Soldadura láser

Fusión: un láser enfocado perfora un ojo de cerradura para soldaduras estrechas y profundas

La soldadura láser funde la unión con un haz de luz muy enfocado, haciendo soldaduras estrechas y profundas a gran velocidad. Como el calor está tan concentrado, las piezas apenas se deforman. Une carrocerías de coche, celdas de baterías e implantes médicos, normalmente con robots o espejos de movimiento rápido.

Foto: Krorc, CC BY-SA 3.0, vía Wikimedia Commons

Soldadura láser · vista lateral del ojo de cerradura, con vistas de extremo de costuras láser y de arcoLos números en círculo corresponden a los pasos de abajo. El recuadro de la derecha compara la costura terminada con una soldadura de arco de las mismas placas.

Cómo funciona

Genera y lleva el haz. Una fuente láser, hoy normalmente un láser de fibra de unos 1–10 kW, produce un haz infrarrojo intenso. Una fibra óptica lo lleva al cabezal de soldadura.
Enfócalo. Una lente comprime el haz en un punto de unas pocas décimas de milímetro de ancho. Eso pone más de un millón de vatios en cada centímetro cuadrado.
Perfora un ojo de cerradura. El metal bajo el punto se funde y hierve en parte. La presión del vapor mantiene abierto un canal fino, el ojo de cerradura, que permite al haz llegar hondo en la unión.
Deja que la masa fundida fluya alrededor. Al avanzar el cabezal, el metal fundido fluye alrededor del ojo de cerradura y se cierra detrás.
Protege el baño. Un gas como argón, helio o nitrógeno protege el metal caliente del aire y aparta la pluma (la nube de vapor metálico sobre el punto).
Solidifica rápido. El pequeño baño se solidifica casi al instante en una costura estrecha y profunda. La zona afectada por el calor (metal cambiado por el calor pero no fundido) se mantiene delgada.

Dos modos. Con menor densidad de potencia el láser solo funde la superficie, dando una costura poco profunda y lisa (modo de conducción) para chapa fina y uniones visibles. Por encima de un umbral abre un ojo de cerradura, que puede hacer soldaduras hasta unas diez veces más profundas que anchas.

Datos clave

Materiales: Aceros al carbono e inoxidables, aluminio, titanio, aleaciones de níquel; cobre con láseres verdes o azules o ajustes especiales; algunos plásticos
Piezas típicas: Techos y puertas de coche, chapas a medida (chapas de distinto espesor unidas antes de estampar), lengüetas de baterías, engranajes, carcasas de marcapasos
Tamaño de pieza: Desde láminas de menos de 0,1 mm hasta placas de aproximadamente 20 mm en una pasada con alta potencia; piezas tan grandes como una carrocería con robots
Precisión: Haz colocado dentro de unos ±0,1 mm; deformación muy baja, pero las piezas deben ajustar con holguras de aproximadamente 0,1 mm o menos
Acabado superficial: Costura estrecha y lisa, a menudo casi a ras; poca salpicadura
Tamaño de lote adecuado: Grandes series con automatización; las unidades portátiles también sirven ya a talleres de encargo
Coste de utillaje y máquina: Aproximadamente 10.000 dólares en adelante para una soldadora láser de fibra portátil; varios cientos de miles de dólares o más para una célula robotizada
Velocidad: Normalmente 1–10 m de costura por minuto en chapa fina; los cabezales de escáner saltan entre soldaduras en milisegundos

Ventajas y límites

Ventajas

Soldaduras estrechas y profundas con poco calor y deformación
Muy rápida y fácil de automatizar, incluso a distancia con espejos de barrido
Suelda por un solo lado, sin tocar la pieza
Lo bastante precisa para piezas médicas y electrónicas diminutas

Límites

Equipo caro y estricta seguridad láser: el haz y sus reflejos pueden cegar
Necesita un ajuste preciso: las holguras y los desalineamientos causan defectos
Los metales brillantes como el cobre y el aluminio reflejan gran parte del haz
El enfriamiento muy rápido puede producir soldaduras duras y frágiles en aceros de alto carbono

Dónde se usa

AutomociónTechos, puertas, chapas a medida, engranajes y piezas de transmisión
Baterías y movilidad eléctricaLengüetas de celdas, barras colectoras (tiras de conexión gruesas), carcasas de baterías
MedicinaCarcasas de marcapasos e implantes, instrumental quirúrgico
ElectrónicaCarcasas de sensores, conectores, encapsulados sellados
Equipamiento de cocinaFregaderos de acero inoxidable, paneles de electrodomésticos y tubos

Cómo reconocerlo

Una costura muy fina y uniforme, a menudo de solo 1–2 mm de ancho, con finas ondulaciones regulares.
Poco o ningún tono de calor ni deformación junto a la costura.
Filas de diminutos puntos solapados en piezas pequeñas, hechos con un láser pulsado (por ejemplo en productos sanitarios o joyas reparadas).

Compáralo con

Soldadura por arco7.1más barata y más tolerante con las holguras, pero más ancha, menos profunda y más caliente, con más deformación.Soldadura por haz de electrones7.5una soldadura aún más profunda y limpia con un haz de electrones, pero necesita una cámara de vacío.Soldadura por resistencia por puntos7.2une chapas solo en puntos; un láser puede hacer cordones continuos en su lugar.

Míralo

Mech Vidya · El principio del ojo de cerradura, animado

Ricky Explains Lasers · La fuente láser, la fibra y el cabezal de soldadura, abiertos

TRUMPF Inc. · Un cabezal de escáner saltando entre soldaduras a gran velocidad

TRUMPFtube · Una célula de soldadura láser en una fábrica real

Ver fotos reales

Wikipedia: Soldadura por haz láser — principio, modos de ojo de cerradura y de conducción, con enlaces a fotos
Búsqueda de fotos en Wikimedia Commons

Recuerda

Un láser enfocado concentra tanta potencia que abre un ojo de cerradura de vapor y suelda en profundidad en una sola pasada.
Las costuras estrechas significan poco calor, poca deformación y alta velocidad.
El precio es un equipo caro, normas de seguridad estrictas y piezas que deben encajar con precisión.