Durante años, los fabricantes de toda la industria han utilizado técnicas de soldadura tradicionales como MIG o TIG. Sin embargo, estas técnicas tradicionales han creado limitaciones. La soldadura TIG, por ejemplo, es un método de soldadura a dos manos. Requiere mucho tiempo y un operario experimentado y altamente cualificado. Genera un calor extremo. Este calor deforma los materiales delgados. Además, tiene dificultades para soldar cobre. Finalmente, es limitada al soldar metales de diferentes espesores.
Mientras tanto, la soldadura MIG requiere un hilo consumible. También necesita limpieza previa del material y juntas biseladas. Esto es necesario para soldaduras de penetración completa en materiales gruesos. Los ángulos de desplazamiento y de trabajo son limitados. Las posiciones verticales pueden ser difíciles.
Con la industria en constante cambio, los fabricantes buscan nuevas formas de seguir siendo competitivos. Se han dado cuenta de que esto requiere reducciones de costes. También necesita ganancias de eficiencia y una calidad de pieza repetible. Además, existe un nuevo desafío: permitir que los nuevos soldadores sean productivos rápidamente sin sacrificar la calidad. La Sociedad Americana de Soldadura indica que Estados Unidos tendrá un déficit de 375.000 soldadores cualificados para 2023.
Esta es la razón por la que más fabricantes están cambiando a métodos de soldadura más nuevos. Un ejemplo es la soldadura láser manual. Esta puede aumentar las velocidades de soldadura hasta cuatro veces más rápido que la soldadura MIG y TIG. El objetivo es mejorar la productividad y la precisión.
¿Cuáles son los Beneficios de la Soldadura Láser?
Durante años, los láseres fueron vistos más como instrumentos científicos. No se consideraban herramientas industriales. Esto se debía principalmente al uso tradicional de elementos ópticos y espejos. Estos requerían una alineación y manipulación cuidadosas.
Introducción de los Láseres de Fibra
IPG Photonics fue pionera en la década de 1990. Introdujo en el mercado los láseres de fibra para aplicaciones industriales. Estas fuentes láser son completamente de estado sólido. La simplicidad del láser de fibra explica su eficiencia. También explica su compacidad, robustez y bajo coste. Todo esto impulsa su éxito en las aplicaciones industriales. En comparación con los sistemas láser heredados, la tecnología de fibra proporciona mayores potencias de salida. Además, ofrece un haz de calidad a un coste menor. El mantenimiento mínimo es otro beneficio.
Ventajas de la Tecnología Láser en Soldadura
Las mejoras en la tecnología láser han hecho de la soldadura láser una técnica cada vez más popular. Esto ocurre en industrias donde la alta resistencia de la soldadura es importante. La calidad de soldadura repetible también es crucial. La calidad y la brillantez de la luz láser de fibra controlan con precisión la entrada de calor del material. Esto permite soldar materiales delgados. Los láseres no se limitan solo a los aceros. También pueden soldar aluminio y cobre. Incluso la soldadura bimetálica es una realidad práctica.
Optimización del Proceso con Láser de Fibra
La tecnología de fibra simplifica la tecnología de entrega del haz. Esto abre aún más oportunidades para mejoras en los procesos. La tecnología moderna de entrega del haz incluye la soldadura por oscilación (wobble welding). Aquí, el haz oscila hacia adelante y hacia atrás. Esto permite la estabilización del baño de fusión. Mejora la ventana del proceso (los rangos de los parámetros de soldadura). También minimiza el ajuste deficiente o variable de las piezas (dentro de ciertos límites). En muchos casos, esto elimina la necesidad de rectificado posterior al proceso. Así se reducen los costes laborales.
Automatización con Soldadura Láser
La soldadura láser también se puede automatizar. Esto permite una fabricación de alta productividad y alto rendimiento. Su precisión permite unir piezas pequeñas con baja entrada de calor. La distorsión es mínima.
Al principio, el precio limitaba su potencial. Era una barrera de entrada. En aplicaciones industriales, los láseres eran caros. Requerían una renovación periódica. Se utilizaban solo en piezas de alto valor. Típicamente, estaban integrados en un robot o una estación de trabajo láser dedicada.
