MX2012015278A - Metodo de soldadura por laser. - Google Patents

Abstract

Se proporciona un método para soldar por láser primer y segundo componentes que incluye mover un haz de rayo láser a través de una porción de una superficie del primer componente en una velocidad suficiente para generar protuberancias en la superficie del primer componente por medio de un efecto de formación de montículos, yuxtaponer dichos primero y segundo componentes tal que las superficies opuestas de los primero y segundo componentes se separen por dichas protuberancias en la superficie del primer componente, y soldar por láser dichos primer y segundo componentes barriendo el haz de rayo láser en una región en la cual dichas superficies se separan por dichas protuberancias. La altura de las protuberancias se puede controlar mediante el control de una velocidad de barrido del haz de rayo láser.

Description

MÉTODO DE SOLDADURA POR LÁSER CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención en general se refiere al campo de la soldadura por láser y más particularmente al campo de la soldadura por láser de metales o aleaciones de metales que tienen un recubrimiento con una temperatura de vaporización menor que el punto de fusión del metal o aleación a ser soldada .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La soldadura por haz de rayo láser remoto utiliza espejos en una cabeza de procesamiento para manipular y guiar un rayo láser hacia una pieza de trabajo. Tal proceso permite un diseño de la linea de producción altamente producto y flexible, y por lo tanto hace a la producción con soldadura por láser más efectiva en costos. Más particularmente, en la soldadura de componentes de cuerpo de automóviles, la soldadura por láser remoto simplifica en gran medida los procedimientos de proceso. Las juntas a solape y a tope son las configuraciones de unión comunes en tales componentes. Ventajosamente, la tecnología de soldadura por rayo láser tiene una baja entrada de calor total y por lo tanto causa una baja distorsión a los componentes. Por consiguiente, la soldadura por rayo láser remoto proporciona una tecnología de soldadura para producir estructuras de cuerpo de automóviles más ligeras y más compactas.

El uso incrementado de láminas de metal revestidas con cinc o aleación de cinc en los componentes de cuerpo de automóviles para la resistencia a la corrosión mejorada, crea una demanda por un método de soldadura aceptable para unir estos tipos de láminas. La soldadura por rayo láser tiene una ventaja de baja entrada de calor total y de esta manera causa una baja distorsión al recubrimiento rico en cinc sobre la lámina. Por consiguiente, la soldadura por rayo láser está siendo evaluada como una técnica de unión deseable para tal acero en lámina en configuraciones de junta a tope y a solape. Sin embargo, surge un problema con la soldadura de estos materiales en la configuración de junta a solape debido al bajo punto de ebullición del cinc (906°C) en comparación con la temperatura de fusión del acero (~1550°C) .

Si no hay espacio libre en la junta entre las láminas, el vapor de cinc durante la soldadura sólo puede escapar a través del depósito de soldadura fundida, y esto típicamente da como resultado una porosidad excesiva de la soldadura o la expulsión completa del metal de la soldadura. Para hacer una soldadura de buena calidad, hay, en principio, dos soluciones para evitar este problema: (1) crear un canal de venteo del vapor de cinc durante la soldadura; o (2) remover el recubrimiento de cinc en el paso de soldadura. Ambas de estas metodologías necesitan técnicas adicionales para ser realizadas. Se han desarrollado muchas técnicas para proporcionar un boquete entre las láminas para realizar la soldadura por láser y para remover el recubrimiento de cinc en el lugar de la soldadura. Estas metodologías típicamente requieren el uso de componentes suplementarios o espaciadores y son difíciles para el mantenimiento en la línea de producción, debido a que se requiere equipo adicional para crear un boquete o remover el recubrimiento. Esto incurrirá en un gasto significativo y en incrementar el tiempo de producción.

Proporcionar un pequeño boquete entre las láminas ha demostrado ser la técnica más práctica para crear un canal de venteo del vapor de cinc. Sin embargo, mantener un pequeño boquete entre las láminas, especialmente en una línea de producción, puede ser un reto.

