Al elegir un soldadura por láser fuente de luz, Varios factores como el material de soldadura., geometría de la junta, velocidad, y otros hay que tenerlos en cuenta.
En la industria manufacturera, La selección correcta de una fuente láser es un desafío 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 pulsado: YAG, diodo, desct, y fuentes láser de CO2. (Nota: El CW Nd: La fuente láser YAG ha sido reemplazada en gran medida por láseres de fibra óptica y de disco., y por lo tanto no se analiza en este documento).
La elección de una fuente láser debe considerar varios factores, incluyendo el material de soldadura, geometría de la junta, velocidad de soldadura, tolerancia geométrica, requisitos de integración del sistema, y por supuesto, limitaciones presupuestarias.
Cada fuente láser tiene características únicas que pueden satisfacer diferentes requisitos de soldadura.. En algunos casos, también se pueden sustituir.
4 Tipos de láser
láser de CO2
El láser de CO2, que opera a una longitud de onda de 10604 nm y tiene un rango de potencia de 1 a 20kW, es una tecnología láser altamente desarrollada. Ha sido la principal fuente láser para procesamiento de alta potencia desde la década de 1980..
Comparado con los láseres de estado sólido, El CO2 ofrece una mayor eficiencia de conversión y es capaz de realizar una oscilación continua de alta potencia. (CW, o onda continua). La fuente de excitación es una fuente de tipo descarga con longitudes de onda de 10.6 µm y 9.4 µm. Longitudes de onda de 10.6 μm se utilizan para soldar. La soldadura por láser de gas se utiliza en una amplia gama de campos debido a la capacidad de soldar no solo metal sino también resina..
Soldadura por láser de CO2 (soldadura láser de dióxido de carbono)
A Reflector completo B Electrodo C Gas láser D Reflector parcial E Rayo láser F Espejo metálico G Lente H Pieza de trabajo
Láser de fibra
Este eficiente láser bombeado por diodos utiliza una fibra basada en silicio de pequeño diámetro de núcleo..
La fuente láser está alojada dentro de la fibra óptica., eliminando la necesidad de corrección adicional. Con la fibra óptica de diámetro de núcleo pequeño asignada a la lente de enfoque, el tamaño mínimo de enfoque puede alcanzar 10 micrones.
El láser compacto está disponible en dos configuraciones.: bajo soldadura eléctrica (menos de 300W) y multimodo para soldadura de alta potencia.
Los láseres de fibra son una clase de láseres de estado sólido en los que el medio de ganancia es una fibra óptica.. Los láseres de fibra han sido una tecnología clave en el campo de los láseres de estado sólido., desde la primera propuesta de utilizar una fibra óptica como selector de modo para láseres [1]. En la Figura se muestra un ejemplo de configuraciones básicas de láser de fibra. 1.
Esquema del láser de fibra.
Cifra 1: Esquema del láser de fibra.
Las emisiones estimuladas de la fibra de ganancia amplifican coherentemente la señal a medida que la señal rebota repetidamente entre los dos reflectores de señal.. El reflector en un extremo de la cavidad es un reflector alto. (idealmente 100% reflectividad en la longitud de onda de la señal) para maximizar la retroalimentación de la señal a la cavidad. El reflector en el otro extremo de la cavidad es un reflector parcial. (También llamado acoplador de salida.) para extraer la señal fuera de la cavidad, además de proporcionar retroalimentación de señal a la cavidad.
La salida de un láser de fibra puede ser de onda continua (CW) o pulsado. Los láseres de fibra pulsada se crean modulando la pérdida de la cavidad del láser., y el ancho de pulso está determinado por el perfil temporal de la modulación de pérdida y la dispersión cromática de la cavidad..
Diodo láser
La mejora en la potencia de los dispositivos láser de diodo de superficie única., La llegada de una nueva tecnología de canales de refrigeración., y el avance de la tecnología de elementos microópticos que pueden enfocar el haz en fibras ópticas con un diámetro inferior a 1000 Las micras han llevado al surgimiento de los láseres de diodo como fuentes de soldadura..
Un diodo láser pertenece a la categoría de optoelectrónica, que es una rama de la electrónica que se ocupa de los dispositivos emisores y detectores de luz.. Un diodo láser es un LED o IRED especial con una unión P-N relativamente grande y plana..
Cómo funciona un diodo láser
Los diodos láser son diodos emisores de luz con dos "espejos" en la superficie del diodo para crear una cavidad láser..
diseño de diodo láser
La unión p-n del diodo funciona como la cavidad resonante del láser.. La polarización directa inyecta cargas en la unión., provocando la emisión espontánea de fotones..
