Desde la fabricación aditiva y la reparación de componentes hasta el recubrimiento de superficies y la personalización de las propiedades de los materiales, la soldadura por deposición láser se ha convertido en una solución ideal para las empresas que buscan mejorar la eficiencia, reducir los residuos y elevar la calidad de sus productos.
En este artículo profundizamos en los fundamentos de la soldadura por deposición láser, explorando sus aplicaciones, beneficios y consideraciones clave para seleccionar la máquina adecuada.
¿Qué es la soldadura por deposición láser?
Soldadura por deposición láser (también llamada revestimiento láser) es un proceso de fabricación avanzado basado en la Deposición de metales por láser (LMD) técnica. Esta tecnología utiliza un rayo láser de alta potencia para calentar localmente una superficie metálica mientras se introduce un metal de aportación (alambre fino o polvo fino) en la superficie, lo que da como resultado una unión de estudio.
La deposición láser es principalmente una proceso automatizado utilizando tecnología CNC (control numérico por computadora) para controlar la velocidad de alimentación del material de relleno, la intensidad del rayo láser y la trayectoria del cabezal láser.
El proceso se emplea en varios aplicaciones industriales, incluyendo revestimiento de la superficie (revestimiento láser), reparación y modificación de piezas.
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Tipos de soldadura por deposición láser
La soldadura impulsada por deposición de metal por láser (LMD) se puede dividir en dos grupos principales.
- Soldadura manual por deposición láser
- Soldadura automática por deposición láser
I. Soldadura manual por deposición láser
Soldadura por deposición manual utiliza un alambre de metal delgado como material de relleno. El espesor del alambre oscila entre 0.6 mm a 0.15 mm. Una alta potencia del láser funde rápidamente la superficie de la pieza de trabajo y el alambre metálico, lo que da como resultado soldaduras rápidas y robustas.
Se utiliza un chorro de gas inerte (comúnmente argón) para mantener la soldadura a salvo del aire ambiente húmedo. La calidad de la soldadura láser manual depende del nivel de habilidad del soldador. Los soldadores experimentados pueden mantener una alta velocidad de soldadura y al mismo tiempo garantizar la coherencia durante todo el proceso.
La soldadura con alambre puede ser desigual y después de la soldadura, molienda, molienda, o electroerosión (Mecanizado por electroerosión) es necesario para un acabado más limpio.
II. Soldadura automática por deposición láser
La soldadura láser automática tiene dos o más boquillas unidas al cabezal láser. Tanto la boquilla como el cabezal láser se mueven según el sistema de control CNC para lograr soldaduras consistentes y precisas.
Las boquillas rocían partículas de polvo metálico junto con un gas protector (gas inerte) en el punto de contacto del láser, fusionando el metal de aportación cuando toca el material base. Como el polvo metálico es extremadamente fino, la soldadura resultante no tiene poros ni cavidades, lo que proporciona alta resistencia a la tracción en el Junta de soldadura.
La deposición automática de metales por láser se usa comúnmente para cubrir metales base en otros materiales más resistentes para mejor resistencia al rayado y a la corrosión.
La acumulación continua de capas sobre el material base se denomina Fabricación aditiva y es un elemento central de la deposición de metales por láser. La soldadura es sólo una pequeña parte del proceso LMD.
¿Cómo funciona la soldadura por deposición láser?
La soldadura por deposición láser es un proceso complejo que requiere mucho trabajo de preparación antes de encender el láser.
A continuación se detallan algunos pasos clave involucrados en el proceso.
Paso 1: preparación de la superficie
Los lingotes y palanquillas de metal vienen con revestimientos superficiales protectores. Estos recubrimientos suelen ser aceites para prevenir la oxidación, revestimientos de metales u óxidos, en el caso del aluminio.
Debes limpiar los compuestos e impurezas no deseados del metal y raspar la superficie. A superficie más rugosa conduce a una mejor adhesión del metal durante el proceso de soldadura. Las protuberancias y cavidades microscópicas en la superficie proporcionan excelentes puntos de anclaje para que el metal de aportación fundido se adhiera.