La Publicación PCT WO 99/08829 divulga un método para soldadura convencional por rayo láser de una lámina de acero revestida con cinc en que se generan protuberancias en una de las láminas de unión mediante una técnica de formación de depresiones por láser. Se ha probado que la formación de depresiones por láser es una técnica viable para generar depresiones para proporcionar un boquete de venteo de vapor en la ubicación de la soldadura. Éste es un pre-proceso flexible que no se limita por la ubicación de la soldadura y la forma de los componentes. A pesar de estos beneficios, este pre-proceso todavía añade costo de producción al proceso de soldadura. A fin de minimizar el costo adicional, el proceso de formación de depresiones por láser necesita ser llevado a cabo tan rápido como sea posible. Por consiguiente, esta técnica de formación de depresiones no se puede aplicar fácilmente a los procesos de soldadura por rayo láser remoto debido a su velocidad de proceso limitada.

Es deseable proporcionar una técnica o solución eficiente para generar un boquete en la soldadura por rayo láser remoto.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Un objeto de la presente invención es vencer los problemas delineados aquí anteriormente. De conformidad con este objeto, la presente invención proporciona un método para soldar por láser un primero y segundo componentes, que comprende las etapas de mover un rayo láser a través de una porción de una superficie del primer componente en una velocidad suficiente para generar protuberancias en la superficie del primer componente por medio de un efecto de formación de montículos, yuxtaponer dichos primer y segundo componentes tal que las superficies opuestas de los primer y segundo componentes se separen por dichas protuberancias en la superficie del primer componente, y soldar por láser dichos primero y segundo componentes barriendo el rayo láser en una región en la cual dichas superficies se separan por dichas protuberancias.

De conformidad con otra modalidad de la invención, los primero y segundo componentes se hacen de metal o aleación de metal, tal como acero, y en donde al menos uno de los primer y segundo componentes se reviste con un material que tiene una temperatura de vaporización que es menor que un punto de fusión del metal o aleación de metal. Ejemplos de recubrimientos que tienen una baja temperátura de vaporización son cinc, óxido de cinc, magnesio, y óxido de magnesio, es decir la temperatura de vaporización de estos recubrimientos es menor que el punto de fusión del metal o la aleación de metal .

De conformidad con todavía otra modalidad de la invención, las protuberancias crean un patrón sustancialmente correspondiente a un patrón de soldadura generado por la etapa de soldadura por láser o alternativamente, las protuberancias crean un patrón diferente de un patrón de soldadura generado por la etapa de soldadura por láser. La etapa de soldadura por láser de los primero y segundo componentes se puede realizar barriendo los rayos láseres en una región en la cual las superficies de los primer y segundo componentes se separan por las protuberancias. La ubicación de la generación de las protuberancias puede estar fuera de la ubicación de la soldadura en tanto exista un tamaño de boquete adecuado en la ubicación de la soldadura para proporcionar un canal de venteo adecuado.

De conformidad con una modalidad adicional de la invención, el rayo láser se manipula por una cabeza de soldadura por láser remoto.

De conformidad con todavía otra modalidad, el método de la presente invención adicionalmente incluye la etapa de sujetar los primer y segundo componentes entre sí antes de la etapa de soldadura por láser.

De conformidad con la invención, se proporciona adicionalmente un método para controlar una altura de las protuberancias mediante el control de una velocidad de barrido del rayo láser o mediante el control de una intensidad del rayo láser. La etapa de controlar la intensidad del rayo láser incluye controlar una potencia del láser y un tamaño de punto del haz del rayo láser.

Además, las protuberancias se producen cuando un ángulo de incidencia del rayo láser se puede variar en gran medida.

De conformidad con otro aspecto de la invención, se proporciona adicionalmente un método para soldar por láser primer y segundo componentes que comprende las etapas de mover un rayo láser a través de una porción de una superficie del primer componente en una velocidad suficiente para generar protuberancias en la superficie del primer componente por medio de un efecto de formación de montículos, yuxtaponer dichos primer y segundo componentes tal que las superficies opuestas de los primer y segundo componentes se separen por dichas protuberancias en la superficie del primer componente, soldar por láser dichos primer y segundo componentes barriendo el rayo láser en una región en la cual dichas superficies se separan por dichas protuberancias, y controlar una altura de las protuberancias controlando una velocidad de barrido del rayo láser.

