Soldadura láser: cómo funciona, qué resistencia tiene y cuándo debe sostener el cabezal un robot

La soldadura láser une piezas metálicas enfocando un haz láser concentrado sobre la junta. El haz funde una zona estrecha de material a ambos lados de la unión, el metal fundido se mezcla y solidifica, y las piezas pasan a ser una sola. Como la energía se aplica en un punto muy pequeño, el material de alrededor se calienta mucho menos que con la soldadura por arco. Eso significa menos distorsión, una zona afectada térmicamente más estrecha y un cordón más limpio que a menudo apenas necesita amolado, o ninguno. Es especialmente adecuada para chapa fina, acero inoxidable y subconjuntos de precisión, y alcanza su máxima regularidad cuando el cabezal de soldadura lo guía un robot.

A continuación explicamos cómo funciona el proceso, cómo se compara con TIG y MIG, dónde están sus límites y cómo lo utilizamos en nuestra propia célula de soldadura robotizada en Praga.

Cómo funciona la soldadura láser

Un sistema moderno de soldadura láser tiene tres partes: una fuente láser, un camino de transmisión y un cabezal de soldadura.

• La fuente. La mayor parte de la soldadura láser industrial actual utiliza un láser de fibra, en el que el haz se genera dentro de una fibra óptica. Los láseres de fibra son compactos y eficientes, y producen un haz que puede enfocarse de forma muy precisa.
• La transmisión. El haz viaja por un cable de fibra óptica flexible hasta el cabezal de soldadura. Eso es lo que permite montar el cabezal en un brazo robótico.
• El cabezal. Su óptica enfoca el haz sobre la junta. Un gas de protección aísla el baño de fusión de la atmósfera y, según la unión, puede aportarse hilo de aporte a la soldadura.

Dos modos de soldadura

La soldadura láser trabaja en dos regímenes principales:

• Modo de conducción. Con una densidad de potencia menor, la superficie se funde y el calor se propaga al material por conducción. El resultado es un cordón poco profundo, ancho y muy liso, adecuado para uniones vistas y material fino.
• Modo keyhole (ojo de cerradura). Con una densidad de potencia mayor, el metal se vaporiza localmente y forma una cavidad estrecha —el keyhole— que permite al haz penetrar profundamente en la junta. El resultado es una soldadura profunda y estrecha con una zona afectada térmicamente pequeña.

El modo depende de la potencia, del enfoque y de la velocidad de avance, y se elige en función de la unión y del material.

Soldadura láser frente a TIG y MIG

Cada proceso tiene su lugar. La comparación siguiente es cualitativa: los valores reales dependen del material, del espesor, del diseño de la unión y del equipo.

	Soldadura láser	TIG	MIG / MAG
Aporte de calor	Bajo, concentrado	Moderado	Mayor
Distorsión de la chapa fina	Baja	Moderada	Mayor
Aspecto del cordón	Estrecho, limpio	Muy limpio en manos de un soldador experto	Más ancho, puede requerir acabado
Amolado posterior	Mínimo	Moderado	A menudo necesario
Proyecciones y UV	Sin UV de arco, sin proyecciones	UV del arco	UV y proyecciones
Precisión de ajuste necesaria	Alta	Tolerante	La más tolerante, salva holguras
Consumo de material de aporte	Bajo	Moderado	Alto
Indicada para	Chapa fina, inoxidable, subconjuntos de precisión	Soldaduras manuales de alta calidad	Secciones más gruesas, alta tasa de depósito
Automatización	Muy adecuada para robots	Posible	Ampliamente automatizada

Dónde gana la soldadura láser

• Chapa fina de inoxidable. El bajo aporte de calor mantiene los paneles planos y reduce la decoloración del cordón. Menos enderezado, menos amolado, menos retrabajo.
• Cordones vistos. Un cordón estrecho y uniforme que necesita un acabado mínimo.
• Subconjuntos de precisión. Cuando las piezas proceden de una cadena de chapa precisa, el ajuste es lo bastante bueno para que el láser rinda al máximo, y el conjunto conserva sus cotas después de soldar.
• Repetibilidad. Con un robot, cada soldadura sigue la misma trayectoria a la misma velocidad. Esa regularidad importa en piezas sometidas durante años a cargas cíclicas.

Dónde no

Un artículo honesto tiene que decir también cuándo la soldadura láser no es la opción adecuada:

• Mal ajuste. El haz es estrecho. Las holguras anchas o irregulares que un soldador MIG salva sin dificultad pueden ser un problema para el láser. La soldadura láser premia las piezas precisas y castiga las descuidadas.
• Secciones gruesas y calderería pesada. Para chapa muy gruesa o trabajos con alta tasa de depósito, los procesos de arco suelen ser más prácticos.
• Metales muy reflectantes. Materiales como el aluminio y el cobre reflejan buena parte del haz y requieren parámetros adecuados y experiencia.
• Coste del equipo y seguridad. Los sistemas láser cuestan más que los equipos de arco, y el propio láser es un riesgo serio que debe gestionarse conforme a las normas de seguridad láser. Que no haya UV de arco ni proyecciones no hace inofensivo al haz.