Paso 2: entrega del metal de aportación
El metal de relleno, normalmente un polvo metálico fino, sale de una boquilla de chorro de aire con un gas inerte (nitrógeno o argón). El gas inerte previene la oxidación, elimina las impurezas superficiales no deseadas y mantiene las soldaduras limpias y libres de escoria.
Crear un polvo metálico fino y consistente es un proceso costoso. Por lo general, se necesita más esfuerzo para crear el polvo metálico que la propia soldadura por deposición láser.
Por lo tanto, muchas máquinas de deposición láser utilizan un alambre de metal delgado en cambio. El alambre metálico se puede alimentar manualmente o automáticamente a través de un sistema de motor y rodillo adyacente al cabezal láser.
Cabe señalar que el metal de aportación puede ser el mismo que el de la pieza de trabajo para soldar y diferente para el revestimiento de superficies.
Paso 3: calentamiento láser localizado
A rayo láser de alta potencia se dirige a la ubicación deseada mediante un sistema CNC preciso. El láser funde la superficie de la pieza de trabajo y el metal de aportación entrante en una fracción de segundo.
Los rayos láser introducen una cantidad fija de energía en la pieza de trabajo, que está determinada por la potencia de la fuente láser, y la El diámetro del punto controla el área de depósito de la energía.. El diámetro del punto láser es el tamaño del punto de contacto del láser con la pieza de trabajo.
Un tamaño de punto mayor significa que la energía está más distribuida y se necesita más tiempo para derretir la superficie. Mientras que un diámetro de punto más pequeño significa que toda la energía del láser se concentra en un punto pequeño, lo que reduce el tiempo de fusión.
Un tamaño de punto más pequeño significa mayor precisión y tiempos de soldadura más rápidos. También minimiza la deformación del material ya que el calor se concentra en un solo punto y no se irradia ningún exceso de calor a los alrededores.
Paso 4: capas y pasadas múltiples
La deposición de metales por láser (LMD) no se limita a la soldadura y, a menudo, se utiliza para Fabricación de componentes desde cero.. Después del paso inicial del láser, el cabezal láser realiza otra ronda y deposita una nueva capa de material sobre la primera. Este proceso se repite hasta alcanzar la altura deseada.
Para Fabricación aditiva, las capas continúan hasta que se construye una pieza completa. Por el contrario, la soldadura sólo requiere una o dos pasadas (capas).
El espesor de la capa y el número de capas ayudan a controlar la cantidad de deposición de metal.
Paso 5: enfriamiento y solidificación
Dado que el calor está localizado, el área de soldadura también se enfría relativamente rápido, casi inmediatamente después de que el láser se aleja del punto.
El proceso LMD implica la deposición directa de energía en un pequeño punto de la pieza de trabajo. El punto de contacto más pequeño significa que la energía se utiliza de manera más eficiente y, por lo tanto, el láser puede moverse a un ritmo más rápido.
Los láseres más rápidos significan que se deposita menos energía y calor en la pieza de trabajo.. Menos calor depositado significa un enfriamiento más rápido. El enfriamiento rápido tiene un efecto secundario adicional, mejores microestructuras.
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7 beneficios de la soldadura por deposición láser
La deposición de metales por láser (LMD) es una acumulación de años de investigación en tecnología de fabricación aditiva. Cada aspecto de la deposición de metales por láser está diseñado con un único objetivo en mente: mejorar los procesos tradicionales.
Estos son algunos de los mayores beneficios que la soldadura por deposición láser ha aportado al proceso de fabricación moderno.
1. Tiempos de soldadura más rápidos
Los láseres de alta potencia funden rápidamente la pieza de trabajo y un controlador CNC mueve rápidamente el cabezal del láser de un punto a otro, lo que da como resultado tiempos de soldadura increíblemente rápidos.
Automático alimentación de material Permite realizar soldaduras continuas sin paradas en el proceso. Soldadura controlada por ordenador También minimiza los errores, ahorrando aún más tiempo en la planta de producción.
