Soldadura Con Láser

A medida que más fabricantes de equipos originales (OEM) y talleres de trabajo "se animan" con la idea de la soldadura láser, muchos han centrado su atención en cuatro tecnologías específicas:

Más talleres están dando el paso y adquiriendo sistemas de soldadura láser, generalmente cuando las aplicaciones adecuadas llegan a su puerta o cuando buscan reemplazar la soldadura MIG y TIG.

"La gente realmente se está metiendo de cabeza en el láser en estos días", dijo Wes Wheeler, gerente de ventas de Alpha Laser, Meadville, Pensilvania. se vuelven más eficientes, la gente está empezando a usarlos para soldadura de producción".

Pero con todas las opciones en el mercado, puede ser potencialmente "más confuso ahora que hace tres años", dijo Tracey Ryba, gerente sénior de productos de láseres OEM de alta potencia para Trumpf Inc., Farmington, Conn. Dicho esto, señaló una gran cantidad de proyectos OEM en desarrollo y listos para su lanzamiento, testimonio de los avances que está logrando la tecnología de soldadura láser. "Creo que apenas estamos comenzando a arañar la superficie del potencial".

Una de las principales ventajas de la soldadura por láser es la capacidad de eliminar los pasos posteriores al procesamiento, como el esmerilado y el acabado.

En última instancia, tener paciencia para estudiar las opciones y aprender lo que pueden hacer vale la pena, según Dan Belz, gerente de productos FLW de Amada America Inc., Buena Park, California. "Si se toma el tiempo para comprender lo que hace y lo que puede hacerlo, es fenomenal. Hay algunas partes que puede mirar y no estar seguro de si se formaron o soldaron".

Al adaptar la biblioteca de rutinas preprogramadas de sus sistemas de corte por láser ENSIS, Amada America ahora emplea esa tecnología para soldar.

En los últimos seis años, un equipo de tres técnicos, incluido Belz, ha estado perfeccionando el sistema de soldadura de chapa de la empresa, ideal para unir espesores de hasta ¼" (6,35 mm). La plataforma está disponible en dos opciones de 3 kW: M3, con mesa de 4,57 m (15') y M5, con dos mesas de cambio de 5,49 m (18').

En estos sistemas, la tecnología ENSIS de Amada inicia a los usuarios con cinco condiciones de soldadura básicas que ajustan el haz desde una forma ultradelgada para acero más grueso y una penetración profunda hasta una forma de dona más plana para salvar espacios más amplios. El uso de la forma más plana también facilita la soldadura oscilante.

"Tenemos bastantes clientes que sueldan hasta ¼" de acero", señaló Belz. "Eso es justo en la timonera de la unidad, y con nuestra tecnología, 3000 W de potencia es más que suficiente. Estamos preparados para láminas de metal, incluso con un grosor de 0,020" [0,51 mm], y también podemos aplicar alambre de relleno si es necesario".

La plataforma de Amada también se destaca en la unión de materiales diferentes: cobre con acero inoxidable, cobre con acero dulce, cobre con Inconel e Inconel con acero inoxidable. Belz y su equipo también perfeccionaron las uniones con hilo de titanio para un proyecto especializado.

"Todavía estamos experimentando, aunque no siempre tenemos tantas oportunidades de experimentar tanto como solíamos hacerlo porque recibimos muchos proyectos: clientes que nos envían piezas y nos piden que las sueldemos y les enseñemos cómo hacerlo". soldadura láser". Estar tan ocupado, agregó, significa que Amada ha tenido que dejar de lado temporalmente sus intentos de soldar aluminio con acero inoxidable.

Para evitar la porosidad, Amada proporciona dos tipos de boquillas, tanto con flujo primario como secundario, de modo que el gas de protección esté siempre cerca del rayo láser. "A medida que el material se enfría, todavía está cubierto por el gas, por lo que elimina la porosidad", explicó Belz.

Además, "debido a la longitud de onda que estamos usando, así como a la velocidad, la zona afectada por el calor es casi inexistente", agregó. "La mayoría de nuestras piezas se pueden manipular sin guantes inmediatamente después de soldarlas".

Mientras tanto, Trumpf ofrece a sus clientes OEM alrededor de 40 recetas para su tecnología beam-in-beam a través de su software BrightLine Professional. "Eso les da un punto de partida para los materiales más comunes", señaló Ryba. "A partir de ahí, los clientes pueden crear una biblioteca y experimentar qué variaciones funcionan mejor". El software incluye configuraciones para múltiples materiales, espesores y estilos de soldadura.

