Láser CW y láser QCW en soldadura

Características de distribución de energía

Una característica destacada 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 permite que los láseres CW alcancen una precisión de enfoque y una eficiencia de procesamiento extremadamente altas, especialmente en aplicaciones que requieren una distribución de energía concentrada.

Diagrama de distribución de energía láser CW

Ventajas de la soldadura láser de onda continua (CW)

Perspectiva microestructural

El análisis de la microestructura de los metales revela claras ventajas de la soldadura láser de onda continua (CW) sobre la soldadura por pulsos de onda cuasicontinua (QCW). La soldadura por pulsos QCW, limitada por su frecuencia (normalmente alrededor de 500 Hz), presenta una disyuntiva entre la tasa de solapamiento y la profundidad de penetración. Una baja tasa de solapamiento resulta en una profundidad insuficiente, mientras que una alta tasa de solapamiento restringe la velocidad de soldadura, reduciendo la eficiencia. En cambio, 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 sobre el 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 las velocidades de enfriamiento, aumentando así 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 cuanto a su funcionamiento y ajuste, la soldadura láser QCW requiere una calibración precisa de varios parámetros, como la frecuencia de repetición de pulsos, la potencia máxima, el ancho de pulso, el ciclo de trabajo, entre otros. 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 complejidad operativa.

Avances tecnológicos en la soldadura láser de onda continua

Si bien la soldadura láser QCW se caracteriza por su alta potencia pico y baja emisión térmica, características beneficiosas para soldar componentes sensibles al calor y materiales de paredes extremadamente delgadas, los avances en la tecnología de soldadura láser CW, especialmente para aplicaciones de alta potencia (normalmente superiores a 500 vatios) y 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 particularmente adecuado para materiales de más de 1 mm de espesor, logrando relaciones de aspecto elevadas (superiores a 8:1) a pesar de una emisión térmica relativamente alta.

Soldadura láser de onda cuasicontinua (QCW)

Distribución de energía focalizada

QCW, acrónimo de "onda cuasicontinua", representa una tecnología láser en la que el láser 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 confiere una densidad energética 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 relación profundidad-anchura significativa, lo que permite que los láseres QCW destaquen en aplicaciones que involucran aleaciones de alta reflectancia, materiales termosensibles y microsoldadura de precisión.

Mayor estabilidad y menor interferencia de la pluma

Una de las ventajas más destacadas de la soldadura láser QCW es su capacidad para mitigar los efectos de la nube metálica sobre la tasa de absorción del material, lo que resulta en un proceso más estable. Durante la interacción láser-material, la intensa evaporación puede generar una mezcla de vapor metálico y plasma sobre el baño de fusión, conocida comúnmente como nube metálica. Esta nube puede proteger la superficie del material del láser, provocando una entrega de potencia inestable y defectos como salpicaduras, puntos de explosión y poros. Sin embargo, la emisión intermitente de los láseres QCW (por ejemplo, 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 nube metálica, lo que resulta en un proceso de soldadura notablemente estable, especialmente ventajoso para la soldadura de chapas delgadas.

Dinámica estable del baño de fusión

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