Gestionar y optimizar los distintos procesos. parámetros de deposición de metales por láser puede mejorar la eficiencia de la soldadura y reducir el tiempo de producción.
2. Mayor precisión y control
Casi todas las máquinas de deposición de metales por láser son automatizado y controlado por computadora, excepto algunos modelos portátiles. La alta precisión y control permiten soldaduras más complejas a una velocidad más rápida.
Muy pocos soldadores experimentados pueden igualar la exactitud y precisión de una máquina de soldadura láser automatizada.
3. Soldaduras de mayor calidad
Las finas partículas de polvo del material de aportación llenan el espacio de manera más eficiente, lo que da como resultado una soldadura más fuerte. ya que todo es Premedido y controlado por ordenador., la cantidad de metal depositado es exactamente la necesaria, lo que significa que el baño de soldadura se mantiene constante durante todo el proceso.
Adicionalmente, el uso de un chorro entre gases Previene la formación de escoria y la oxidación del metal y elimina pequeños trozos de metal vaporizado.
4. Distorsión cero de la fuente de calor
Procesos de soldadura tradicionales introducir una gran cantidad de calor no deseado al material base. Una pequeña cantidad de calor llega al punto de soldadura, mientras que el resto se filtra al entorno, lo que provoca la deformación del metal (deformación).
La deposición de metal por láser es un proceso increíblemente preciso: el rayo láser funde una pequeña sección de la pieza de trabajo y nada más. De hecho, el proceso es tan eficiente que a menudo se utiliza para soldaduras de superficie completa ya que no hay miedo a la distorsión material.
Soldadura de superficie es el proceso de recubrir un material con otro material (o varios materiales) para mejorar el acabado de la superficie y la resistencia al desgaste.
5. Compatibilidad de materiales más amplia
La soldadura se vuelve mucho más difícil a medida que se pasa a materiales más raros y de mayor calidad. Los procesos tradicionales funcionan con materiales comunes como hierro, cobre, acero inoxidable e incluso aleaciones de aluminio. Pero lucha con casos especializados que involucran metales resistentes como el tungsteno, metales volátiles como el magnesio y metales blandos como el oro.
La deposición de metal por láser admite una rangos diversos de metales, aleaciones e incluso algunas cerámicas. Con LMD, puede soldar los siguientes materiales.
- Aleaciones de níquel
- Carburo de tungsteno
- Aleaciones de magnesio
- Hierro fundido
- Aleaciones de aluminio
- Aleaciones a base de cobalto
- Aleaciones de titanio
- Cobre
- Aceros
- etc.
6. Reducir el desperdicio de materiales
Soldadura por láser da como resultado un desperdicio mínimo de material. Los polvos metálicos se alimentan a la pieza de trabajo a una velocidad de avance controlada para evitar una deposición excesiva o insuficiente. A diferencia de la soldadura tradicional, que utiliza varillas de relleno, la soldadura por deposición láser utiliza alambres metálicos continuos y partículas de polvo.
Sólo se utiliza la cantidad necesaria de relleno, mientras que el resto se guarda para la siguiente soldadura.
7. Trabajo de posprocesamiento reducido
Dado que la deposición de metal por láser produce soldaduras más limpias, a menudo, ni siquiera es necesario realizar ninguna Postprocesamiento. No es necesario limpiar la pieza de trabajo con un cepillo de alambre, pulir el exceso del baño de soldadura o enderezar las distorsiones del proceso de soldadura.
La reducción del posprocesamiento ahorra mucho tiempo en la planta de producción y aumenta significativamente la productividad.
