Elegir entre soldadura láser continua y soldadura por pulsos: Una guía completa | MachineMFG

Elegir entre la soldadura láser continua y la soldadura por pulsos: Una guía completa

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Soldadura en continuo de la chapa galvanizada mediante láser semiconductor

Soldadura continua del chapa galvanizada por el láser semiconductor

Soldadura pulsada de chapa de acero inoxidable con láser Nd 3 + YAG

Pulsado soldadura de acero inoxidable placa con láser Nd 3 +: YAG

1. Principios pertinentes

Los láseres pueden clasificarse de varias maneras. Uno de ellos se basa en la longitud de onda, que puede dividirse en infrarroja, visible y ultravioleta.

Otra clasificación se basa en la sustancia de trabajo del láser, incluido el CO2 láser, láser de fibra, Nd3+:YAG láser de estado sólido, Nd3+:YAG disco láser (exclusivo de Trumpf), láser semiconductor directo, láser de colorante, entre otros. El modo de funcionamiento del láser, ya sea continuo o por impulsos, también determina el tipo de láser.

En general, un rayo láser emite una vez al oscilar en la cavidad resonante, pero pueden formarse múltiples salidas mediante la oscilación de alta frecuencia. Se considera que un láser tiene una salida de luz continua cuando la frecuencia de salida alcanza un valor crítico, y se considera un láser de pulsos si la frecuencia de salida está por debajo de ese valor crítico.

Sin embargo, no existe una definición estándar para la división entre láser continuo y de pulso en el mundo académico y la industria. El entendimiento común es que cuando la frecuencia de luz repetida es inferior a 102 Hz, se considera un láser de pulso, 102-103 Hz se considera cuasi continuo (QCW), 103-106 Hz se considera continuo (CW), y todo lo que supere 106-109 Hz se considera supercontinuum.

Por ejemplo, en el campo del corte de metales, los parámetros de frecuencia típicos de IPG y Raycus son de 5000 Hz, mientras que la frecuencia típica de las primeras máquinas de corte por láser de estado sólido Nd3+:YAG es de 300 Hz. En cuanto a los parámetros de potencia, los láseres de onda continua generalmente sólo proporcionan potencia, mientras que los láseres de pulso proporcionan potencia de pulso único, potencia media, anchura de pulso y frecuencia.

El método rentable específico es:

Potencia media = Potencia de pulso único × Anchura de pulso × Frecuencia

2. Fuente de luz láser

En el ámbito del metal soldadura láserLos láseres de estado sólido Nd3+: YAG se utilizan normalmente en la soldadura por pulsos, mientras que los láseres de fibra se emplean habitualmente en la soldadura continua. Sin embargo, con los avances en la tecnología láser, la distinción entre los dos es cada vez menos clara, ya que los láseres semiconductores directos de calidad industrial se utilizan cada vez más en la soldadura continua.

Pulso soldadura láser, que utiliza láseres Nd3+: YAG, es conocido por sus pulsos de baja frecuencia y alta energía. Por ejemplo, un láser de pulsos de 500W puede producir una potencia de pulso único de hasta 12KW o más, lo que se traduce en una mayor penetración de la soldadura en comparación con los láseres de fibra de la misma potencia.

Por otro lado, los láseres continuos (de fibra) se caracterizan por una alta frecuencia y una salida de energía de un solo pulso estable y baja.

Una analogía sencilla para explicar la diferencia entre la soldadura por pulsos y la soldadura continua es que la soldadura por pulsos es como clavar pilotes con un martillo pilón, donde cada impacto es fuerte pero la velocidad es lenta. Por otro lado, la soldadura continua es como clavar clavos con un martillo eléctrico, donde cada impacto es pequeño pero la velocidad de martilleo es rápida.

3. Características del haz

Como es bien sabido, el haz producido por un láser de onda continua (fibra) es un haz gaussiano típico. Esto significa que la densidad de potencia en el centro del haz es muy alta y disminuye rápidamente alejándose del centro.

En cambio, la intensidad luminosa de un láser pulsado tiene una distribución plana, lo que significa que la energía se distribuye más o menos uniformemente por la superficie perpendicular al haz.