Estos primeros láseres consumían significativamente más energía que los modernos láseres de fibra. Estos últimos ahora ofrecen hasta un 50% de eficiencia de enchufe. Esto ofrece ahorros de costes en la línea de fondo. Esta eficiencia también puede eliminar la necesidad de enfriadores. Esto hace que la tecnología láser sea más portátil que nunca. Finalmente, en comparación con la soldadura manual tradicional MIG y TIG, la soldadura láser suele ser más rápida. Esto mejora la producción y aumenta las ganancias.
Al reducir constantemente el coste de la fuente láser, se mejora la calidad de la luz. Además, se ofrecen opciones únicas de entrega del haz. Los fabricantes de láseres ahora pueden ofrecer sistemas con una propuesta de valor superior. Esto los hace más accesibles. Ya no están reservados solo para aplicaciones premium.
¿Cómo Funciona la Soldadura Láser Manual?
Las fuentes láser económicas se combinan con la flexibilidad de la entrega de láser de fibra. Esto proporciona un acceso sin precedentes a la soldadura láser manual.
Principios Básicos de la Soldadura Láser Manual
Pero, ¿cómo funciona? En términos simples, la densidad de potencia del láser funde el metal. Esto elimina la necesidad de iniciar un arco. La función de oscilación elimina la necesidad de tejer el cordón manualmente. En muchos casos, la alimentación de hilo se elimina por completo. La alta densidad de potencia resulta en un baño de fusión más pequeño y controlado. Con un control preciso de los parámetros del láser, se reducen los efectos de distorsión por calor. Esto hace que el proceso sea accesible para operarios no cualificados. Permite a las organizaciones mejorar las habilidades de sus empleados experimentados para roles de mayor valor añadido.
Fiabilidad del Equipo Láser Manual
La fiabilidad del equipo fue en un momento una preocupación con la soldadura láser manual. El bloque de construcción del láser de fibra es el diodo de emisor único. Este tiene una vida útil mucho mayor que las alternativas de matriz de diodos o barra apilada. Las bombas están selladas herméticamente según los estándares de telecomunicaciones. No se ven afectadas por la humedad, el polvo, las vibraciones y los entornos industriales más agresivos.
Integración con Cobots
Con la robustez industrial de la soldadura láser manual, los láseres de fibra se pueden utilizar para complementar la automatización básica de la fábrica. Esto mejora aún más la eficiencia en la producción. Con la explosión relativamente reciente de la tecnología de robots colaborativos (cobots), los niveles básicos de automatización de fábrica están al alcance de muchas plantas de producción. Los cobots son inherentemente sinérgicos con la tecnología de soldadura láser manual. Esto se debe a que son rentables y fáciles de usar e implementar. La flexibilidad del robot se combina con las capacidades de la tecnología de soldadura láser manual. Esto la hace adecuada para entornos de bajo volumen y alta mezcla de productos. Si se puede soldar a mano, probablemente se pueda soldar con un cobot. Esto puede mejorar aún más la productividad de la soldadura láser. Permite precargar un dispositivo de fijación de piezas mientras el cobot realiza una soldadura en un dispositivo separado.
¿Necesito Ser un Experto en Láser para Operar un Láser Manual?
En absoluto. Los sistemas de soldadura láser manual suelen proporcionarse con ajustes preestablecidos. Estos son para tipos y espesores de materiales comunes. Controles simples le permiten seleccionar el ajuste preestablecido correcto. Simplemente elija el tipo y el espesor del material de una tabla. Luego, configure los controles a los ajustes identificados. En el caso de una integración con un cobot, el cobot se puede configurar para seleccionar automáticamente los ajustes correctos para el proyecto en cuestión.
Las Soldaduras se Ven Geniales, Pero ¿Son Fuertes?
La soldadura láser manual produce una estética superior. Pero, ¿es demasiado bueno para ser verdad? Para responder a esta pregunta, IPG preparó algunas muestras. Las envió a Sturbridge Metallurgical Services Inc. (SMS) para una evaluación de terceros.
