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La soldadura por láser de fibra continúa creciendo como un proceso preferido con mejoras en la calidad, confiabilidad y rendimiento de la soldadura. Muchas aplicaciones de soldadura por láser de fibra son autógenas, en las que la soldadura se forma completamente fundiendo partes del metal base y no se utiliza alambre ni polvo de relleno adicional.

Las aplicaciones de soldadura por rayo láser casi siempre son autógenas para una amplia variedad de materiales. Sin embargo, ciertos materiales desafiantes y aplicaciones difíciles requieren el uso de material de relleno en el proceso de soldadura. Al hacerlo, son posibles grandes mejoras en el proceso de soldadura.

Las mejoras de la aplicación incluyen:

La soldadura láser con material de aporte se puede realizar con polvo o alambre (consulte la Figura 1). Sin embargo, la mayoría de las aplicaciones industriales de soldadura por láser utilizan alambre. Este artículo se centra en la soldadura por láser de fibra con alambre. Cabe señalar que una de las razones por las que se prefiere el cable es su menor costo. Por lo general, la materia prima en polvo es más costosa que la materia prima de alambre para la mayoría de los materiales. Por ejemplo, un costo típico de alambre Inconel 625 de 0,9 mm de diámetro es de $26/lb en comparación con $48/lb para el polvo del mismo material. Por esa razón, el polvo se usa principalmente en aplicaciones de fabricación aditiva y no para soldadura.

Como proceso multiparamétrico, la soldadura láser con alambre de aporte se ve afectada por varias condiciones que determinan la calidad, la velocidad del proceso y el costo.

Velocidad del alambre de soldadura/relleno : La velocidad de alimentación del alambre para un entrehierro y espesor de placa dados es un parámetro importante y depende de la velocidad de soldadura, el área de la sección transversal del espacio entre la cara de la junta y el área de la sección transversal del alambre de relleno. La relación se expresa de la siguiente manera:

Tasa de alimentación de alambre (m/min) = velocidad de soldadura (m/min)*área de la sección transversal del espacio (mm2)/área de la sección transversal del alambre (mm2)

El uso de alambre de relleno generalmente da como resultado una disminución del 10 al 20 por ciento en la velocidad de soldadura, para una potencia de láser dada, para compensar la energía del láser que debe usarse para fundir el alambre. Tenga en cuenta que la compensación de menor velocidad se compensa con los mayores beneficios de utilizar alambre de relleno. Pero es importante usar la tasa de alambre de relleno correcta. Si la tasa de alambre de relleno es demasiado baja, la cantidad de calor generado por el rayo láser afectará al alambre y al material que se está soldando al poder fundir una sección más grande en el extremo del alambre. Esto puede resultar en la ruptura de un puente de metal líquido formado durante el proceso y la formación de una gota al final del alambre y la perturbación momentánea de la estabilidad del proceso.

Una tasa de alambre de relleno demasiado alta puede causar que la energía suministrada al área de soldadura sea insuficiente para una fusión estable y permanente del alambre. El volumen de metal líquido al final del alambre y en el puente de metal líquido aumenta inundando así el espacio de aire. Además, el alambre no fundido ingresa al área trasera de la piscina, expulsando el metal líquido, que al solidificarse, forma los montículos característicos de la superficie de la soldadura y la porosidad en la raíz de la soldadura. Una velocidad de soldadura correcta garantizará la profundidad de penetración, el ancho de soldadura y la altura del cordón superior correctos.

Interacción rayo láser-alambre de relleno: Una longitud expuesta de cable que es demasiado corta evita que el cable se funda en el área inicial del cordón y el rayo láser afecta directamente al material que se va a fundir. A su vez, un tramo expuesto de cable que es demasiado largo hace que el extremo extendido del cable quede presionado contra la superficie de la placa. En la etapa inicial, el rayo láser derrite el cable y lo divide en dos partes. Como resultado, el lugar en el que se inició el proceso se cubrió con un extremo de alambre que está soldado a la superficie y es difícil de quitar. En un caso extremo, el extremo del cable soldado podría provocar una colisión con la boquilla de protección de gas, alterando o incluso eliminando la protección de gas. Las funciones de control del LASERDYNE 795 con BeamDirector garantizan una interacción correcta entre el rayo láser y el alambre de relleno.