Un concepto relativamente nuevo que continúa ganando terreno es la gama de sistemas de procesamiento láser de haz en haz. Trumpf, un pionero de la tecnología, ofrece dos soluciones de este tipo: BrightLine Weld de su división de tecnología láser y FusionLine de su negocio de máquinas herramienta. La tecnología de anillo y la fibra única están disponibles para su uso en la TruLaser Weld 5000, presentada hace unos tres años.

Ryba señaló que al usar las vigas del núcleo interno y del anillo externo simultáneamente, las salpicaduras se reducen considerablemente. Esto aumenta la longevidad de las herramientas y los accesorios y reduce la necesidad de limpiar las correderas de la cubierta protectora, lo que significa más tiempo de actividad. Más importante aún, se incrementa la velocidad y la calidad de la soldadura, especialmente para aluminio y cobre.

En el cobre, el anillo exterior actúa como un efecto de precalentamiento, lo que permite un mejor acoplamiento de la viga central. Esto proporciona un proceso de soldadura estable, especialmente a velocidades más bajas, lo que permite soldaduras de penetración profunda y una reducción de salpicaduras del 70 al 85 por ciento. Al precalentar el cobre antes de la soldadura, BrightLine es aproximadamente 10 veces más rápido que un haz de un solo punto, dijo. Con el aluminio, las salpicaduras se pueden reducir considerablemente y aumentar la velocidad. "Puedo aumentar la potencia a 5 kW y aumentar la soldadura casi 7X a aproximadamente 35 metros por minuto", según el grado de aluminio, dijo Ryba. "Los ajustes a presión y las soldaduras a tope funcionan bien, y en acero se puede soldar tres veces más rápido con la misma potencia. En aluminio y cobre se obtiene una soldadura de mucho mejor calidad".

Los núcleos de BrightLine son ajustables en incrementos de potencia del uno por ciento, explicó Ryba, hasta un máximo del 90 por ciento para un haz y del 10 por ciento para el otro. Los operadores también pueden cambiar de un núcleo a otro al 100 por ciento de su fuerza. Todos los ajustes de distribución de energía se realizan en una ventana en el software TruControl.

En los láseres de fibra de Trumpf, los diámetros de núcleo interno y externo disponibles son de 50 a 200 μm, de 100 a 400 μm y de 200 a 700 μm.

En la versión TruDisk de Brightline, una cuña óptica ajusta la distribución de energía entre los dos núcleos con un motor paso a paso. "Descubrimos que 30-70 o 60-40 tiende a ser la mejor distribución de energía", dijo Ryba.

La diferencia de calidad entre los haces simples y dobles es clara, agregó.

"Con una soldadura láser de un solo núcleo tradicional, se utiliza un haz de forma de bala redondeada o de parte superior plana, algo común cuando se realiza una soldadura superpuesta con un punto más grande", explicó Ryba. "A medida que intenta soldar más rápido, el ojo de la cerradura se vuelve inestable y el vapor de metal que escapa se bloquea, lo que obliga a atravesar el baño de fusión y expulsa parte de esa fusión en forma de salpicaduras. BrightLine proporciona un centro semi-gaussiano y una anillo alrededor del borde exterior. Ese anillo mantiene el ojo de la cerradura abierto y estable. El perfil de la viga de doble núcleo y la sección transversal de la soldadura se asemejan a la forma de un tornillo de madera, donde el lado frontal del anillo exterior actúa como un precalentamiento, o prefusión, para mejorar la eficiencia de acoplamiento del El núcleo y la parte posterior estabilizan el ojo de la cerradura para mantenerlo abierto. La estabilización del ojo de la cerradura permite que el vapor de metal escape sin obstrucciones, lo que reduce las salpicaduras entre un 70 y un 97 por ciento. Este proceso también ayuda a prevenir el agrietamiento en caliente al ralentizar el proceso de enfriamiento y también suaviza el soldar un poco".

Cuando la tecnología se usa en el paquete FusionLine de Trumpf, los talleres pueden usar este patrón en forma de rosquilla para conservar los diseños originales de las piezas, agregó Masoud Harooni, gerente de productos de soldadura por láser. En esos casos, los usuarios concentran más energía en el núcleo exterior que en el espacio de soldadura.

Trumpf ayuda aún más a los talleres con su TruLaser Weld 5000 llave en mano, continuó Harooni. Esos clientes "cuentan con nosotros para ayudarlos y proporcionarles parámetros de proceso para aumentar la producción".

El sistema se ofrece en múltiples configuraciones según el tamaño y la cantidad de la pieza, principalmente para aplicaciones de chapa. Con una mesa cambiadora giratoria, los operadores pueden cargar y descargar material mientras se suelda otra pieza de trabajo.