Aplicaciones de la soldadura por deposición láser
A continuación se muestra una charla sencilla que describe las diversas aplicaciones industriales de la deposición de metales por láser.
| Experiencia | Aplicación |
|---|---|
| Industria automotriz: | Reparación y recubrimiento de piezas de motor, componentes de transmisión, etc. |
| Dispositivos médicos | Reparación y personalización de implantes metálicos. |
| Industria de herramientas y troqueles | Reparación y restauración de herramientas, moldes y troqueles viejos y desgastados. |
| Equipos de petróleo y gas | Reparación y fabricación de componentes utilizados como herramientas de perforación, válvulas y componentes de bombas. |
| Fabricación de electrónica | Reparación y modificación de componentes y conexiones electrónicas delicadas. |
| Mantenimiento aeroespacial | Reparación y fabricación de componentes como álabes de turbinas, piezas de motores y otras estructuras complejas y de alto valor. |
| Fabricación aeroespacial | Aplicar recubrimientos protectores sobre componentes, mejorando propiedades como resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión y dureza. |
Debido a la excelente compatibilidad de materiales de la soldadura por deposición láser, existen muchas aplicaciones en la industria, especialmente entre los fabricantes. Puede ponerse en contacto con nuestros expertos para obtener más detalles haciendo clic en el botón a continuación.
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¿Cómo elegir una máquina de soldadura por deposición láser?
Aquí hay una lista de factores importantes que lo ayudarán a elegir la máquina de deposición de metal por láser adecuada para soldar.
1. Fuente láser
Soportes de deposición de metales por láser fuentes láser de fibra y diodo. Láser de fibra utilizan componentes más caros y pueden alcanzar mayor potencia.
La potencia del láser determina la generación máxima de calor de su máquina. Se necesitan láseres de mayor potencia para alcanzar la alta temperatura de fusión de metales como el titanio y el tungsteno. 2-3 kilovatios Los láseres son estándar para producciones de gran volumen y cubren la mayoría de las aplicaciones.
2. Precisión y Control
El diámetro del punto láser determina la precisión de soldadura de su máquina. La velocidad del cabezal láser, medida en mm por segundo, determina la capacidad total de soldadura.
Quiere un diámetro de punto lo más pequeño posible y la velocidad del cabezal láser más rápida disponible para lograr la máxima eficiencia de producción.
3. Tamaño de la cama de trabajo
Un tamaño de mesa de trabajo grande genera mayores costos de máquina y envío. Elija cuidadosamente el tamaño de cama adecuado según sus necesidades.
4. Sistema de enfriamiento
Los láseres de alta potencia generan mucho calor, especialmente alrededor del sistema de suministro de energía. Si la solución de enfriamiento no es la adecuada, su máquina de deposición de metales por láser no funcionará a plena capacidad durante sesiones de trabajo más largas.
5. Caracteristicas de seguridad
Las características de seguridad comunes incluyen un protector de vidrio polarizado que cubre la cama láser, una campana extractora y controles de apagado de emergencia.
6. Capacitación y soporte al operador
La formación de los operadores es siempre un paso crucial en el entorno industrial. Más reputado fabricantes de máquinas de soldadura láser Ofrecemos capacitación gratuita en línea y presencial. Una formación adecuada reduce los riesgos de seguridad y aumenta la productividad.
Preguntas Frecuentes
1. ¿Qué materiales son compatibles con la soldadura por deposición de metales por láser?
La deposición de metales por láser es compatible con casi todos los tipos de aleaciones a base de cobre, aluminio, titanio, acero, magnesio y níquel.
2. ¿Para qué se utiliza la soldadura por deposición láser?
La soldadura por deposición de metal por láser se utiliza para soldar metales, reparar piezas metálicas dañadas, recubrir metales más blandos y fabricar piezas mediante fabricación aditiva.
3. ¿Qué tan cara es la soldadura por deposición láser?
Soldadura manual por deposición láser mediante alambres metálicos es relativamente económico (<$ 8,000). Sin embargo, la soldadura automatizada utilizando polvo de metal es significativamente más caro (> $ 100,000).
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Conclusión
La deposición de metales por láser (LMD) es un proceso de fabricación aditivo único que permite varias aplicaciones diferentes, desde soldadura hasta recubrimiento de superficies y fabricación completa de piezas. Esta técnica es una solución integral para pequeñas y medianas empresas que buscan automatizar su carga de trabajo de fabricación. Es una forma más rápida, precisa y segura de soldar piezas complejas.
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