Estos y otros objetos de la invención se pueden apreciar más completamente a partir de la siguiente descripción detallada de las modalidades preferidas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Las modalidades ejemplares de la invención se describirán ahora en conjunción con los siguientes dibujos en donde números similares representan elementos similares, y en donde: La Figura 1 muestra una vista en planta de una porción de una junta a solape de componentes soldados a solape por láser de conformidad con la invención; Las Figuras 2a y 2b muestran una representación esquemática de las etapas secuenciales en la realización de un proceso de soldadura de conformidad con la presente invención; Las Figuras 3a y 3b son representaciones fotográficas de una porción de una de las láminas mostradas en las Figuras 2a y 2b que muestran la generación de montículos por medio del efecto de formación de montículos; La Figura 4 muestra una representación fotográfica del efecto de formación de montículos de alta velocidad mostrado en la Figura 3; La Figura 5 muestra una representación gráfica de la altura del montículo contra la velocidad de barrido en una potencia fija del rayo láser que demuestra el efecto de la velocidad de barrido sobre la altura del montículo; La Figura 6 muestra una representación fotográfica de una sección de la soldadura mostrada en la Figura 1; La Figura 7 muestra una representación fotográfica de una vista en planta de la soldadura mostrada en la Figura 1; La Figura 8 muestra una representación gráfica de la altura de los montículos para una pluralidad de ángulos de incidencia del rayo láser; y La Figura 9 muestra una representación gráfica de la dependencia de la altura del montículo sobre la velocidad de barrido cuando el ángulo de inclinación del rayo láser está en 40 grados.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS De conformidad con la presente invención, se proporciona una manera práctica, eficiente y flexible de soldadura por rayo láser remoto de componentes de metal o aleación de metal, revestidos. Los componentes de metal o aleación de metal, tales como las láminas de acero, se proveen con un recubrimiento que tiene una baja temperatura de vaporización, tal como por ejemplo recubrimientos de magnesio, cinc, u óxido de cinc. Una baja temperatura de vaporización en el contexto de esta especificación significa que la temperatura de vaporización del recubrimiento es menor que el punto de fusión de los componentes de metal o aleación de metal. Un recubrimiento de cinc, por ejemplo, es particularmente ventajoso para la protección -contra la corrosión- de láminas de acero en la industria automotriz.

En términos generales, un rayo láser remoto pre-procesa uno de los componentes en una alta velocidad para crear un boquete controlable entre las láminas antes de que se realice la soldadura por láser remoto. Esto es particularmente ventajoso para los procesos de soldadura a solape para crear un canal de venteo para los vapores generados por el recubrimiento cuando se unen los dos componentes.

Más específicamente, en el pre-proceso, un barrido de alta velocidad sobre una lámina de acero con un haz de rayo láser de suficiente intensidad del rayo genera una serie de montículos sobre la superficie de esta lámina. Estos montículos o protuberancias mantienen las superficies opuestas de las láminas en una relación espaciada. La altura de los montículos y por lo tanto el espacio mantenido entre los dos componentes se pueden controlar variando la velocidad de barrido y/o la intensidad del rayo láser de acuerdo con los requerimientos de los diferentes espesores de material, recubrimientos y estructuras. De esta manera, la soldadura se puede completar enteramente en un solo aparato de soldadura en una forma costo-efectiva eficiente. Con tal técnica, la soldadura por láser remoto hace posible realizar la soldadura de cualquier clase de formas de soldadura y ubicaciones de la soldadura, variables y flexibles.

De conformidad con una modalidad de la invención, se divulga un método para crear un boquete para venteo del gas de vapor cuando un rayo láser remoto barre la superficie de uno de los componentes en una alta velocidad en una etapa de pre-procesamiento antes de que se realice la etapa de soldadura por láser real. El principio es que un efecto de formación de montículos tiene lugar cuando un rayo láser de alta intensidad barre sobre una superficie de metal en una alta velocidad. El efecto de formación de montículos forma una serie de gotitas de metal o protuberancias sobre la cuenta producida por láser. La altura de la protuberancia por encima de la superficie puede ser de hasta algunas décimas de milímetro y se puede variar o controlar por medio de la velocidad de barrido y la intensidad del rayo láser. Esta serie de protuberancias en una línea o curva o en algunas ubicaciones sirve como un espaciador para crear canales de venteo. Cuando el componente de lámina pre-procesado por rayo láser se apila conjuntamente con otro componente de lámina, se forma un boquete. El boquete se proporciona en o cerca del área donde se deben unir los dos componentes mediante soldadura por láser. De esta manera, la soldadura por rayo láser se puede realizar en el área donde los dos componentes están separados por las protuberancias generadas por el efecto de formación de montículos y se pueden obtener soldaduras de buena calidad con esta técnica.

