Soldadura híbrida láser - Laser-hybrid welding
La soldadura híbrida por láser es un tipo de proceso de soldadura que combina los principios de la soldadura por rayo láser y la soldadura por arco .
La combinación de luz láser y un arco eléctrico en un proceso de soldadura amalgamado existe desde la década de 1970, pero solo recientemente se ha utilizado en aplicaciones industriales. Hay tres tipos principales de procesos de soldadura híbridos, según el arco utilizado: soldadura TIG , arco de plasma o láser aumentado MIG . Si bien la soldadura por láser TIG aumentada fue la primera en ser investigada, MIG es la primera en ingresar a la industria y se conoce comúnmente como soldadura por láser híbrida.
Mientras que en los primeros días las fuentes láser todavía tenían que demostrar su idoneidad para el uso industrial, hoy son equipos estándar en muchas empresas de fabricación. La combinación de soldadura láser con otro proceso de soldadura se denomina "proceso de soldadura híbrido". Esto significa que un rayo láser y un arco eléctrico actúan simultáneamente en una zona de soldadura, influyendo y apoyándose mutuamente.
Láser
La soldadura láser no solo requiere una alta potencia láser, sino también un haz de alta calidad para obtener el "efecto de soldadura profunda" deseado. La mayor calidad del haz resultante se puede aprovechar para obtener un diámetro de enfoque más pequeño o una distancia focal mayor. Para este proceso se utilizan diversos tipos de láser, en particular Nd: YAG, donde la luz del láser se puede transmitir a través de una fibra de vidrio enfriada por agua. El rayo se proyecta sobre la pieza de trabajo colimando y enfocando ópticas . El láser de dióxido de carbono también se puede utilizar cuando el haz se transmite a través de lentes o espejos.
Proceso híbrido láser
Para soldar objetos metálicos, el rayo láser se enfoca para obtener intensidades superiores a 1 MW / cm 2 . Cuando el rayo láser golpea la superficie del material, este punto se calienta a la temperatura de vaporización y se forma una cavidad de vapor en el metal de soldadura debido al vapor de metal que escapa. Esto se conoce como ojo de cerradura. La característica extraordinaria de la costura de soldadura es su alta relación entre profundidad y ancho. La densidad de flujo de energía del arco de combustión libre es ligeramente superior a 100 kW / cm 2 . A diferencia de un proceso dual en el que dos procesos de soldadura separados actúan en sucesión, la soldadura híbrida se puede ver como una combinación de ambos procesos de soldadura que actúan simultáneamente en una misma zona de proceso. Dependiendo del tipo de proceso láser o de arco utilizado, y dependiendo de los parámetros del proceso, los dos sistemas se influirán entre sí de diferentes formas.
La combinación del proceso láser y el proceso de arco da como resultado un aumento tanto en la profundidad de penetración de la soldadura como en la velocidad de soldadura (en comparación con cada proceso solo). El vapor de metal que escapa de la cavidad de vapor actúa sobre el arco de plasma. La absorción de la radiación láser en el plasma de procesamiento sigue siendo insignificante. Dependiendo de la relación de las dos entradas de energía, el carácter del proceso general puede estar determinado principalmente por el láser o por el arco.
La absorción de la radiación láser está influenciada sustancialmente por la temperatura de la superficie de la pieza de trabajo. Antes de que pueda comenzar el proceso de soldadura por láser, se debe superar la reflectancia inicial, especialmente en superficies de aluminio . Esto se puede lograr precalentando el material. En el proceso híbrido, el arco calienta el metal, ayudando a que el rayo láser se acople. Una vez que se ha alcanzado la temperatura de vaporización, se forma la cavidad de vapor y casi toda la energía de radiación se puede poner en la pieza de trabajo. La energía necesaria para ello viene determinada por la absorción dependiente de la temperatura y por la cantidad de energía perdida por conducción hacia el resto de la pieza. En la soldadura híbrida por láser, utilizando MIG, la vaporización tiene lugar no solo desde la superficie de la pieza de trabajo sino también desde el alambre de relleno, de modo que hay más vapor de metal disponible para facilitar la absorción de la radiación láser.
Comportamiento de fatiga
A lo largo de los años, se ha realizado una gran cantidad de investigación para comprender el comportamiento de la fatiga, en particular para nuevas técnicas como la soldadura híbrida por láser, pero el conocimiento aún es limitado. La soldadura híbrida por láser es una tecnología de soldadura avanzada que crea soldaduras estrechas y profundas y ofrece una mayor libertad para controlar la geometría de la superficie de la soldadura. Por lo tanto, el análisis de fatiga y la predicción de la vida útil de las uniones soldadas híbridas se han vuelto más importantes y son objeto de investigación en curso.