Comparación de los tipos de soldadura láser: Fibra, Diodo, Disco y CO2 | MachineMFG

Comparación de los tipos de soldadura láser: Fibra, Diodo, Disco y CO2

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A la hora de elegir una fuente de luz para soldadura láser, hay que tener en cuenta diversos factores, como el material de soldadura, la geometría de la unión y la velocidad, entre otros.

En la industria manufacturera, la correcta selección de una fuente láser es un reto práctico que los fabricantes deben abordar debido al uso generalizado de la soldadura láser.

Actualmente, las fuentes láser disponibles en el mercado incluyen fibra óptica, Nd: YAG pulsado, diodo, disco y CO2 fuentes láser. (Nota: La fuente láser CW Nd: YAG ha sido sustituida en gran medida por los láseres de fibra óptica y de disco, por lo que no se trata en este documento).

La elección de una fuente láser debe tener en cuenta varios factores, entre ellos el material de soldaduraLa geometría de las juntas, la velocidad de soldadura, la tolerancia geométrica, los requisitos de integración del sistema y, por supuesto, las limitaciones presupuestarias.

Cada fuente láser tiene características únicas que pueden satisfacer diferentes requisitos de soldadura. En algunos casos, también pueden sustituirse.

4 Tipos de láser

CO2 láser

Las emisiones de CO2 que funciona a una longitud de onda de 10604 nm y tiene una gama de potencia de 1 a 20 kW, es una tecnología láser muy desarrollada. Ha sido la principal fuente láser para el procesamiento de alta potencia desde la década de 1980.

Tipos de láser

Láser de fibra

Este eficaz láser bombeado por diodo utiliza una fibra con núcleo de pequeño diámetro basada en silicio.

La fuente láser está alojada dentro de la fibra óptica, lo que elimina la necesidad de una corrección adicional. Con la fibra óptica de diámetro de núcleo pequeño asignada a la lente de enfoque, el tamaño mínimo de enfoque puede alcanzar las 10 micras.

El láser compacto está disponible en dos configuraciones: baja soldadura eléctrica (menos de 300 W) y multimodo para soldadura de alta potencia.

Láser de diodo

La mejora de la potencia de los dispositivos láser de diodo de superficie única, la aparición de una nueva tecnología de canales de refrigeración y el avance de la tecnología de microelementos ópticos que pueden enfocar el haz en fibras ópticas con un diámetro inferior a 1.000 micras han propiciado el auge de los láseres de diodo como fuentes de soldadura.

Láser de diodo

Disco láser

El fino disco plano de cristal YD YAG en el centro del láser CW, conocido como láser de disco, está diseñado para eliminar los problemas inherentes al láser de varilla. Se utiliza un disco con un grosor de 0,01 pulgadas que se mantiene frío mediante un dispositivo de refrigeración de apoyo. Este diseño permite al láser alcanzar una potencia de salida de 10 kW manteniendo una excelente calidad del haz.

Láser Nd: YAG pulsado

Este láser emplea una única varilla láser Nd:YAG para generar una elevada potencia de pico y una baja potencia media para la soldadura mediante la excitación de la lámpara de destello. Por ejemplo, un láser de 35 W de potencia media puede producir una potencia de pico de 6 kW. La combinación de una alta potencia de pico y una anchura de pulso estrecha no sólo garantiza la calidad de la soldadura del material, sino que también ofrece un control eficaz de la entrada de energía.

Seleccione el láser en función del tamaño de penetración

La elección del láser puede clasificarse en tres grupos en función de la penetración: menos de 0,01 pulgadas, entre 0,01 y 0,03 pulgadas, y más de 0,03 pulgadas.

Por lo general, se pueden utilizar varias fuentes láser para completar la soldadura; sin embargo, por motivos de rendimiento y presupuesto, es posible que sólo se elijan una o dos fuentes de luz.

En la decisión final también pueden influir otros factores, como la calidad de la muestra, consideraciones geográficas, el servicio posventa, las preferencias de los integradores de sistemas y la popularidad.

Penetración de la soldadura inferior a 0,01 pulg.

El láser Nd: YAG pulsado es el más utilizado, seguido del láser láser de fibra. En cuanto al ensamblaje de los componentes, la forma de las juntas, el material y el revestimiento, todo el proceso de soldadura debe controlarse con precisión, por lo que el láser Nd: YAG pulsado es la mejor elección.

Con su elevada potencia de pico, el láser Nd:YAG pulsado puede producir un haz de soldadura con un tamaño de punto superior a 1.000 micras, lo que proporciona una gran flexibilidad a la hora de elegir el tamaño del punto y maximizar la ventana de proceso de la soldadura, al tiempo que garantiza las tolerancias necesarias en el entorno de producción.

En láser de fibra es el único láser de onda continua de esta categoría, y puede producir un tamaño de punto tras el enfoque del haz inferior a 25 micras, proporcionando la alta densidad de potencia necesaria para la soldadura. Sin embargo, para mantener la competitividad de costes en el campo del micromecanizado, la potencia de los láseres de fibra suele limitarse a 200 W, lo que restringe su tamaño máximo de punto y su densidad de potencia.

El tamaño de la unión soldada no suele superar las 75 micras, una de las mayores limitaciones de los láseres de fibra. En la producción real, suele ser difícil garantizar un margen de error de ± 15 mm al ajustar las juntas o los componentes según la tolerancia de ajuste y la tolerancia de superposición.