Con el avance de las tecnologías de láser, los láseres de alta potencia y alta calidad del haz están fácilmente disponibles y son cada vez más rentables para muchas aplicaciones industriales. La soldadura por rayo láser remoto es una de las aplicaciones del láser que toma ventaja de la tecnología del láser de entrega por fibra. Un rayo láser de alta calidad tiene un bajo ángulo de divergencia de modo que tiene una mejor habilidad de enfoque y se puede entregar a través de una fibra de pequeño diámetro del núcleo. Por consiguiente, el rayo láser se puede enfocar sobre una pieza de trabajo o un componente en una distancia grande desde una cabeza de procesamiento y todavía mantiene un punto de foco pequeño, típico, para la soldadura de penetración profunda.

Una cabeza de soldadura remota utiliza un par de espejos de exploración para guiar o dirigir el rayo láser hacia la pieza de trabajo. El movimiento del rayo es altamente dinámico y de esta manera se puede lograr una velocidad extremadamente alta para reposicionar el rayo de una soldadura a otra sin comprometer su exactitud en la posición. Además, el movimiento coordinado entre los ejes permite que un rayo láser genere muchos patrones, tales como líneas, círculos y corchetes, etcétera. Por consiguiente, la soldadura por láser remoto es | muy adecuada para la soldadura en múltiples ubicaciones de la junta a solape en un campo de trabajo 2D o 3D grande.

Sin embargo, la soldadura a solape por rayo láser de la lámina de acero revestida con cinc, no es un proceso directo. Si no se toma medida alguna, la vaporización del material del recubrimiento entre las interfaces de unión propulsará el metal de la soldadura fuera de la junta, dando como resultado una soldadura pobre. Se han desarrollado muchas técnicas para solucionar este problema. La metodología principal de estas técnicas exitosas es el venteo del vapor del recubrimiento fuera del depósito de soldadura. El canal de venteo puede ser la bocallave modificada en una soldadura de doble rayo típica o un pequeño boquete entre las superficies de unión.

Un boquete efectivo común para el venteo del vapor es de entre 0.1 a 0.2 mm dependiendo del espesor del material de la lámina y los recubrimientos. Crear tal boquete pequeño de manera consistente en el ambiente de producción puede ser un reto. Para los componentes estructurales, se pueden construir depresiones pequeñas en la matriz de conformación. Sin embargo, dependiendo de la complejidad de la forma del componente, las depresiones en la matriz pueden interferir con el flujo de material en la operación de conformación. Además, el desgaste de las depresiones mecánicas es otro asunto para mantener la consistencia de la altura de la depresión.

El efecto de formación de montículos en la soldadura por rayo láser es un fenómeno de inestabilidad del depósito de soldadura fundida que inicia si se excede una cierta velocidad de soldadura para una configuración dada de material, potencia del rayo láser y tamaño de punto del haz. Se caracteriza por la formación de gotitas periódicas en la superficie de la cuenta de soldadura. De esta manera, el efecto de formación de montículos establece el límite para la velocidad de procesamiento para una intensidad dada del rayo láser. Para la soldadura por rayo láser de CO2, tal efecto adverso se puede observar en una velocidad de soldadura tan baja como 10 m/min.

Para los láseres de entrega por fibra, el límite de velocidad para los efectos de formación de montículos tiende a ser más alto. Sin embargo, con la potencia creciente del láser y las mejoras en la calidad del rayo, el límite de la formación de montículos se puede disminuir a una velocidad de soldadura de 10 m/min. Se han llevado a cabo diversos proyectos de investigación para encontrar el límite de velocidad del efecto de formación de montículos sobre los parámetros de procesamiento, con el objetivo de llevar hacia adelante el límite de la formación de montículos a una velocidad de soldadura más alta en una potencia dada del rayo láser .

Aunque la formación de montículos es un efecto no deseado para la soldadura por rayo láser, puede ser ventajosamente utilizada de conformidad con la presente invención como un pre-proceso para la soldadura por rayo láser de componentes de metal o aleación de metal revestidos, particularmente en una configuración de junta a solape, en que se desea un pequeño boquete entre las superficies de unión. Los montículos o gotitas en la costura de soldadura tienen una altura adecuada para proporcionar un boquete apropiado para la soldadura a solape .