¿Qué resistencia tiene una soldadura láser?

La resistencia depende del diseño de la unión, de la penetración, del material y de la calidad de ejecución, no solo del nombre del proceso. Una soldadura láser bien diseñada y con fusión completa puede ser una unión estructural plenamente resistente; una mal ajustada, no. Por eso no damos cifras de resistencia genéricas. Diseñamos la unión para el caso de carga concreto y fabricamos subconjuntos estructurales soldados para más de diez años de carga cíclica.

Por qué el cabezal debe llevarlo un robot

El láser es preciso, pero solo tanto como la trayectoria que sigue. Por eso nuestra soldadura láser es robotizada.

En nuestra célula, un cabezal de soldadura láser de fibra IPG LightWELD XR va montado en un robot colaborativo FANUC CRX. Algunos de nuestros cobots CRX se desplazan sobre un raíl lineal que actúa como séptimo eje, de modo que un solo robot cubre todo un espacio de trabajo, incluidos bastidores largos y paneles grandes. Una cámara 3D guía la trayectoria, y las soldaduras pueden ejecutarse de forma supervisada o autónoma. El robot mantiene la trayectoria exacta a la velocidad exacta, siempre, y de ahí vienen la baja distorsión y la repetibilidad.

Los mismos cobots no solo sueldan: montan subconjuntos automáticamente y atienden el CNC Mazak y otras máquinas. Un bastidor soldado puede así pasar por el plegado, la soldadura y el mecanizado sin salir del mismo equipo. Encontrará los detalles en la página de tecnología.

Limpieza láser antes y después de soldar

La calidad de la soldadura empieza antes de soldar. Los aceites, óxidos y películas superficiales en la junta pueden causar porosidad y un cordón irregular. Nuestro flujo de trabajo incluye la limpieza láser previa de la junta y la limpieza láser posterior del cordón dentro del mismo proceso, de modo que la superficie queda preparada y el resultado acabado sin tener que pasar por otro puesto de trabajo.

En el acero inoxidable, la decoloración de la soldadura y los óxidos superficiales son un tema recurrente. Uno de nuestros proyectos de referencia es una pistola manual de limpieza electroquímica diseñada precisamente para ese trabajo; puede verla en la página de proyectos.

Diseñar una pieza para soldadura láser: lista de comprobación

• Prevea un ajuste preciso. Mantenga las holguras pequeñas y constantes; un plegado y un punzonado precisos en los pasos previos dan aquí sus frutos.
• Elija pronto el tipo de unión. Las uniones a tope, a solape, en ángulo y de borde se comportan de forma distinta; indíquenos qué carga soporta la unión.
• Deje acceso al cabezal. El robot necesita línea de visión y espacio para desplazarse a lo largo del cordón.
• Señale los cordones vistos. Si un cordón es estético, dígalo: cambia cómo lo preparamos y lo acabamos.
• Piense en el utillaje de sujeción. Los elementos de autoposicionamiento, como lengüetas y ranuras, facilitan el posicionado de los conjuntos y reducen el trabajo de utillaje.
• Indique el material y el estado de la superficie. Inoxidable, acero al carbono, recubierto o en bruto: cada uno necesita sus propios parámetros.

Preguntas frecuentes

¿Para qué se utiliza la soldadura láser?

Se utiliza ampliamente allí donde se necesitan uniones precisas y con poca distorsión: conjuntos de chapa fina, carcasas y bastidores de inoxidable, subconjuntos estructurales y piezas con cordones vistos. Nosotros la empleamos en bastidores, paneles y subconjuntos de las máquinas que construimos.

¿Es la soldadura láser más resistente que la TIG o la MIG?

No por definición. La resistencia depende del diseño de la unión, de la penetración y de la ejecución. Una soldadura láser puede ser plenamente resistente; su ventaja es la baja distorsión y la repetibilidad, no una etiqueta de «más fuerte».

¿La soldadura láser necesita hilo de aporte?

No siempre. Algunas uniones se sueldan de forma autógena, sin aporte; otras utilizan hilo. En general, la soldadura láser consume menos material de aporte que la soldadura por arco.

¿Se puede usar la soldadura láser en acero inoxidable fino?

Sí, es una de sus aplicaciones más fuertes. El bajo aporte de calor mantiene planos los paneles finos y limita la decoloración.

¿Sueldan piezas únicas o solo series?

Ambas cosas. Nuestra célula está preparada para unidades sueltas y series cortas, junto con el resto de nuestras capacidades.

Siguiente paso

Si tiene un conjunto soldado que debe mantenerse plano, verse limpio y soportar carga durante años, envíenos el modelo y cuéntenos qué tiene que hacer. Revisaremos las uniones, el ajuste y la secuencia, y le diremos si la soldadura láser es el proceso adecuado, o si no lo es. Contacte con nosotros.