Máquinas y robots de soldadura láser

La soldadura por láser permite efectuar la unión mediante pulsos de láser individuales o en régimen continuo. La geometría de la costura describe cómo coinciden entre sí los bordes de las piezas por unir. Los distintos tipos de soldadura (por puntos o continua) requieren modos de funcionamiento diferentes en la fuente láser.

Cuando el vapor sale, este ejerce una presión sobre la colada y provoca el desplazamiento de una parte de la misma. La pieza se sigue fundiendo. A continuación se forma un agujero profundo, estrecho y lleno de vapor: es el capilar de vapor, también designado conducto de vapor (o «keyhole» en inglés, es decir, ojo de la cerradura). El capilar de vapor está rodeado por una colada de metal. Cuando el rayo láser se mueve por la junta, el capilar de vapor también se mueve a través de la pieza. La colada de metal fluye alrededor del capilar de vapor y se solidifica en la parte posterior. De este modo se forma un cordón de soldadura estrecho, profundo y con una estructura homogénea. La profundidad de costura puede ser hasta 10 veces superior a la anchura de costura y puede llegar a tener un máximo de 25 mm. El rayo láser se refleja múltiples veces en las paredes fundidas del capilar de vapor. Al hacerlo, la colada absorbe casi totalmente el rayo láser y el grado de rendimiento del proceso de soldadura aumenta. Al soldar con láser, el vapor del conducto de vapor también absorbe la luz láser y se ioniza parcialmente. La consecuencia es la aparición del plasma. El plasma también aporta energía a la pieza. Así pues, la soldadura por penetración se caracteriza por un grado de rendimiento elevado y unas velocidades de soldadura altas. La velocidad elevada provoca que la zona de influencia térmica sea reducida y la deformación, leve. Este procedimiento se utiliza cuando se necesitan unas profundidades de soldadura elevadas o si es preciso soldar varias capas de material de una sola vez.

En la soldadura por conducción térmica, el haz láser funde las piezas por unir a lo largo de la junta. El flujo de las coladas converge para acabar solidificándose en un cordón de soldadura. La soldadura por conducción térmica se utiliza para unir las piezas de pared fina, por ejemplo, las costuras de esquina en los bordes visibles de las carcasas. Otras aplicaciones también se observan en la electrónica. El láser genera un cordón de soldadura liso y redondeado que no requiere un mecanizado posterior. En las aplicaciones mencionadas resultan indicados los láseres de estado sólido pulsados o en régimen continuo. En la soldadura por conducción térmica, la energía sólo penetra en la pieza a través de la conducción térmica. Por este motivo, la profundidad de costura sólo puede tener entre unas décimas de milímetro a 1 mm. La conductibilidad térmica del material limita la profundidad máxima de costura. La anchura de costura siempre es mayor que la profundidad de costura. Si el calor no puede fluir con suficiente rapidez, la temperatura de procesamiento aumenta por encima de la temperatura de evaporación. Las consecuencias son la formación de vapor metálico, un aumento repentino de la profundidad de soldadura y que el proceso se convierta en una soldadura por penetración.

En la soldadura por escáner, la guía del haz se efectúa a través de espejos móviles (galvanómetros). El haz se guía mediante el movimiento angular de los espejos. Esto da lugar a un campo de procesamiento en el que la soldadura puede realizarse de forma precisa y altamente dinámica. El tamaño del campo depende de la distancia de trabajo y del ángulo de desviación. La velocidad de procesamiento y el tamaño del diámetro del foco en la pieza dependen de las propiedades de reproducción del sistema óptico, así como del ángulo de incidencia del haz, la calidad del haz láser y el material. El desplazamiento de un sistema de lentes adicional permite que el punto focal también se desplace con extraordinario dinamismo en la dirección Z para, de este modo, poder procesar los componentes tridimensionales sin mover el cabezal de procesamiento ni el componente en su totalidad. Los movimientos de desplazamiento son tan rápidos que los tiempos improductivos prácticamente desaparecen por completo y el dispositivo láser puede estar produciendo durante casi el 100% del tiempo de producción disponible.

Mientras se efectúa la soldadura, el sistema óptico de escáner también puede guiarse a través de una pieza en combinación con un robot. Este movimiento «volante» es el que acabó encuñando el término «Soldadura on the fly» (también llamada soldadura remota). En este caso, el robot y el sistema óptico de escáner sincronizan sus movimientos en tiempo real. La utilización de un robot amplía la zona de trabajo significativamente y ofrece la posibilidad de realizar un auténtico procesamiento tridimensional de la pieza. En la programación de una cabeza galvanométrica puede emplearse un editor muy cómodo que permite construir figuras de soldadura para una pieza y guardarlas. La fuente láser utilizada es un láser de fibra de alta potencia con una calidad de haz excelente. Uno o varios cables de fibra óptica flexibles guían la luz láser desde el dispositivo láser hasta el punto de trabajo.