Utilizando el efecto de formación de montículos, la soldadura a solape por rayo láser de los componentes de metal o aleación de metal revestidos requiere un proceso de dos etapas. La primera etapa es un pre-proceso en el cual un rayo láser genera una serie de montículos a lo largo de o cerca de las ubicaciones de soldadura en uno de los componentes de unión. Después de que se forman los montículos, otro componente se coloca sobre éste y posteriormente este par de componentes se sujeta entre sí. La segunda etapa es el proceso de soldadura real en el cual el rayo láser produce los patrones de soldadura deseados en las ubicaciones designadas.

Refiriéndose a las Figuras 1 y 2a, un par de componentes 10, 12 se conectan por una soldadura 11 lineal como se indica por una línea discontinua. Alternativamente, se pueden aplicar soldaduras .no lineales o patrones de soldadura. Cada uno de los componentes 10, 12 es una lámina de acero que tiene superficies 13, 14 y 15, 16 opuestamente dirigidas, respectivamente. Cada una de las superficies tiene un recubrimiento 18 hecho de un material con una baja temperatura de vaporización, tal como por ejemplo un recubrimiento 18 de cinc (véase la Figura 2a) para proporcionar protección contra la corrosión.

Como se muestra en la Figura 2a, uno de los componentes a ser soldados, a saber, el componente 10 de lámina de acero revestida con cinc se coloca en un aditamento (no mostrado) que sujeta firmemente el componente en el lugar. Una rayo 19 láser desde una cabeza 20 de soldadura remota barre la superficie 13 superior de la lámina 10 en algunas secciones para generar una serie de protuberancias 17 cercanas a o en el área de la linea de soldadura o patrón 11 de soldadura pretendido en una velocidad suficiente para generar las protuberancias 17 por medio del efecto de formación de montículos. La primera etapa de pre-procesamiento se puede realizar en una fracción de segundo utilizando la cabeza 20 de barrido/soldadura remota.

En el pre-proceso, el rayo láser de intensidad de energía suficientemente alta barre sobre el área de unión a una velocidad extremadamente alta. El rayo láser sólo requiere el disparo de una serie de segmentos cortos. A lo largo de la trayectoria del rayo, se genera una serie de montículos o gotitas cuando tiene lugar el efecto de formación de montículos. Estas protuberancias por encima de la superficie sirven como un espaciador natural. Cuando esta lámina pre-procesada se apila conjuntamente con otra lámina, se forma un boquete por medio de estas protuberancias. De conformidad con una modalidad de la presente invención, el boquete se localiza cerca de o en una ubicación de soldadura predeterminada. En el proceso de soldadura, el rayo láser puede soldar sobre estas protuberancias o en el área cercana. El boquete formado de este modo puede proporcionar un canal de venteo adecuado para el vapor de cinc a fin de evitar los defectos de la soldadura y proporcionar soldaduras de buena calidad.

Una vez que se forman estas protuberancias o montículos, el componente 12 de lámina de acero revestida con cinc se coloca sobre el componente 10 pre-procesado por láser como se muestra en la etapa 2 en la Figura 2a, de modo que la superficie 15 yace sobre la superficie 13. Los componentes 10, 12 de lámina se mantienen entonces en el lugar por medio de un dispositivo de fijación, tal como un sistema de sujeción, que no se muestra aquí. Como consecuencia, estos dos componentes de lámina a ser soldados se mantienen juntos y están listos para ser soldados.

Las protuberancias o montículos 17 forman un boquete 21 de aire entre las superficies 13, 15 opuestas de porciones solapadas de los componentes 10, 12 de lámina de acero revestida con cinc en la ubicación a ser soldada.

La operación de soldadura se puede llevar a cabo aplicando un rayo 19 láser a los componentes 10, 12 de lámina de acero como se indica en la Figura 2b por la flecha A. Durante la soldadura, el vapor 23 de cinc liberado a partir del recubrimiento de cinc puede fluir hacia el boquete 21 de aire que rodea la bocallave de la soldadura. Por consiguiente, la formación de sopladuras o porosidad de la soldadura se reduce sustancialmente en la soldadura 22 de metal solidificada. De esta manera, la soldadura resultante es de calidad satisfactoria.