El LASERDYNE 795 con BeamDirector está idealmente diseñado para la soldadura por láser de fibra de alambre de filtro. El controlador System S94P garantiza la protección contra choques al mismo tiempo que proporciona protección de gas óptima y control de los parámetros del láser.

Ángulo de entrega de alimentación de alambre : Se pueden usar ángulos entre 30 y 60 grados con respecto a la vertical y 45 grados suele ser la norma, ya que simplifica la configuración de la posición de intersección del cable requerida con la línea central del rayo láser. Los ángulos superiores a 60 grados dificultan este último y los ángulos inferiores a 30 grados provocan que el alambre se cruce con una gran área del rayo láser, provocando la fusión y vaporización del alambre sin incorporarlo al baño de soldadura.

Tamaño del punto enfocado: El tamaño del punto debe estar cerca del diámetro del alambre de relleno. Si el tamaño del punto láser es demasiado pequeño en comparación con el diámetro del alambre, eso puede provocar soldaduras con porosidad debido a que el alambre de relleno no se ha fundido correctamente.

Prima Power Laserdyne ha realizado estudios detallados de soldadura láser con hilo de aporte con su LASERDYNE 795 con sistema BeamDirector. Tanto los parámetros de soldadura como los de alambre de relleno se desarrollaron y optimizaron para producir soldaduras de buena calidad sin grietas ni porosidad con la geometría de soldadura correcta.Figura 2destaca las soldaduras realizadas con alambre de aporte para eliminar grietas y porosidad (2a y 2b) y para mejorar la geometría de la soldadura (2c y 2d).

(2a arriba a la izquierda) Aleación de aluminio 6065 de 4 mm de espesor (Al-Mg-Si-Cu) soldado con alambre 6065 de 0,8 mm de diámetro; Unión en T de doble paso. Esta aleación es muy adecuada para muchas aplicaciones en elindustria aeroespacial, sin embargo, es propenso al agrietamiento por solidificación sin el material de relleno.

(2b arriba a la derecha) Aleación de aluminio 6061 de 2 mm de espesor (Al-Mg-Si) soldada con alambre 4047 de 1,0 mm de diámetro; junta a tope con espacio de 0,2 mm. Esta aleación se utiliza principalmente paraaplicaciones automotrices. . Esta aleación también es propensa al agrietamiento por solidificación sin el alambre de relleno.

(2c abajo a la izquierda) Superaleación a base de níquel Inconel 625 de 3,2 de espesor soldada con alambre 625 de 1,2 mm de diámetro; junta a tope. Esta aleación de alta temperatura se utiliza principalmente paraaplicaciones aeroespaciales . Esta aleación no es propensa a agrietarse, pero para esta aplicación se usó alambre para compensar el mal ajuste, el desajuste y mejorar la geometría de la soldadura.

(2d abajo a la derecha) Superaleación a base de níquel Inconel 718 de 1 mm de espesor soldada con alambre Inconel 625 de 1,2 mm de diámetro; junta a tope. Inconel 718 se está utilizando ampliamente para aplicaciones de alta temperatura. Se usó alambre de relleno para cumplir con la geometría de la soldadura, es decir, el ancho y la cintura de la costura del cordón superior e inferior (centro de la soldadura).

Pruebas exhaustivas, como se describió anteriormente, han demostrado que la soldadura por láser de fibra con alambre de relleno ha demostrado su eficacia en la producción de soldaduras robustas y de alta calidad con ajuste mejorado, menor agrietamiento de soldadura y mejor perfil de soldadura. La amplia gama de aplicaciones incluye aplicaciones aeroespaciales, automotrices y de fabricación industrial. El control de la metalurgia y las dimensiones de la soldadura por láser es posible con el control mejorado de los parámetros del proceso de soldadura por láser de fibra que se realiza utilizando LASERDYNE'S 795 con los sistemas de soldadura por láser de fibra BeamDirector.

Para obtener más información sobre los productos y servicios LASERDYNE de Prima Power Laserdyne, llame al 763-433-3700, envíe un correo electrónico a: [email protected] o visite www.primapowerlaserdyne.com. Prima Power Laserdyne tiene su sede en 8600 109th Avenue North, #400, Champlin, Minnesota 55316.

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