ha permitido ampliar la potencia hasta el ámbito del kW, tienen un diámetro de rayo considerablemente menor que el láser de CO2 o el láser Nd:YAG. Esto facilita una mayor exactitud en el corte de materiales. El láser de fibra es la solución perfecta también para las micro-soldaduras. La aportación de calor al material elaborado es muy baja utilizando el láser de fibra. Por eso se usa preferentemente con mayor potencia de rayo para la soldadura.
  • 8. VENTAJAS Y DESVENTAJAS  Debido a su bajo aporte térmico, la soldadura láser permite sustituir con éxito otras técnicas de soldadura aplicadas actualmente.  Se alcanzan altas velocidades de soldadura.  Menor aportación de calor a la pieza lo que, reduce considerablemente la distorsión y deformación en el material en comparación con otras tecnologías.  Cordón resultante fino y resistente.  Eliminación o reducción de costes de procesos posteriores a la soldadura.  Ausencia de poros en el cordón.  Alta precisión de trayectoria al realizarse de manera robotizada.  Capacidad para traspasar un elemento constructivo y posibilitar la soldadura en lugares que normalmente son inaccesibles  Repetibilidad de los parámetros de soldadura y condiciones del proceso.  En la mayoría de los casos no se utiliza material de aporte.  Capacidad para realizar largas soldaduras continuas de más de 5m. VENTAJAS  Maquinas para soldar por láser son de elevado coste.  Tienden a consumir mucha potencia.  No se pueden realizar cordones muy anchos.  Difícil soldar en materiales con alta reflexión.  En caso de no controlar bien la intensidad se puede perforar el material.  Rayos reflejados o difusos pueden ser perjudiciales para la vista. DESVENTAJAS
  • 9. CAMPOS DE APLICACIÓN En general cualquier sector industrial que requiera soldadura para piezas de responsabilidad. En especial automoción, aeronáutica o ferrocarril, piezas unitarias grandes, con cordones de soldadura largos. En series altas (alta productividad del proceso) y medias de piezas estampadas que requieran soldadura de alta calidad. Ejemplo de aplicación: •Series altas y medias de piezas en chapa, tubo o redondo. •Piezas de automoción (en chasis y piecerío vario). •Piezas de electrodomésticos. •Muebles metálicos, fregaderos hechos de acero inoxidable. •Piezas aeronáuticas en aluminio, titanio, superaleaciones base níquel •Conjuntos tubo-brida. •Intercambiadores de haz tubular. •Ferrocarril (chapeado exterior del vagón, soldadura de estructuras) •Aerogeneradores (piezas de transmisión) •Recipientes a presión. •Industria de alimentación (soldadura de máquinas de procesado y embalaje de alimentos, cuchillas de corte). •Instrumental médico, quirúrgico y dental. •Joyería •Gravado de metales Principales materiales que pueden ser soldados con Láser: Cobre, Níquel, Tungsteno, Aluminio, Acero inoxidable, Titanio, Columbio, Tántalo, Dumet, Kovar, Zirconio y Plásticos
  • 10. BIBLIOGRAFÍA • http://www.ehowenespanol.com/rayo-laser-sobre_49736/ • https://www.ecured.cu/Soldadura_por_láser • https://www.youtube.com/watch?v=XFxem-Z4zRk • http://www.gnclaser.es/servicios/ver.php?id=es&Nservici=1202310750 • https://es.wikipedia.org/wiki/Soldadura_por_rayo_láser