Las Figuras 3a y 3b muestran el patrón de un efecto de formación de montículos de alta velocidad generado por láser que se utiliza para realizar la soldadura a solape de los materiales de muestra. Los montículos típicos generados por un rayo láser por medio del efecto de formación de montículos se muestran en la Figura 4, que consisten de una serie de montículos en un segmento.

El tamaño del boquete de aire para producir soldaduras de buena calidad es de entre 0.1 a 0.2 mm para la mayoría de las aplicaciones. Pero la anchura deseada o ideal del boquete depende del espesor del material, del espesor y tipo de recubrimiento, y de la fuerza de sujeción posible. Utilizando el efecto de formación de montículos de alta velocidad, la altura de las protuberancias generadas se puede controlar por medio de cambiar la velocidad de barrido del rayo láser.

Como se muestra en la Figura 5, la altura medida de los montículos se puede variar desde 0.1 hasta 0.5 mm cuando la velocidad de barrido está en el rango desde 25 hasta 80 m/min. Estos montículos se generan por un rayo láser de 4 kW de potencia. Generalmente, una potencia del láser de 0.5 kW y más alta se considera un láser de alta potencia.

Como se describe en la modalidad de soldadura de costura lineal anteriormente mencionada, el vapor 23 de cinc escapa en el boquete 21 de aire alrededor de los montículos y de esta manera se puede ventear desde el espacio entre las láminas unidas. Cabe señalar que la descripción anterior divulga un patrón de soldadura lineal. Sin embargo, de conformidad con la presente invención se puede realizar cualquier forma de soldadura cerca de o en la ubicación donde se generan los montículos .

La etapa de soldadura por láser de los primero y segundo componentes se puede realizar barriendo los rayos láseres en una región en la cual las superficies de los primer y segundo componentes se separan por las protuberancias. La localización de las protuberancias no tiene que ser exactamente en la ubicación de la soldadura en tanto exista un tamaño de boquete adecuado en la ubicación de la soldadura para proporcionar un canal de venteo adecuado. Además, un patrón creado por las protuberancias puede ser diferente del patrón de soldadura en tanto exista un tamaño de boquete adecuado en la ubicación de la soldadura para proporcionar un canal de venteo adecuado.

De conformidad con la invención, la creación de un espaciador utilizando el efecto de formación de montículos es extremadamente rápida, simple y muy flexible ya que un rayo láser desde una cabeza de barrido puede barrer cualquier ubicación sobre el componente de lámina dentro de su rango alcanzable para crear protuberancias y realizar la soldadura real en una segunda etapa. Además, cuando la cabeza de soldadura por barrido se monta en un brazo de robot, la soldadura por láser remoto también se puede aplicar a componentes con formas complejas.

Las Figuras 6 y 7 muestran una soldadura a solape producida utilizando el proceso de la presente invención, en donde la Figura 6 muestra una representación fotográfica de una sección de la soldadura mostrada en la Figura 1, y la Figura 7 muestra una representación fotográfica de una vista en planta de la soldadura mostrada en la Figura 1.

En atención a la Figura 5, la potencia del láser se fija en 4 kW y el haz se enfoca sobre la superficie superior del componente. Como se puede observar, el efecto de formación de montículos tiene lugar en una velocidad de aproximadamente 20 m/min. En la iniciación del efecto de formación de montículos, la altura de los montículos es relativamente alta, es decir puede ser por arriba de 0.5 mm. Con un incremento en la velocidad de barrido, disminuye la altura del montículo. En una velocidad alta extrema, las gotitas desaparecen a lo largo de la cuenta de soldadura. Este límite de velocidad es especifico al láser. Con el láser utilizado en la generación de la Figura 5, apenas se observa el efecto de formación de montículos cuando la velocidad es por arriba de 80 m/min.

Cuando la potencia del rayo láser se reduce a 3.5 kW, el efecto de formación de montículos ocurre en una velocidad de 30 m/min para este láser. Estos datos experimentales verifican que la velocidad de soldadura para la inicialización del efecto de formación de montículos decrece con incrementar la potencia del láser. Cuando la potencia del láser se disminuye adicionalmente a 3 k , apenas ocurre el efecto de formación de montículos. Con la potencia del láser completa de 4 kW, sólo tiene lugar una ligera formación de montículos en la velocidad de soldadura de 30 m/min si el rayo láser se desenfoca en 5 mm. Por consiguiente, un rayo láser de potencia más alta proporciona una mejor capacidad de control del efecto de formación de montículos.