Cuando el diodo tiene polarización directa, Se inyectan cargas en el área activa de la unión., mientras que los electrones y los huecos se recombinan en la unión, creando emisión espontánea de fotones.
Cuando este proceso cruza un nivel umbral, La corriente que pasa a través del diodo hace que emita un láser, lo que a su vez crea un "láser"..
Un láser incluye un fotodiodo para detectar la intensidad de la luz que emerge a través del extremo posterior pulido del diodo láser.. La electrónica externa es necesaria para controlar la intensidad del láser., usando retroalimentación del fotodiodo.
Láser de disco
El disco fino cristalino plano YD YAG en el centro del láser CW, conocido como el disco láser, está diseñado para eliminar los problemas inherentes del láser de varilla. Un disco con un espesor de 0.01 Las pulgadas se utilizan y se mantienen frescas mediante un dispositivo de enfriamiento de soporte.. Este diseño permite que el láser alcance una potencia de salida de 10 kW manteniendo una excelente calidad del haz.
Nd pulsado: láser YAG
Este láser emplea un solo Nd:Varilla láser YAG para generar potencia máxima alta y potencia promedio baja para soldar mediante excitación de lámpara flash. Por ejemplo, un láser de potencia promedio de 35 W puede producir una potencia máxima de 6 kW. La combinación de una alta potencia máxima y un ancho de pulso estrecho no solo garantiza la calidad de la soldadura del material., sino que también ofrece un control efectivo sobre el consumo de energía.
Seleccione el láser según el tamaño de penetración.
La elección del láser se puede clasificar en tres grupos según la penetración.: menos que 0.01 pulgadas, entre 0.01 a 0.03 pulgadas, y más que 0.03 pulgadas.
Generalmente, Se pueden utilizar múltiples fuentes láser para completar la soldadura., sin embargo, por motivos de rendimiento y presupuesto, sólo se pueden elegir una o dos fuentes de luz.
La decisión final también puede verse influenciada por varios otros factores., como la calidad de la muestra, consideraciones geográficas, servicio postventa, preferencias de los integradores de sistemas, y popularidad.
Penetración de soldadura inferior a 0,01 pulgadas.
El Nd Pulsado: El láser YAG es el láser más utilizado, Seguido por elláser de fibra. En términos de montaje de componentes., forma de la articulación, material, y revestimiento, la totalidadproceso de soldadura debe ser controlado con precisión, haciendo el Nd Pulsado: Láser YAG la mejor opción.
Con su alta potencia máxima, el Nd Pulsado: El láser YAG puede producir un haz de soldadura con un tamaño de punto mayor que 1000 micrones, proporcionando una gran flexibilidad en la elección del tamaño del punto y maximizando la ventana del proceso de soldadura al tiempo que se garantizan las tolerancias necesarias en el entorno de producción..
Elláser de fibra es el único láser de onda continua en esta categoría, y puede producir un tamaño de punto después del enfoque del haz de menos de 25 micrones, proporcionando la alta densidad de potencia necesaria para soldar. Sin embargo, Mantener la competitividad de costes en el campo del micromecanizado., La potencia de los láseres de fibra generalmente se limita a 200W., que restringe su tamaño máximo de punto y densidad de potencia.
El tamaño de la unión soldada normalmente no excede 75 micrones, Cuál es una de las mayores limitaciones de los láseres de fibra.. En producción real, A menudo es difícil garantizar un rango de error de ± 15 mm al ajustar juntas o componentes según la tolerancia de ajuste y la tolerancia de superposición..
Los láseres de fibra se utilizan principalmente en la soldadura por solape de materiales delgados con altos requisitos de soldadura de uniones para garantizar la estabilidad.. El láser de fibra utiliza una lente de distancia focal de 150 mm que puede producir puntos de luz con un diámetro de menos de 25 micrones, proporcionando un amplio espacio de procesamiento. Con soldadura por solape, El láser de fibra puede producir una soldadura con una profundidad de penetración de 0.01 en o más a alta velocidad, con una profundidad de penetración de 0,004 pulgadas que se puede obtener con un láser de fibra monomodo de 200 W a velocidades de hasta 50 En s.
Por otro lado, el Nd Pulsado: El láser YAG puede satisfacer casi todas las aplicaciones, excepto la soldadura de láminas finas.. Su gran tamaño de spot, ancho de pulso, y el rango de potencia máxima permiten el ajuste y la optimización para cumplir con diversos requisitos de soldadura.
