Acoplamiento de la energía de un arco eléctrico con la energía de un haz láser para operaciones de soldeo. Patentes registradas en varios países (EU -

Presentación del tema: "Acoplamiento de la energía de un arco eléctrico con la energía de un haz láser para operaciones de soldeo. Patentes registradas en varios países (EU -"— Transcripción de la presentación:

1 Acoplamiento de la energía de un arco eléctrico con la energía de un haz láser para operaciones de soldeo. Patentes registradas en varios países (EU - US - JP …) por Air Liquide.

2 2 n Procedimiento de soldadura láser.  Este procedimiento se lleva a cabo en un entorno gaseoso, concentrando por focalización un haz láser en un diámetro de 0,3 mm.  Las densidades de potencia producidas son muy elevadas (del orden de 10 6 W/cm 2 ). n Esta densidad de potencia genera en la superficie del material:  Una fusión y una vaporización muy importante de la materia,  Una «perforación» del baño de materia fundida por descompresión hacia el exterior de esta vaporización,  y, después, la creación de una cavidad denominada «keyhole» (capilar de plasma). Procedimiento de soldeo EXIAL (arco/láser) El desplazamiento del «keyhole» realiza la operación de soldeo. El procedimiento EXIAL es derivado del soldeo láser

3 3 n Es muy difícil estabilizar un arco eléctrico a las velocidades de soldeo que se obtienen con el procedimiento láser, ya que:  El arco eléctrico no calienta suficientemente el material, debido a que su densidad de potencia es demasiado baja,  La propagación de la energía del arco se efectúa por conducción térmica,  Existe un desfase progresivo entre el electrodo y el baño de metal fundido, que estira el arco hasta la ruptura y la extinción del proceso. Procedimiento de soldeo EXIAL (arco/láser) Preámbulo de la problemática respecto al arco eléctrico

4 4 Procedimiento de soldeo EXIAL (arco/láser) Principio  El procedimiento se lleva a cabo en un entorno gaseoso, produciendo un arco eléctrico hacia el punto focal de un haz láser de soldeo.  El cordón de soldadura resultante presenta un perfil combinado por: Un cordón de soldadura de tipo "keyhole" producido por un láser, Una ampliación de la zona fundida en la parte superior del cordón producida por el arco eléctrico. El plasma de los vapores metálicos y los electrónes libres producidos en el "keyhole" constituyen un ambiente idóneo para atraer y estabilizar al arco eléctrico. De este modo, se realiza el acoplamiento de las energías del láser y del arco.

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6 6 Ventajas del procedimiento EXIAL respecto al láser solo n Mayor velocidad de soldeo. n Aumento de las tolerancias de puesta a tope. n Aumento de la tolerancia de posición del impacto del haz respecto al plano de junta. n Influencia metalúrgica en ZAT (zona afectada térmicamente) y ZF (zona fundida) por aportación de calor.

7 7 Principales mercados Principales mercados objetivo:  Empalme en carrocería automóvil de chapas de acero, revestidas o no, y aleaciones de aluminio.  Soldeo continuo de tubos finos de acero inoxidable.  Soldeo de perfiles. Con EXIAL, el grupo Air Liquide le presenta una solución global para sus aplicaciones:  Un procedimiento innovador que aumenta la productividad y la versatilidad.  Un equipo complementario que se adapta a su instalación láser.  Gases LASAL específicamente puestos a punto para optimizar las prestaciones del conjunto.

8 8 Aplicaciones de soldeo láser CO ² y YAG para la chapa del automóvil Soldeo de puerta Láser CO ² y YAG 2 a 6 kW Soldeo de capó motor Láser YAG 2 a 4 kW, para aleación de aluminio y Láser CO ² 2 a 6 kW para tailored blanks Soldeo de elementos de piso (tailored blanks) Láser CO ² y YAG 2 a 6 kW Soldeo de depósito de gasolina Láser CO ² y YAG 2 a 6 kW Soldeo de techo sobre montante Láser CO ² y YAG 2 a 6 kW Soldeo de llanta de rueda Láser CO ² y YAG 2 a 6 kW Soldeo de elementos de carrocería (tailored blanks) Láser CO ² y YAG 2 a 6 kW

9 9 Mayor velocidad en tailored blanks (planchas empalmadas) n Aumento de la velocidad de soldeo con una potencia láser equivalente o disminución de la potencia láser con iguales prestaciones. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Velocidad de soldeo (m/min) Láser soloEXIAL Potencia láser 3 kW 1,2 mm 0,7 mm

10 10 Láser CO 2 potencia 7 kW Espesor de las chapas: 2,5 / 1,5 mm Velocidad de soldeo: 5,5 m/min Láser EXIAL (láser CO 2 : 7 kW + plasma 150 A) Espesor de las chapas: 2,5 / 1,5 mm Velocidad de soldeo: 6,5 m/min Mayor velocidad en tailored blanks (chapas empalmadas) otro ejemplo EXIAL

11 11 Mayor velocidad en tailored blanks (chapas empalmadas) otro ejemplo n Ejemplo de aplicaciones Soldadura sin porosidad 1,17 1,76 ZAT Potencia del láser : 4,8 kW Focalización : 200 mm Corriente plasma : 150 A Velocidad de soldeo Láser: 4,4 m/min EXIAL: 7,0 m/min + 60%

12 12 Aumento de las tolerancias en soldeo de tailored blanks (planchas empalmadas) n Aumentar las tolerancias (mm) de:  Preparación de las piezas (puesta a tope). (espesores de 0,6 a 2,5 mm)