"Especialmente en la industria alimentaria, hay muchos beneficios porque la cantidad de procesamiento posterior requerido para que las piezas sean visibles es enorme", dijo Harooni. "La mayoría de nuestros clientes potenciales o actuales usan soldadura MIG y quieren cambiar a láser. Sueldan 20 minutos con MIG y luego dedican de 35 a 40 minutos a esmerilar. Con la soldadura láser, todo lo que extraen de nuestra celda se puede enviar a recubrimiento u otro proceso. sin tocarlo".

Según la potencia y la aplicación, agregó, el sistema puede alcanzar velocidades de 250 a 300 ipm. Con piezas estructurales más gruesas, los beneficios están en el preprocesamiento, por ejemplo, eliminando los bordes de la placa gruesa para preparar las piezas para la soldadura MIG.

Para los talleres que realizan reparaciones y trabajos de producción, la flexibilidad de la soldadura pulsada ha sido atractiva gracias a su capacidad para limitar la entrada de calor. La soldadura pulsada "es un proceso indulgente", explicó Wheeler de Alpha Laser. "Tradicionalmente, un láser de onda continua quiere penetrar; un láser pulsado aún puede penetrar, pero también puede usarse para casi no penetrar". Los sistemas Alpha Laser, incluida su serie ALFlak, varían en tiempo de pulso de 1 a 20 ms, con un rango normal de 5 a 7 ms.

Alpha Lasers dice que sus láseres de fibra pulsada y YAG se destacan por proporcionar bajos niveles de penetración y bajas tasas de dilución: la mezcla entre el material base y el relleno agregado. En un ejemplo que compara el láser pulsado con un proceso TIG, señaló Wheeler, el láser realizó un depósito de soldadura de 0,055" (1,40 mm) con una zona afectada por el calor de solo 0,008" (0,20 mm) por debajo de la soldadura y una zona de dilución de soldadura de aproximadamente 0,006" (0,15 mm). "Esta fue una prueba para un cliente que no entendió cuando le expliqué que el láser tenía una menor entrada de calor", recordó. "Preguntaron qué estaba mal con la soldadura TIG y dije: ' Déjame explicarte lo que le estás haciendo a tu metal base. "

En términos de ampliar la apreciación de los fabricantes sobre los beneficios de la soldadura pulsada, Wheeler enfatiza la flexibilidad del material. "Hemos hecho de todo, desde unión de cobre hasta acero inoxidable", explicó. Con una base de cobre berilio, “le ponemos acero inoxidable todo el tiempo. Hemos trabajado con todos los metales de alta gama, superaleaciones como Inconel y Stellites, y hierro fundido. El mundo normal para nosotros es tradicionalmente aceros para herramientas. de las grandes aplicaciones que vemos es trabajar con cualquier tipo de acero inoxidable, especialmente el acero inoxidable de la serie 300, que es fácil de deformar y funciona muy bien con un láser".

En cuanto a la sustitución de las configuraciones de soldadura TIG, un sistema Alpha Laser reciente que se vendió a la división de interruptores y control de una empresa importante ha reducido drásticamente las tasas de desechos, del 15 al 3 por ciento, agregó Wheeler. Esa tasa "debería ser aún más baja si podemos hacerlo perfecto. Va a proporcionar mucho valor, con menos trabajo antes y después, sin precalentamiento ni posprocesamiento, y debería reducir significativamente el tiempo total del ciclo". Otra aplicación en la industria del papel es soldar un componente de 30' (9,14 m) de largo con 6000 tubos en su interior. Incluso se habla de un solo sistema de láser pulsado que puede reemplazar un par de líneas de soldadura fuerte.

Cuando el caucho golpea la carretera, o más precisamente, cuando el rayo golpea el metal, algunos talleres están construyendo un impresionante repertorio de soldadura por láser.

Hace aproximadamente 10 años, Phoenix Laser, Meadville, Pensilvania, decidió usar Alpha Lasers de Alemania y creó Alpha Laser US para servir como distribuidor norteamericano de la compañía. A partir de ahí, Phoenix se ha expandido desde sus raíces de herramientas y matrices para realizar revestimientos y endurecimientos por láser. Meadville fue una vez la capital mundial de herramientas y troqueles, señaló Wheeler, con alrededor de 300 tiendas en un radio de 50 millas de la sede central de Phoenix. Ahora, Phoenix tiene cuatro ubicaciones, incluidas Kansas City, Cuyahoga Falls, Ohio y Brookville, Ind., con más de 20 sistemas de soldadura láser repartidos entre ellas.

La reparación de herramientas y troqueles con láser es "súper precisa, con una entrada de calor muy baja gracias a que no hay precalentamiento ni poscalentamiento", dijo Wheeler. "Podemos tener una parte lista en 10 minutos".