Cabe señalar que la distribución del haz de un láser semiconductor directo también es similar a la distribución plana, pero esto no se tratará más aquí.

Distribución de energía de los haces gaussianos

Distribución de energía de una viga plana

4. 4. Proceso de soldadura

La frecuencia de salida de la luz en la soldadura continua es extremadamente alta.

Cuando se utilizan la protección y los parámetros de soldadura adecuados, se puede conseguir una soldadura uniforme y lisa que no requiere esmerilado ni pulido.

La soldadura por pulsos, por el contrario, tiene una frecuencia de luz más baja y produce un sonido de golpeteo claro e intermitente durante la proceso de soldadura. La soldadura resultante tiene un aspecto de escama de pescado plana, similar a soldadura por arco de argóno puntos de soldadura individuales completos, según sea necesario.

La soldadura continua sólo requiere seleccionar unos pocos parámetros, como la pista de soldadura, la velocidad de marcha y la potencia adecuadas, lo que la hace relativamente sencilla. La soldadura por pulsos, sin embargo, requiere una consideración exhaustiva de múltiples parámetros, como la anchura del pulso, la frecuencia de salida de la luz, la potencia de un solo pulso, la velocidad de marcha y la forma de onda del pulso, lo que la convierte en un proceso más complejo.

Punto de soldadura por impulsos (punto de soldadura)

Costura de soldadura continua

Además, el láser de fibra tiene una alta densidad de energía en su centro óptico. Con la tecnología actual, el haz láser puede transmitirse eficazmente a través de una fibra con un diámetro de núcleo muy pequeño. Esto hace que los láseres ligeros de potencia media a alta sean ideales para la soldadura de penetración profunda, produciendo soldaduras con una elevada relación profundidad-anchura.

La distribución plana de los haces láser pulsados ofrece importantes ventajas para la soldadura por conducción de calor, especialmente en la soldadura de empalmes de placas finas.

5. Aplicación

El láser continuo (de fibra) ha ganado una importante cuota de mercado en el campo de la soldadura, sustituyendo al láser de CO2 y Nd3+: YAG de estado sólido, debido a su estabilidad, bajo consumo, eficiencia, alta calidad del haz y densidad de energía. Se espera que esta tendencia continúe en el futuro.

El Nd3+: YAG láser de estado sólidoA pesar de su larga historia de desarrollo y su amplio mercado, tendrá oportunidades prometedoras en campos especializados. En la actualidad, la continua soldadura láser se utiliza principalmente para la soldadura de penetración profunda. Por ejemplo, los láseres de fibra óptica (continua) se utilizan mucho en la industria de piezas de automóvil. A medida que avanza la tecnología, sobre todo en láser de fibra óptica y la tecnología de láser semiconductor directo, se espera que la soldadura láser continua se aplique en una gama más amplia de campos.

Además, la alta eficacia y estabilidad de la soldadura láser se ajusta a la creciente tendencia de la industria manufacturera hacia métodos de producción inteligentes y automatizados.

Aunque la soldadura por pulsos se ha ido reduciendo en el mercado, sigue teniendo un lugar en el futuro. Los láseres de fibra han desarrollado láseres casi continuos que compiten con la soldadura por pulsos, pero la soldadura por pulsos sigue siendo útil para materiales y requisitos de soldadura especiales. Además, el láser de estado sólido Nd3+: YAG tiene las ventajas de su bajo coste, facilidad de uso y sencillo mantenimiento, lo que hará que la soldadura por pulsos siga siendo relevante a largo plazo.

6. Conclusión

Elegir entre dos métodos de soldadura requiere una cuidadosa evaluación de diversos factores como el coste, los gastos de explotación, los requisitos del proceso y la eficiencia de la producción.

La soldadura por impulsos tiene una eficiencia global baja, pero ofrece una gran energía de impulso único. Sin embargo, su uso puede resultar caro. Por otro lado, la soldadura continua es más eficiente y tiene menores costes de funcionamiento, pero conlleva un mayor coste inicial.

Ambos métodos tienen sus propias ventajas e inconvenientes, por lo que tienen ámbitos de aplicación específicos.

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