Soldadura por rayo láser
La soldadura por haz láser es un método de soldadura de alta eficiencia y alta precisión que utiliza un haz láser de alta densidad de energía como fuente de calor. La soldadura se puede realizar mediante haces láser continuos o pulsados. Según los principios de la soldadura láser, los procesos se pueden dividir en dos: soldadura por conducción de calor y soldadura láser profunda. La densidad de potencia inferior a 104 ~ 105 W/cm2 se refiere a la soldadura por conducción de calor. En ese momento, la profundidad de penetración es baja con una velocidad de soldadura lenta; cuando la densidad de potencia es mayor que 105 ~ 107 W/cm2, bajo la acción del calor, la superficie del metal adquiere la apariencia de un hueco en forma de "agujero" para formar una soldadura de penetración profunda.
Caracteristicas
Características de la soldadura rápida y gran relación de aspecto
La soldadura por haz láser generalmente utiliza haces láser continuos para completar la unión de los materiales. El proceso físico metalúrgico es muy similar a la soldadura por haz de electrones, es decir, el mecanismo de conversión de energía se completa mediante una estructura de "ojo de cerradura".
Bajo una irradiación láser con una densidad de potencia suficientemente alta, el material se evapora y forma pequeños agujeros. Este pequeño agujero lleno de vapor es como un cuerpo negro, que absorbe casi toda la energía del haz incidente. La temperatura de equilibrio en la cavidad es de aproximadamente 2500 °C. El calor se transfiere desde la pared exterior de la cavidad de alta temperatura, fundiendo el metal que rodea la cavidad. Los pequeños agujeros se llenan de vapor de alta temperatura generado por la evaporación continua del material de la pared bajo el haz de luz.
Las 4 paredes de los pequeños orificios rodean el metal fundido y el metal líquido rodea el material sólido. (En la mayoría de los procesos de soldadura convencionales y la soldadura por conducción láser, la energía se deposita primero en la superficie de la pieza de trabajo y luego se transporta al interior por transferencia). El flujo de líquido fuera de la pared del orificio y la tensión superficial de la capa de la pared son consistentes con la presión de vapor generada continuamente en la cavidad del orificio y mantienen un equilibrio dinámico. El haz de luz ingresa continuamente al pequeño orificio y el material fuera del pequeño orificio fluye continuamente. A medida que el haz de luz se mueve, el pequeño orificio siempre está en un estado de flujo estable.
Es decir, el pequeño orificio y el metal fundido que lo rodea se moverán hacia adelante con la velocidad de avance de la viga principal. El metal fundido llena el espacio dejado por el pequeño orificio y luego se condensa, y se forma la soldadura. Todo el proceso anterior ocurre tan rápido que la velocidad de soldadura puede alcanzar fácilmente varios metros por minuto.
1. La soldadura por rayo láser es una soldadura por fusión, que utiliza un rayo láser como fuente de energía e impacta la unión soldada.
2. El rayo láser puede ser guiado por un elemento óptico plano (como un espejo) y luego el rayo se proyecta sobre la costura de soldadura con un elemento o lente de enfoque reflectante.
3. La soldadura por haz láser es una soldadura sin contacto. No se requiere presión durante la operación, pero se necesita gas inerte para evitar la oxidación del baño de fusión. En ocasiones se utiliza metal de aporte.
4. La soldadura por rayo láser se puede combinar con la soldadura MIG para formar una soldadura compuesta por láser MIG para lograr una soldadura de gran penetración, mientras que el aporte de calor se reduce considerablemente en comparación con la soldadura MIG.
Aplicaciones
La máquina de soldadura láser se utiliza ampliamente en campos de fabricación de alta precisión como automóviles, barcos, aviones y trenes de alta velocidad. Mejoró enormemente la calidad de vida de las personas y también impulsó la industria de los electrodomésticos hacia la ingeniería de precisión.
Soldadura por arco de plasma
La soldadura por arco de plasma se refiere a un método de soldadura por fusión que utiliza un haz de plasma de alta densidad de energía como fuente de calor de soldadura. Durante la soldadura, el gas iónico (que forma un arco iónico) y el gas de protección (para proteger el baño de fusión y la costura de soldadura de los efectos nocivos del aire) son argón puro. Los electrodos utilizados en la soldadura por arco de plasma son generalmente electrodos de tungsteno y, a veces, es necesario rellenarlos con metal (alambre de soldadura). Generalmente, se adopta el método de conexión positiva de CC (la varilla de tungsteno se conecta al electrodo negativo). Por lo tanto, la soldadura por arco de plasma es esencialmente una soldadura protegida con gas de tungsteno con un efecto de compresión.