13 13 Aumento de las tolerancias en soldeo de tailored blanks (planchas empalmadas) n Aumentar las tolerancias (mm) de:  Posicionamiento del haz. (espesores de 0,6 a 2,5 mm)

14 14 n Ensamblaje 1,5 / 0,8 mm P. Láser 8 kW (láser CO ² TRUMPF) LASAL: 25 l/min * Arco: 2 X 75 A VS: 10 m/min * : gas torcha + electrodo P. Láser 8 kW (laser CO ² TRUMPF) LASAL: 25 l/min VS: 10 m/min 1,5 mm 0,8 mm Soldeo de tailored blanks (planchas empalmadas) con holgura Láser solo: separación a 0,25 mm EXIAL: separación a 0,55 mm

15 15 6 mm Acero inoxidable láser solo CO 2 – 6 kW Formas de las penetraciones Espesor Material Energía 6 mm Acero inoxidable EXIAL CO 2 – 6 kW + plasma 150 A

16 16 Calidad de las soldaduras reforzada gracias a las masas móviles  A alta velocidad, la calidad de la soldadura (en particular en fin de cordón) se refuerza con masas móviles integradas en la torcha EXIAL. Con masas móviles 150 mm Con masas fijadas en la mesa de soldeo

17 17 Instalación EXIAL n 1 torcha EXIAL. n 1 generador de soldeo. n 1 grupo de refrigeración. n 1 armario autómata refrigerado. n 1 pupitre de mando.

18 18 Instalación EXIAL Procedimiento EXIAL Fuente láser Pupitre de mando láser Caja gas Grupo de refrigeración Torcha EXIAL Mando digital Generadores Arco + interfaces + autómata + pupitre

19 19 Versatilidad de la torcha EXIAL n Una misma torcha EXIAL para:  Láser :Nd-YAG o CO 2.  Arco :plasma, TIG o MIG (cambio del portaelectrodo y de la tobera). Láser + arco TIGLáser + arco plasma Láser + arco MIG

20 20 Compacidad de la torcha EXIAL (con dispositivo de focalización del haz láser) 110 mm

21 21 Procedimiento EXIAL arco / láser n Composición de la torcha:  Tobera plasma o tobera MIG.  Electrodo o tubo contacto.  Cross jet.  Sistema anticolisión. n Posibilidad de una solución torcha completa: Cabezal de focalización del haz láser, + Torcha EXIAL, + Aportación de hilo TIG o plasma. El procedimiento EXIAL se ha optimizado con gases de la gama LASAL.

22 22 Plataformas de ensayos EXIAL n Plataformas con láser CO 2 de 12 kW y de 4 kW en el CTAS (Centro Técnico de Aplicaciones del Soldeo). n Plataformas con láser Nd-YAG de 3 a 11 kW en la CLFA (Cooperación Láser Francoalemana). n Plataformas con láser CO 2 y YAG en el Instituto del Soldeo. Para validar aplicaciones industriales a petición de las empresas

23 Ficha técnica Actualización Ficha técnica Soldeo láser (en resumen)

24 24 Procedimientos de soldeo (en resumen) Por arco eléctrico.  Procedimiento de soldeo TIG. ? Para más información  Procedimiento de soldeo plasma. ? Para más información  Procedimiento de soldeo MIG. ? Para más información Láser. ?  Procedimientos de soldeo láser CO 2 y YAG. Para más información EXIAL. ?  Procedimientos láser + arco. Para más información, continuación de la presentación...

25 25 MIG (en resumen) n Procedimiento de soldeo MIG.  Este procedimiento se lleva a cabo en un entorno gaseoso, realizando un arco eléctrico mantenido entre un hilo fusible (ánodo) y el material que se va a soldar (cátodo).  La fusión del hilo se obtiene por la corriente del arco eléctrico que circula en el hilo (efecto Joule), y la fusión del material por la energía transmitida por este arco (densidad de corriente). 

26 26 TIG (en resumen) n Procedimiento de soldeo TIG.  Este procedimiento se lleva a cabo en un entorno gaseoso, realizando un arco eléctrico mantenido entre un electrodo no fusible (cátodo) y el material que se va a soldar (ánodo).  La energía de este arco realiza la fusión del material. 

27 27 Plasma (en resumen) n Procedimiento de soldeo plasma.  Este procedimiento es muy parecido al procedimiento de soldeo TIG, pero en este caso el arco ya no es "libre" porque el electrodo y la tobera son tales que el arco eléctrico es confinado sobre la pieza en un diámetro del orden de 2 a 3 mm.  Este procedimiento genera una densidad de potencia superior a la obtenida en TIG, pero inferior a la generada por un haz láser focalizado.  Esta densidad de corriente es suficiente para vaporizar el material y crear un capilar plasma así como el fenómeno "keyhole", análogo al descrito en el caso del procedimiento de soldeo láser. 

28 28 n Procedimiento de soldeo láser.  Este procedimiento se lleva a cabo en un entorno gaseoso, concentrando por focalización un haz láser en un diámetro de 0,3 mm.  Las densidades de potencia producidas son muy elevadas (del orden de 10 6 W/cm 2 ). Soldeo láser (en resumen) (1/2) 

29 29 Soldeo láser (en resumen) (2/2) n Esta densidad de potencia genera en la superficie del material:  Una fusión y una vaporización muy importante de la materia,  Una «perforación» del baño de materia fundida por descompresión hacia el exterior de esta vaporización,  y, después, la creación de una cavidad denominada «keyhole» (capilar de plasma). n El desplazamiento del «keyhole» realiza la operación de soldeo. 