Phoenix realizó recientemente una prueba en algunos contenedores grandes, usando soldadura pulsada en las costuras. Dado que las paredes eran particularmente delgadas, existía la preocupación de que la unión por láser TIG o CW generara demasiado calor. Uno de los usuarios más dedicados de Alpha Laser es Chicago Welding and Fabrication, que recientemente compró una unidad de 300 W. Chicago Welding comenzó su incursión en la soldadura por láser hace unos 15 años, recordó el director de operaciones Gary Wealther, pero las máquinas de la época tendían a ser algo poco confiables. Comenzando con la reparación de moldes y matrices, el negocio agregó soldadura médica y de producción a su repertorio.

La atracción inicial de la soldadura por láser fue la zona limitada afectada por el calor y la falta de "daños colaterales", señaló; en última instancia, "ser capaz de hacer cosas que no podría hacer de otra manera". Dicho esto, señaló que algunos proyectos requieren una combinación de TIG para comenzar y soldadura láser para áreas delicadas.

Después de experimentar inicialmente una pronunciada curva de aprendizaje con los sistemas más antiguos, recordó Wealther, prefiere compañías como Alpha Laser que "lo ayudan a hacer todo". Debido a los procesos de soldadura de piezas de precisión de Chicago, "estamos soldando bajo microscopios" e incluso tenemos una sala de microprocesamiento. Gracias a la versatilidad y precisión de los láseres YAG pulsados, su empresa puede procesar piezas médicas exigentes con aceros inoxidables especializados que se deformarían con la soldadura TIG.

Y aunque la soldadura láser es más lenta, agregó, "no se obtiene distorsión ni calor". Así que a medida que llegan los trabajos, encontrar el ajuste adecuado para la capacidad del láser es fundamental para ofrecer a los clientes la mejor solución, la más rápida y la más económica. Y cuando el trabajo es correcto, su Alpha Laser de 300 W hace el trabajo. "Nos encanta esa máquina", dijo.

Después de pasar un período intensivo refinando y superando los límites de los sistemas de soldadura de láminas de Amada, Belz desea asesorar a los talleres más pequeños sobre cómo hacer que un proceso funcione para ellos. "Desde el principio pensamos que el 99 por ciento de nuestros clientes serían fabricantes de equipos originales", recordó. Sin embargo, resulta que "la mayoría de nuestros clientes son talleres que realizan muchas soldaduras", aunque las siguientes instalaciones en su lista fueron para OEM. "Los fabricantes de equipos originales tardaron un poco más en adaptarse, pero [ahora] ven el beneficio".

Entre las filas de fabricantes, señala dos tipos: talleres de soldadura y talleres que sueldan.

Los primeros "probablemente estén soldando el 90 por ciento de su línea de productos. Tienen soldadores, entienden la soldadura, son fáciles de trabajar con ellos porque verán lo que estamos haciendo, lo entenderán". Entramos, instalamos, les damos un poco de capacitación, luego nos echan y dicen: 'Te llamaremos cuando te necesitemos'".

Pero para los talleres que sueldan, "esa es un área problemática porque no pueden conseguir soldadores o dedican demasiado tiempo al posprocesamiento". Para que esos clientes se sientan cómodos con la soldadura, "observamos sus piezas y sus CAD y hacemos algunas modificaciones para lograr un mejor ajuste".

Ese paso de rediseño es fundamental para el éxito, continuó Belz. "Tenemos muchos clientes que quieren aprender a diseñar para optimizar la soldadura por láser. Otros tienen líneas de productos existentes y buscamos qué parte o partes están causando el mayor dolor. Por lo general, tienen bastantes".

Una vez que se ha diseñado, probado, probado e instalado un proceso de soldadura, se elimina prácticamente todo el posprocesamiento. Las piezas pueden ir "directamente a la cabina de pintura: no más rectificar las soldaduras". Al final, "algunos clientes quieren usarlo para partes específicas y nada más, mientras que otros quieren usarlo para todo. Tienes que evaluarlo".

Vale la pena señalar que el año pasado, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología reveló su proyecto de tres años para recopilar datos sobre los aspectos más fundamentales de la soldadura láser. Los modeladores informáticos están utilizando esos datos para crear simulaciones de soldadura láser destinadas a dar a los fabricantes más control sobre el proceso.

El proyecto ilustra un punto clave: la soldadura láser, particularmente en lo que respecta al control de salpicaduras, grietas y porosidad mientras se maximiza el rendimiento, es un trabajo en progreso a pesar de sus grandes avances en muchas industrias.

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