ES2298103T3 - Soldadura de laser con gas de proceso. - Google Patents

Abstract

Uso de un gas de proceso para soldadura de láser con un rayo láser enfocado sobre una pieza de trabajo que debe soldarse, consistiendo el gas de proceso en 5 a 50% en volumen de helio, 10 a 25% en volumen de dióxido de carbono y argón en el resto remanente en volumen.

Description

Soldadura de láser con gas de proceso.

\global\parskip0.930000\baselineskip

La invención concierne al uso de un gas de proceso para la soldadura de láser con un rayo láser enfocado sobre una pieza de trabajo que se debe soldar.

Las propiedades de la radiación de láser, especialmente la intensidad y la buena enfocabilidad, han conducido a que hoy en día se utilicen láseres en muchos sectores de mecanización de materiales. Las instalaciones de mecanización por láser son en sí conocidas. En general, presentan una cabeza de mecanización por láser, eventualmente con una boquilla dispuesta coaxialmente al rayo láser. Es frecuente que se utilicen instalaciones de mecanización por láser en combinación con un sistema de control CNC.

Por rayo láser enfocado se entiende en el marco de la invención un rayo láser sustancialmente enfocado sobre la superficie de la pieza de trabajo. Aparte de la radiación de láser enfocada sobre la superficie de la pieza de trabajo en el método predominantemente utilizado, la invención puede aplicarse también a la variante raramente utilizada con radiación no exactamente enfocada sobre la superficie de la pieza de trabajo.

En muchos procedimientos de mecanización de materiales por láser se calientan materiales metálicos y/o de otro tipo a temperaturas a las que tiene lugar una reacción con los gases envolventes. Por tanto, en muchos casos se utilizan gases técnicos para poder realizar estos procesos de mecanización de materiales de una manera más efectiva y más rápida y/o con una calidad mejorada.

Los gases de proceso desarrollan diferentes cometidos en la soldadura de láser. El control y la reducción del plasma son forzosos a altas potencias del láser. Esto se conoce, por ejemplo, por la publicación "Láser im Nebel", Dr. W. Danzer y Klaus Behler, revista LASER, tirada 1/87, páginas 32 a 36. Se desprecian hasta ahora otros cometidos tales como la protección contra la oxidación, una optimización metalúrgica y/o una maximización de la velocidad y de la calidad (salpicaduras, poros, calidad de la costura).

En la soldadura de láser es conocido el recurso de utilizar gases de protección inertes tales como helio o argón. También se emplea en parte el nitrógeno. En forma individualizada se mezclan también adiciones de dióxido de carbono, oxígeno o hidrógeno con argón o nitrógeno.

Así, el documento US 3939323 incluye una mezcla gaseosa de helio y dióxido de carbono con hasta 10% en volumen de dióxido de carbono para soldadura por láser y el documento JP 08141763 incluye diferentes mezclas de dos componentes, citándose, entre otras, mezclas de argón y dióxido de carbono o de helio y dióxido de carbono con una proporción de dióxido de carbono de 5 a 50%. El documento JP 58093592 incluye también varias mezclas de dos componentes para soldadura por láser, indicándose aquí mezclas con 4 a 50% de dióxido de carbono y argón o helio. El documento EP-A-0464392 revela un uso de una mezcla gaseosa de argón y/o helio o mezclas de estos gases con dióxido de carbono para la mecanización de una pieza de trabajo por medio de un rayo láser, utilizándose para la regulación del plasma una mezcla gaseosa fría.

Por tanto, la invención se basa en el problema de indicar el uso de un gas de proceso que haga posible una soldadura de láser mejorada. En particular, aparte del control y la reducción del plasma, se deberán conseguir también con ayuda del gas de proceso una protección contra la oxidación, una optimización metalúrgica y/o una maximización de la velocidad y de la calidad.

Este problema se resuelve según la invención con el uso de un gas de proceso según la reivindicación 1.

Es esencial para la invención que el gas de proceso, aparte de una proporción de gas inerte, presente también una proporción de gas activo.

Se ha visto en ensayos que incluso ya una proporción relativamente baja de helio del orden de magnitud de aproximadamente 25% en volumen (por ejemplo, \pm 10%) es en general suficiente para un control eficaz del plasma. El porcentaje exacto para la proporción de helio depende de diferentes factores tales como, por ejemplo, la potencia del láser, la densidad de energía, la clase de material, la cantidad de material evaporada, la cantidad de gas de protección, la clase de alimentación de gas al proceso de soldadura, etc. La adaptación de la composición del gas a la vista de estos factores de influencia no le plantea dificultades de ninguna clase al experto.

Ensayos realizados en chapas galvanizadas han aportado muy buenos resultados con una proporción de 10 a 25% en volumen de dióxido de carbono (por ejemplo, 15% en volumen de CO_{2}). La proporción de dióxido de carbono ha conducido a resultados de soldadura sensiblemente más constantes. El proceso de soldadura era sensiblemente más seguro y más insensible frente a ensuciamientos de la zona de la costura. La velocidad pudo incrementarse en un caso de 6 m/min a 7 m/min.

El helio sirve aquí para la represión o control del plasma. El dióxido de carbono contribuye al flujo del material fundido. El argón aumenta la cobertura de la zona de soldadura. El argón desarrolla también al menos parcialmente el cometido del helio y, por tanto, contribuye como sustitutivo barato del gas inerte helio a la rentabilidad de la soldadura de láser.

\global\parskip1.000000\baselineskip

La invención se puede aplicar en relación con todas las clases de láseres. Sobre todo, es adecuada para su utilización en la mecanización con láser de Nd-YAG, láser de diodo y láser de CO_{2}.

Con el gas de proceso según la invención se pueden soldar especialmente de manera ventajoso aceros de baja aleación y aceros galvanizados.

Claims (2)

1. Uso de un gas de proceso para soldadura de láser con un rayo láser enfocado sobre una pieza de trabajo que debe soldarse, consistiendo el gas de proceso en 5 a 50% en volumen de helio, 10 a 25% en volumen de dióxido de carbono y argón en el resto remanente en volumen.

2. Uso de un gas de proceso según la reivindicación 1, caracterizado porque se conduce el gas de proceso contra la superficie de la pieza de trabajo en forma de una corriente de gas de proceso que contiene gas inerte.