Configuración para Soldadura Láser (Con Diagrama)
Después de leer este artículo, aprenderá acerca de la configuración de la soldadura por láser con la ayuda de diagramas.
La palabra LASER significa "Amplificación de la luz por la emisión estimulada de radiación". En la soldadura por láser, un haz de luz coherente concentrado incide en el punto deseado para fundir y soldar el metal. Una luz coherente es aquella en la que las ondas son idénticas y paralelas y pueden viajar una larga distancia sin pérdida de intensidad o desviación. La luz láser no solo es intensa sino que también puede enfocarse fácilmente sin ninguna disminución en la intensidad. Los láseres se introdujeron en la industria en la década de 1950.
La acción del láser se basa en el hecho de que cuando un átomo absorbe un fotón (la luz consiste en partículas de energía llamadas fotones), gana energía y llega a un nivel elevado de energía. Este estado excitado del átomo es de corta duración y cae a un nivel intermedio de estado metaestable. En esta caída, el átomo pierde su energía calorífica pero retiene su energía fotónica.
Poco después, el átomo cae espontáneamente a su nivel original o al nivel del suelo, liberando su energía fotónica en forma de luz. El fenómeno de dicha emisión fotográfica se muestra esquemáticamente en la figura 2.44. La emisión de láser se obtiene cuando el nivel superior está suficientemente poblado a expensas del nivel inferior. Tal situación se conoce como inversión de la población y el método para obtenerla se llama bombeo.
Los elementos láser pueden ser sólidos, líquidos, gaseosos o semiconductores. Algunos de los materiales sólidos de aplicación de láser incluyen rubí, granate de erbio, granate de itrio-aluminio dopado con neodimio o YAG. Los láseres sólidos tienen una eficiencia muy baja, normalmente por debajo del 1%.
Los materiales líquidos del láser, como el óxido de neodimio, son más eficientes que el láser sólido en su potencia de impulso.
Los gases utilizados para el láser incluyen hidrógeno, helio, nitrógeno, argón y dióxido de carbono. Los láseres de gas tienen la potencia de salida más alta y pueden usarse como láseres de haz continuo con una eficiencia de hasta el 25%.
Los materiales láser de estado sólido incluyen cristales simples de semiconductores como el galio y arseniuro de indio, aleaciones de cadmio, selenio y azufre. Los láseres de semiconductores son pequeños en peso, tienen bajo consumo de energía y tienen una eficiencia muy alta de hasta el 70%.
Para fines industriales, el material láser utilizado a menudo es rubí. El rubí es óxido de aluminio con átomos de cromo en la medida de 0-05% en él. Una forma práctica de láser podría consistir en una varilla de rubí de 10 mm de diámetro y 100 mm de largo, con extremos rectificados y pulidos, uno de los cuales es 100% y el otro 98% reflectivo.
Esto se logra plateando en consecuencia. Los iones de cromo con el cristal de rubí emiten radiación estimulada y, cuando la intensidad de la radiación se acumula mediante descargas repetidas, el rayo láser de luz monocromática pasa a través del extremo menos reflectante del rubí que se enfoca a través de una lente hasta el punto donde se necesita para la soldadura. La figura 2.45 muestra una disposición de un láser rubí. La eficiencia de un láser rubí es muy baja del orden del 01%. A pesar de esto, los láseres de rubí se utilizan ampliamente como herramienta de soldadura.
La duración de un pulso láser es corta, siendo 10 -9 segundos. Esto se logra descargando un banco de capacitores a través de un tubo de flash de xenón. El tubo de flash está energizado con una carga de 18 kv. El rayo láser se obtiene, por tanto, en pulsos. Es posible tener un gran número de bancos de condensadores para hacer que la lámpara de xenón parpadee continuamente, pero la varilla de rubí y el sistema reflectante se calientan tanto que no es posible mantenerlos dentro de sus límites de funcionamiento.
Incluso con la refrigeración más eficiente, los pulsos de más de 100 por minuto son difíciles de obtener. La frecuencia de repetición de pulsos (PRF) para el láser de rubí es normalmente de 10 a 15. Así, la mayor parte de la energía de bombeo se desperdicia en forma de calor. Sin embargo, a pesar de la baja salida de energía, es posible utilizarlo para soldadura porque se obtiene una concentración de energía muy alta del orden de 10 9 W / mm 2 .
Una lámpara de arco de xenón es una bombilla fabricada a partir de un cuarzo ópticamente transparente con dos electrodos de tungsteno encerrados en ella. En la posición de apagado, la presión de xenón en la lámpara es de 10 atmósferas. La energía para la lámpara de xenón se suministra desde una fuente de CC con un voltaje sin carga de al menos 70 voltios y una característica de caída de amperios voltios. Las lámparas de arco de xenón pueden funcionar continuamente durante cientos de horas.
El láser más útil para soldar es el láser de CO 2 en el que el medio láser es una mezcla de CO 2, nitrógeno y helio en una proporción de 1: 1: 10 a una presión de 20 a 50 torr (mm de mercurio) con Una descarga eléctrica de hasta 30.000 voltios. Un láser de CO 2 puede funcionar continuamente con una salida de hasta 20 kw. El rayo láser consiste en radiación infrarroja con una longitud de onda de 1.06 µm, es decir, 106, 00A ° (1 Angstrom, A ° = 10 -10 m).
Un láser de CO 2 consiste en un tubo de vidrio en el que fluye la mezcla de gas láser. Hay un electrodo en cada uno de los dos extremos entre los cuales se configura una descarga de alto voltaje. Al igual que un láser sólido, hay un reflector en cada uno de los extremos, uno de los cuales se refleja parcialmente. El espacio entre los dos reflectores se denomina cavidad láser. El rayo láser emitido a través de la superficie semirreflectante se enfoca en el punto deseado, como se muestra en la figura 2.46.
La soldadura con rayo láser es más versátil que el haz EBW ya que puede soldar metales en el aire, en un escudo de gas y en el vacío. También puede soldar a través de materiales transparentes, ya que el rayo láser no está obstruido por ellos. Actualmente, el rayo láser se ha utilizado con éxito para soldar placas con un grosor de hasta 10 mm.
Comercialmente, la soldadura por láser está encontrando su uso en la ingeniería de radio y en la electrónica, donde los cables finos a menudo se conectan a películas en placas de microcircuitos, circuitos de estado sólido y micromódulos. Un rayo láser puede soldar las combinaciones más diversas de metales utilizados en microelectrónica como el oro y el silicio, el germanio y el oro, el níquel y el tantalio, el cobre y el aluminio. También se espera que se utilice en trabajos de precisión de alta calidad como en la industria aeroespacial y en aplicaciones de producción en masa a alta velocidad como en la industria del automóvil.
Normalmente, la soldadura por láser se ha utilizado con éxito para la soldadura de aceros resistentes a la concisión y aleaciones de titanio en las que se han producido soldaduras de alta calidad en láminas de espesor de 0-1 a 2 mm. Se encontró que las soldaduras eran herméticas al vacío y tenían una resistencia del 90% con respecto al metal original. Las velocidades de soldadura entre 10 y 15 m / hora se han utilizado para la soldadura por láser.
Aunque la soldadura láser tiene un alto potencial y se espera que compita con EBW en un futuro cercano, en la actualidad el láser de alta potencia es una pieza rara de equipo y es extremadamente costoso.