Los láseres de fibra se utilizan principalmente en la soldadura por solapado de materiales finos con altos requisitos de juntas de soldadura para garantizar la estabilidad. El sitio usos del láser de fibra una lente de 150 mm de distancia focal que puede producir puntos de luz con un diámetro inferior a 25 micras, lo que proporciona un amplio espacio de procesamiento. Con la soldadura de solapado, el láser de fibra puede producir una soldadura con una profundidad de penetración de 0,01 pulg. o superior a alta velocidad, con una profundidad de penetración de 0,004 pulg. obtenible mediante un láser de fibra monomodo de 200 W a velocidades de hasta 50 pulg./s.

Por otro lado, el láser Nd:YAG pulsado puede satisfacer casi todas las aplicaciones, excepto la soldadura de láminas finas. Su gran tamaño de punto, anchura de pulso y rango de potencia pico permiten el ajuste y la optimización para satisfacer diversos requisitos de soldadura.

0,01 ~ 0,03in (0,254-0,762mm) penetración de la soldadura

La clasificación de aplicaciones del láser Nd: YAG pulsado y del láser de fibra sigue siendo aplicable, pero su alcance es limitado. El láser Nd: YAG pulsado se utiliza principalmente para la soldadura por puntos, mientras que los láseres de fibra con una potencia de aproximadamente 500 W y un diámetro de punto de 0,01 μm pueden utilizarse en la soldadura a tope y... soldadura en ángulo con baja tolerancia. La relación coste-rendimiento del láser Nd:YAG pulsado es relativamente alta.

Los láseres con niveles de potencia de 500W y 25W producen diferentes penetración de la soldadura a distintas velocidades de soldadura. La potencia pico garantiza el rendimiento de penetración, mientras que la potencia media determina la velocidad de soldadura de soldadura de juntas.

Los láseres de diodo con potencias comprendidas entre 500 W y 800 W son adecuados para soldar componentes con grandes tolerancias, pero su velocidad suele ser inferior a la de los láseres de fibra y disco. Sin embargo, su gran tolerancia puede compensar este inconveniente.

Penetración de la soldadura superior a 0,762 mm (0,03 pulg.)

Todos tipos de láser son adecuados para este rango. La profundidad de penetración del láser Nd:YAG pulsado es de aproximadamente 1,27 mm, mientras que otros tipos de láser pueden alcanzar hasta 6,35 mm y algunos incluso superar los 12,5 mm.

En general, las piezas adecuadas para Nd: YAG pulsado soldadura láser en este rango son relativamente pequeños, como los sensores de presión con soldadura por costura.

La industria del automóvil requiere una amplia gama de aplicaciones de soldaduray fibra óptica, CO2Se pueden utilizar láseres de disco y de diodo. En términos de velocidad y penetración, la industria del automóvil abarca casi todos los sectores. aplicaciones de soldadura.

Buscar el equilibrio

Las principales diferencias entre las fuentes láser son la calidad del haz, la luminosidad y la longitud de onda.

La calidad del haz se refiere a la capacidad de enfoque del láser, y la luminosidad, a la densidad de potencia en el haz enfocado.

Por ejemplo, el CO2 y el láser de fibra tienen una calidad de haz similar, por lo que, si los demás parámetros son iguales, pueden producir puntos luminosos con el mismo diámetro.

Sin embargo, la longitud de onda del fuente láser de fibra es una décima parte de la del CO2 lo que significa que el diámetro del punto que puede producir es también una décima parte del de la fuente de luz de CO2 fuente de luz. La fuente láser de fibra también tiene mejor calidad de haz y brillo.

En soldadura láserLa calidad y el brillo del haz influyen directamente en la profundidad y la velocidad de penetración, pero no tienen un efecto tan directo en la estabilidad y la tolerancia de la soldadura.

Así pues, es importante encontrar un equilibrio entre el rendimiento y la calidad de la soldadura, y la amplitud de la ventana de proceso. Vale la pena señalar que, si bien la calidad del haz puede reducirse para satisfacer necesidades específicas, la mala calidad del haz no puede mejorarse.

Con una penetración de 0,25 pulgadas, las velocidades de soldadura de los láseres mencionados son bastante similares. Las fibras ópticas y los discos son más rápidos que los láseres de CO2mientras que los diodos son más lentos.

La soldadura con láseres de alta potencia suele requerir dos turnos, por lo que el coste de adquisición del láser es un factor a tener en cuenta en el proceso de selección. Aunque el CO2 es ampliamente utilizado y familiar para muchos usuarios, su coste de soldadura única es significativamente superior al de los láseres de fibra, disco y diodo.

En comparación con la soldadura por plasma y por arco, soldadura láser tiene más ventajas en las aplicaciones de soldadura que requieren penetraciones de más de 0,25 pulgadas, ya que puede reducir en gran medida la deformación térmica. Esta reducción ayuda a mantener la forma geométrica de la pieza, eliminando la necesidad de remodelarla. Sin embargo, el emparejamiento de piezas puede causar problemas en este espesor. Para superarlo, se puede utilizar un flujo de proceso de llenado de alambre o una combinación de soldadura láserSe pueden utilizar la soldadura por plasma y la soldadura por arco.

Conclusión

Existen varios tipos de fuentes láser para soldadura láser, cada una con sus características únicas y su adecuación a requisitos específicos.

Es crucial que los usuarios comprendan a fondo qué fuente láser puede satisfacer mejor sus necesidades de soldadura.

Para obtener un sistema de soldadura, lo óptimo es colaborar con el proveedor del sistema, que puede determinar el láser más adecuado para usted.

También puede dirigirse a varios fabricantes de láser y proporcionarles muestras de soldadura para determinar la solución óptima.

Al seleccionar un láser, es importante tener en cuenta que la soldadura debe estar equilibrada en términos de penetración, velocidad, estabilidad, adaptación a las piezas de producción y tolerancia.

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