La soldadura por arco de plasma se caracteriza por su concentración de energía, alta productividad, alta velocidad de soldadura, baja deformación por tensión y aislamiento eléctrico estable, y es adecuada para soldar placas delgadas y materiales en forma de caja. Es especialmente adecuada para diversos materiales metálicos refractarios, fácilmente oxidables y sensibles al calor (como tungsteno, molibdeno, cobre, níquel, titanio, etc.).
El gas se disocia por el calentamiento del arco y se comprime al pasar por la boquilla refrigerada por agua a alta velocidad, aumentando la densidad energética y el grado de disociación, formándose un arco de plasma. Su estabilidad, poder calorífico y temperatura son superiores a los del arco general, por lo que tiene mayor penetración y velocidad de soldadura. El gas que forma el arco de plasma y el gas de protección que lo rodea generalmente utilizan argón puro. Dependiendo de las propiedades del material de las distintas piezas de trabajo, algunas utilizan helio, nitrógeno, argón o una mezcla de ambos.
Caracteristicas
1. La soldadura por arco de plasma con microhaz permite soldar láminas y placas delgadas.
2. Con un efecto de orificio pequeño, puede realizar mejor la soldadura de un solo lado y el conformado libre de doble lado.
3. El arco de plasma tiene una alta densidad de energía, una alta temperatura de la columna de arco y una gran capacidad de penetración. Puede alcanzar 10-12mm Acero grueso sin soldadura de bisel. Se puede soldar mediante conformado de doble cara a la vez. La velocidad de soldadura es rápida, la productividad es alta y la deformación por tensión es pequeña.
4. El equipo es relativamente complicado, el consumo de gas es grande, el grupo tiene requisitos estrictos sobre el espacio libre y la limpieza de la pieza de trabajo y solo es adecuado para soldadura en interiores.
Aplicaciones
La soldadura por plasma es uno de los medios importantes en la producción industrial, especialmente para soldar cobre y aleaciones de cobre, titanio y aleaciones de titanio, acero de aleación, acero inoxidable, molibdeno y otros metales aeroespaciales, que se utilizan en las industrias militares y otras industrias de vanguardia, como la fabricación de un cierto tipo de proyectil de misil hecho de aleación de titanio y contenedores parciales de paredes delgadas en aviones.
Costo, mantenimiento y eficiencia operativa
Algunos factores relacionados con la comparación de opciones de tecnologías entre la soldadura por haz láser y la soldadura por arco de plasma para aplicaciones industriales incluyen el costo, el mantenimiento y la eficiencia operativa.
Análisis de costos
La soldadura por haz láser requiere una inversión inicial elevada, ya que el equipo es complicado en comparación con la soldadura por arco de plasma. El valor de los sistemas de soldadura láser industriales generales suele oscilar entre 100 y 200 dólares. $200,000, mientras que los sistemas de soldadura por arco de plasma tienen costos que rondan los. $10,000 hasta $50,000. Sin embargo, la soldadura LBW tiene el potencial de generar importantes ahorros de costos a largo plazo gracias a mayores tasas de procesamiento y a los mínimos acabados posteriores a la soldadura necesarios. La soldadura por plasma podría tener costos de consumibles más altos para un funcionamiento continuo.
Requisitos de mantenimiento
Debido a que las piezas consumibles, como los electrodos y las boquillas de gas, se desgastan con mayor frecuencia, los sistemas de soldadura por arco de plasma suelen requerir un mantenimiento más frecuente. Por el contrario, los sistemas de soldadura láser requieren menos consumibles, pero sus ópticas y fuentes láser sí necesitan una limpieza y recalibración ocasionales. Si se mantienen adecuadamente, las fuentes láser pueden durar más de 20,000 horas con menos tiempo de inactividad. Los sistemas de plasma, aunque son más simples, pueden experimentar interrupciones más frecuentes debido al desgaste de los consumibles.
Eficiencia operacional
Las técnicas de soldadura por láser son mucho más rápidas y precisas, alcanzando velocidades de hasta 10 metros por minuto en materiales delgados, por lo que son ideales para la producción en masa. También produce zonas afectadas por el calor muy pequeñas, por lo que se produce una distorsión mínima del material, mejorando así la calidad del producto. La soldadura por plasma es eficaz en materiales más gruesos, aunque a una velocidad más lenta, y a menudo se necesitan retoques finales adicionales para limpiar las soldaduras, como el pulido.
Si bien la soldadura por haz láser requiere mayores costos de inversión iniciales, su eficiencia y la menor necesidad de mantenimiento a menudo brindan beneficios en términos de costos a largo plazo, especialmente para aplicaciones que requieren alta precisión. La soldadura por arco de plasma sigue siendo buena para trabajos menos complejos y operaciones más pequeñas.