0.01 ~0,03 pulgadas (0.254-0.762milímetro) penetración de soldadura
La clasificación de aplicaciones de Nd pulsado.: El láser YAG y el láser de fibra siguen siendo aplicables., pero el alcance es limitado. El Nd Pulsado: El láser YAG se utiliza principalmente para soldadura por puntos., mientras que los láseres de fibra con una potencia de aproximadamente 500W y un diámetro de punto de 0.01 μm se puede utilizar en soldadura a tope y soldadura en ángulo con baja tolerancia. La relación coste-rendimiento del Nd Pulsado: El láser YAG es relativamente alto..
Los láseres con niveles de potencia de 500 W y 25 W producen diferentes penetraciones de soldadura a diferentes velocidades de soldadura.. La potencia máxima garantiza el rendimiento de penetración., mientras que la potencia promedio determina la velocidad de soldadura de la soldadura de costura.
Los láseres de diodo con potencias comprendidas entre 500 W y 800 W son adecuados para soldar componentes con grandes tolerancias., pero la velocidad es generalmente más lenta que la de los láseres de fibra y disco. Sin embargo, su gran tolerancia puede compensar este inconveniente.
Penetración de soldadura superior a 0,03 pulgadas. (0.762milímetro)
Todos los tipos de láseres son adecuados para esta gama.. La profundidad de penetración del Nd Pulsado.: El láser YAG está disponible 0.05 en (1.27 milímetro), mientras que otros tipos de láser pueden alcanzar hasta 0.25 en (6.35 milímetro) y algunos incluso superan 0.5 en (12.5 milímetro).
Generalmente hablando, las piezas adecuadas para Nd Pulsado: YAGsoldadura por láser en este rango son relativamente pequeños, como sensores de presión con soldadura de costura.
La industria automotriz requiere una amplia gama de aplicaciones de soldadura., y fibra optica, CO2, desct, y se pueden utilizar láseres de diodo. En términos de velocidad y penetración., La industria del automóvil cubre casi todas las aplicaciones de soldadura..
buscar el equilibrio
Las diferencias clave entre las fuentes láser son la calidad del haz., brillo, y longitud de onda.
La calidad del haz se refiere a la capacidad de enfoque del láser., y el brillo se refiere a la densidad de potencia en el haz enfocado.
Por ejemplo, El láser de CO2 y el láser de fibra tienen una calidad de haz similar., por lo tanto, si otros parámetros son iguales, pueden producir puntos de luz con el mismo diámetro.
Sin embargo, La longitud de onda de la fuente de láser de fibra es una décima parte de la de la fuente de luz de 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.. La fuente de láser de fibra también tiene mejor calidad y brillo del haz..
Ensoldadura por láser, La calidad y el brillo del haz impactan directamente en la profundidad y velocidad de penetración., pero no tienen un efecto tan directo sobre la estabilidad y tolerancia de la soldadura..
De este modo, Es importante encontrar un equilibrio entre el rendimiento y la calidad de la soldadura., y el ancho de la ventana del proceso. Vale la pena señalar que, si bien la calidad del haz se puede reducir para satisfacer necesidades específicas, La mala calidad del haz no se puede mejorar..
Con una penetración de 0,25 pulgadas, las velocidades de soldadura de los láseres mencionados anteriormente son bastante similares. Las fibras y los discos ópticos son más rápidos que el CO2, mientras que los diodos son más lentos.
Soldar con láseres de alta potencia normalmente requiere dos turnos, Hacer que el costo de compra del láser sea una consideración en el proceso de selección.. Si bien el láser de CO2 es ampliamente utilizado y familiar para muchos usuarios, Su coste de soldadura única es significativamente mayor que el de la fibra., desct, y láseres de diodo.
En comparación con la soldadura por plasma y arco, soldadura por láser tiene más ventajas en 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 remodelar. Sin embargo, Las piezas coincidentes pueden causar problemas con este espesor.. para superar esto, un flujo de proceso de relleno de alambre o una combinación desoldadura por láser, soldadura por plasma, y se puede utilizar soldadura por arco.
Conclusión
Hay varios tipos de fuentes láser disponibles parasoldadura por láser, cada uno con sus características únicas y su idoneidad para requisitos específicos.
Es fundamental que los usuarios comprendan a fondo qué fuente láser puede satisfacer mejor sus necesidades de soldadura..
Para obtener un sistema de soldadura, El enfoque óptimo es colaborar con el proveedor del sistema., ¿Quién puede determinar el láser más adecuado para usted?.
También puedes comunicarte con variosfabricantes 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 ser equilibrada en términos de penetración., velocidad, estabilidad, acomodar las piezas de producción y la tolerancia.