Pruebas de Resistencia de Soldaduras Láser
Se produjeron juntas a tope en placas de 0,036 pulgadas, 0,075 pulgadas y 0,120 pulgadas. Se prepararon secciones utilizando la metodología estándar ASTM. Se inspeccionaron con una ampliación de 50 veces. Se inspeccionaron un total de 26 secciones transversales. En todos los casos, no se observaron grietas, fusión incompleta, porosidad, inclusiones u otros defectos. Los perfiles de soldadura pasaron todas las pruebas. No se observó falta de relleno.
Cumplimiento de Estándares de Soldadura
Todas las muestras de soldadura se consideraron aceptables según los estándares AWS D17.1:2017 Clase A.
¿Qué Más Puedo Hacer con Mi Láser Manual?
Dependiendo del sistema, la soldadura láser manual está disponible en configuraciones. Estas permiten soldaduras de penetración completa de hasta 6 mm. Además, algunas configuraciones de sistema también se pueden utilizar para la limpieza de piezas. Esto puede ser beneficioso en la preparación de piezas. Ayuda a eliminar cualquier residuo de aceite o suciedad de la pieza de trabajo.
Limpieza y Pasivación con Láser Manual
La capacidad de limpieza de un láser manual también se puede utilizar para prevenir la corrosión. También sirve para pasivar el material después de la soldadura. IPG preparó algunas soldaduras sujetas a ASTM B117-19, Práctica Estándar para la Operación de Aparatos de Niebla Salina (Niebla). Las envió a SMS. Una comparación lado a lado de una soldadura pasivada con láser y una soldadura no pasivada mostró el éxito de la pasivación con láser.
¿Cuáles son Algunas Pautas de Seguridad?
Aunque un láser manual es fácil de usar y tiene características de seguridad integradas, es importante recordar que es un equipo industrial potente. Al utilizar un láser manual, recuerde que los haces pueden ser peligrosos para el cuerpo y los ojos. Un haz de soldadura láser es invisible. Por lo tanto, no puede confiar en señales visuales para garantizar la seguridad.
Seguridad Láser y de Soldadura Tradicional
Si bien estos sistemas son láseres de Clase IV, las características de seguridad están integradas en los sistemas para protegerle. Al establecer un programa de seguridad láser, un buen punto de partida es revisar ANSI Z136.1 (2014), Uso Seguro de Láseres. Además de la seguridad láser, debe implementar los requisitos tradicionales de seguridad para la soldadura.
Reglas Generales de Seguridad para Láseres Manuales
- Realice todas las tareas de soldadura láser dentro de un área controlada por láser (LCA). Esta es una habitación hermética a la luz con interbloqueos eléctricos. Estos interbloqueos apagan el haz láser cuando se abre una puerta.
- Use ropa no inflamable, mangas largas y ropa de soldadura. Cualquier persona presente en la LCA debe usar equipo de protección personal. Esto incluye gafas de seguridad láser clasificadas para el tipo de láser y una careta de soldadura tradicional.
- Siga los procedimientos de seguridad operativa. Tenga en cuenta que la luz láser puede reflejarse.
- Nunca opere una soldadora láser manual sin familiarizarse completamente con los requisitos y procedimientos de seguridad. Estos están documentados en el manual del equipo del fabricante. Este manual requiere que siga las pautas de Z136.1.
¿Es la Soldadura Láser Manual Adecuada para Mí?
Estar en el negocio de la fabricación significa encontrar nuevas formas de seguir siendo competitivo. También implica mejorar los procesos. La soldadura puede llevar mucho tiempo y energía. Sin el equipo adecuado, puede volverse accesible solo para artesanos altamente cualificados.
La soldadura láser manual permite una soldadura rápida. Es fácil de aprender y operar. Proporciona resultados consistentes y de alta calidad. Esto ocurre en una gama más amplia de materiales y espesores. La distorsión, deformación, socavación o quemado son mínimos. Proporciona una penetración completa. Minimiza los defectos de soldadura, como grietas o fusión incompleta.
Si busca reducir sus costes, mejorar la calidad de la soldadura y simplificar el proceso de soldadura, la soldadura láser manual le brindará el mejor camino hacia el éxito y una mayor rentabilidad. Todo esto permitirá que alguien sin experiencia profesional en soldadura suelde como un profesional.
