Láser CW y láser QCW en soldadura

Características de la distribución de energía

Una característica notable de los láseres de onda continua (CW) es su distribución de energía gaussiana, donde la distribución de energía de la sección transversal del haz láser disminuye desde el centro hacia afuera siguiendo un patrón gaussiano (distribución normal). Esta característica de distribución permite a los láseres de onda continua (CW) alcanzar una precisión de enfoque y una eficiencia de procesamiento extremadamente altas, especialmente en aplicaciones que requieren un despliegue de energía concentrada.

Diagrama de distribución de energía del láser CW

Ventajas de la soldadura láser de onda continua (CW)

Perspectiva microestructural

El examen de la microestructura de los metales revela claras ventajas de la soldadura láser de onda continua (CW) sobre la soldadura pulsada de onda cuasicontinua (QCW). La soldadura pulsada QCW, limitada por su límite de frecuencia, típicamente alrededor de 500 Hz, se enfrenta a un equilibrio entre la tasa de solapamiento y la profundidad de penetración. Una tasa de solapamiento baja resulta en una profundidad insuficiente, mientras que una tasa de solapamiento alta limita la velocidad de soldadura, reduciendo la eficiencia. Por el contrario, la soldadura láser CW, mediante la selección de diámetros de núcleo láser y cabezales de soldadura adecuados, logra una soldadura eficiente y continua. Este método resulta especialmente fiable en aplicaciones que requieren una alta integridad del sellado.

Consideración del impacto térmico

Desde el punto de vista del impacto térmico, la soldadura láser pulsada QCW presenta el problema del solapamiento, lo que provoca un calentamiento repetido del cordón de soldadura. Esto puede generar inconsistencias entre la microestructura del metal y el material base, incluyendo variaciones en el tamaño de las dislocaciones y la velocidad de enfriamiento, lo que aumenta el riesgo de agrietamiento. La soldadura láser CW, por otro lado, evita este problema al proporcionar un proceso de calentamiento más uniforme y continuo.

Facilidad de ajuste

En términos de operación y ajuste, la soldadura láser QCW requiere un ajuste meticuloso de varios parámetros, como la frecuencia de repetición de pulsos, la potencia pico, el ancho de pulso, el ciclo de trabajo, etc. La soldadura láser CW simplifica el proceso de ajuste, centrándose principalmente en la forma de onda, la velocidad, la potencia y el grado de desenfoque, lo que reduce significativamente la dificultad operativa.

Progreso tecnológico en la soldadura láser CW

Si bien la soldadura láser QCW es conocida por su alta potencia de pico y bajo aporte térmico, lo cual resulta beneficioso para soldar componentes sensibles al calor y materiales con paredes extremadamente delgadas, los avances en la tecnología de soldadura láser CW, especialmente para aplicaciones de alta potencia (normalmente superiores a 500 vatios) y la soldadura de penetración profunda basada en el efecto ojo de cerradura, han ampliado significativamente su rango de aplicación y eficiencia. Este tipo de láser es especialmente adecuado para materiales de más de 1 mm de espesor, logrando relaciones de aspecto elevadas (superiores a 8:1) a pesar de un aporte térmico relativamente alto.

Soldadura láser de onda cuasi continua (QCW)

Distribución de energía enfocada

QCW, siglas de "Onda Cuasi Continua", representa una tecnología láser que emite luz de forma discontinua, como se muestra en la figura a. A diferencia de la distribución uniforme de energía de los láseres continuos monomodo, los láseres QCW concentran su energía con mayor densidad. Esta característica les otorga una densidad de energía superior, lo que se traduce en una mayor capacidad de penetración. El efecto metalúrgico resultante es similar a la forma de un "clavo" con una significativa relación profundidad-ancho, lo que permite a los láseres QCW destacar en aplicaciones que involucran aleaciones de alta reflectancia, materiales termosensibles y microsoldadura de precisión.

Mayor estabilidad y menor interferencia de la columna

Una de las principales ventajas de la soldadura láser QCW es su capacidad para mitigar los efectos de la columna metálica en la tasa de absorción del material, lo que resulta en un proceso más estable. Durante la interacción láser-material, la evaporación intensa puede crear una mezcla de vapor metálico y plasma sobre el baño de fusión, comúnmente conocida como columna metálica. Esta columna puede proteger la superficie del material del láser, lo que provoca una entrega de potencia inestable y defectos como salpicaduras, puntos de explosión y picaduras. Sin embargo, la emisión intermitente de los láseres QCW (p. ej., una ráfaga de 5 ms seguida de una pausa de 10 ms) garantiza que cada pulso láser alcance la superficie del material sin verse afectado por la columna metálica, lo que resulta en un proceso de soldadura notablemente estable, especialmente ventajoso para la soldadura de láminas delgadas.

Dinámica estable de los charcos de fusión

La dinámica del baño de fusión, especialmente en cuanto a las fuerzas que actúan sobre el ojo de cerradura, es crucial para determinar la calidad de la soldadura. Los láseres continuos, debido a su exposición prolongada y a las mayores zonas afectadas por el calor, tienden a crear baños de fusión más grandes llenos de metal líquido. Esto puede provocar defectos asociados a baños de fusión grandes, como el colapso del ojo de cerradura. Por el contrario, la energía enfocada y el menor tiempo de interacción de la soldadura láser QCW concentran el baño de fusión alrededor del ojo de cerradura, lo que resulta en una distribución de fuerza más uniforme y una menor incidencia de porosidad, agrietamiento y salpicaduras.