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La soldadura por láser de fibra continúa creciendo como proceso preferido con mejoras en la calidad, confiabilidad y rendimiento de la soldadura. Muchas aplicaciones de soldadura por láser de fibra son autógenas, donde la soldadura se forma completamente fundiendo partes del metal base y no se utiliza alambre o 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. De este modo se pueden lograr 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 (ver Figura 1). Sin embargo, la mayoría de las aplicaciones de soldadura láser industrial 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 alambre es su menor costo. Por lo general, la materia prima en polvo es más cara 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 ese motivo, el polvo se utiliza 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 espacio de aire y un espesor de placa determinados 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:

Velocidad de alimentación del 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 láser determinada, para compensar la energía 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 utilizar la proporción correcta de alambre de relleno. Si la velocidad del alambre de relleno es demasiado baja, la cantidad de calor generada 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 provocar la rotura de un puente de metal líquido formado durante el proceso y la formación de una gota en el extremo del cable y una alteración momentánea de la estabilidad del proceso.

Una proporción de alambre de relleno demasiado alta puede hacer que la energía suministrada al área de soldadura sea insuficiente para una fusión estable y permanente del alambre. El volumen de metal líquido en el extremo del alambre y en el puente de metal líquido aumenta inundando así el espacio de aire. Además, el alambre no fundido ingresa al área posterior de la piscina, empujando hacia afuera el metal líquido, que al solidificarse forma jorobas características de la superficie de soldadura y 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-hilo de relleno: Una longitud de alambre expuesta que es demasiado corta evita que el alambre se funda en el área inicial del cordón y que el rayo láser afecte directamente al material a fundir. A su vez, una longitud de alambre expuesta que es demasiado larga hace que el extremo extendido del alambre quede presionado contra la superficie de la placa. En la etapa inicial, el rayo láser funde el cable y lo divide en dos partes. Como resultado, el lugar donde comenzó el proceso quedó cubierto con un extremo de alambre soldado a la superficie y 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 anulando la protección de gas. Las funciones de control del LASERDYNE 795 con BeamDirector garantizan la interacción correcta entre el rayo láser y el alambre de relleno.

El LASERDYNE 795 con BeamDirector está idealmente diseñado para soldadura láser de fibra con alambre de limado. El controlador System S94P garantiza 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 utilizar ángulos entre 30 y 60 grados desde la vertical y 45 grados tiende a ser la norma, ya que simplifica el establecimiento de la posición de intersección de cables requerida con la línea central del rayo láser. Los ángulos superiores a 60 grados dificultan esto último y los ángulos inferiores a 30 grados hacen que el alambre cruce 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, esto puede provocar soldaduras con porosidad porque 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. Se desarrollaron y optimizaron los parámetros del alambre de soldadura y de relleno para producir soldaduras de buena calidad sin grietas ni porosidad con una geometría de soldadura correcta.Figura 2Destaca las soldaduras realizadas con alambre de aportación para eliminar grietas y porosidad (2a y 2b) y 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) soldada con alambre 6065 de 0,8 mm de diámetro; Junta en T de doble paso. Esta aleación es muy adecuada para muchas aplicaciones en elindustria aeroespacial, sin embargo, es propenso a agrietarse 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 a agrietarse 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 utilizó 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 utiliza 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 utilizando alambre de relleno ha demostrado ser efectiva para producir soldaduras robustas y de alta calidad con un mejor ajuste, menor agrietamiento de la soldadura y un mejor perfil de soldadura. La amplia gama de aplicaciones incluye aplicaciones aeroespaciales, automotrices y muchas 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 logra 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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