En la soldadura por rayo láser remoto, el rayo incidente no siempre es perpendicular a la superficie del material. Por esta razón, se investiga el efecto del ángulo de incidencia del rayo láser sobre la generación del efecto de formación de montículos. La Figura 8 muestra una representación gráfica de la altura de los montículos para una pluralidad de ángulos de incidencia del rayo láser. Los montículos cerca de la condición perpendicular son ligeramente mayores que aquellos generados en ángulos relativamente más grandes. Como se puede observar a partir de la Figura 8, en un ángulo de inclinación de hasta 50 grados, el rayo láser todavía produce montículos apropiados para la soldadura a solape por láser.

La Figura 9 muestra una representación gráfica de la dependencia de la altura del montículo sobre la velocidad de barrido cuando el ángulo de inclinación del rayo láser está en 40 grados. La potencia del láser para generar estos montículos está en 4 k . Se puede observar a partir de la Figura 9 que la velocidad de barrido del rayo láser es el factor controlante principal para generar montículos con la altura deseada.

De conformidad con los ejemplos presentados anteriormente, para hacer soldaduras a solape de buena calidad, se requiere un boquete de 0.1 - 0.2 mm de tamaño entre los componentes a ser soldados. Como se puede observar a partir de las Figuras 5, 8, y 9, un rayo láser en una potencia de 4 kW es capaz de producir un boquete adecuado para una soldadura a solape de buena calidad con una velocidad de barrido en el rango de 60 - 80 m/min. Estos resultados son aplicables para un tamaño de punto del haz de 0.6 mm con una longitud de enfoque de 450 mm. Para otras fuentes de láser, la condición de procesamiento deseada será ligeramente diferente.

Por consiguiente, el efecto de formación de montículos ocurre cuando una velocidad de barrido de un rayo láser excede un cierto límite. Este límite depende de la potencia del láser y del tamaño de punto del haz. Cuando tiene lugar el efecto de formación de montículos, la altura de los montículos varía con la velocidad de barrido. Para el ejemplo anteriormente descrito, se pueden generar montículos con una altura de 0.1 -0.2 mm en un rango de velocidad de barrido de 60 a 80 m/min.

El efecto de formación de montículos se puede utilizar ventajosamente en un pre-proceso para generar un boquete deseado para la soldadura a solape por rayo láser de metales en lámina revestidos con un material que tiene una baja temperatura de vaporización. El tamaño del boquete es controlable mediante la variación de la velocidad de barrido. El efecto de formación de montículos preferido también se puede producir cuando el ángulo de incidencia del rayo láser varía desde 0 hasta 50 grados. La combinación del pre-proceso y el proceso de soldadura a solape es muy adecuada para la soldadura por rayo láser remoto en que se logra fácilmente el barrido de alta velocidad.

Debido a que el pre-proceso se realiza en una alta velocidad, sólo requiere una fracción del tiempo de soldadura para completar todo el pre-proceso. Por lo tanto, la soldadura a solape por rayo láser remoto utilizando el efecto de formación de montículos es una tecnología práctica para aplicaciones industriales.

Además, cabe señalar que en el efecto de formación de depresiones divulgado en la Publicación PCT O 99/08829, la mayor parte del espesor, es decir, más que aproximadamente 50% del espesor de la lámina se funde para generar las depresiones. De conformidad con la presente invención que utiliza el efecto de formación de montículos sólo se funde una pequeña porción en la superficie del componente. Por consiguiente, el proceso de conformidad con la presente invención se puede aplicar a componentes de cualquier espesor de material. Además, en el efecto de formación de depresiones divulgado en la Publicación PCT O 99/08829, la altura de las protuberancias no es controlable. Como se divulga hasta ahora, de conformidad con la presente invención, la altura de las protuberancias es controlable mediante el control de la velocidad de barrido del haz rayo láser.

Se debe apreciar que la descripción anterior es de naturaleza ilustrativa y que la presente invención incluye modificaciones, cambios, y equivalentes de la misma, sin apartarse del alcance de la invención.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones .

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Un método para soldar por láser primero y segundo componentes, caracterizado en que comprende las etapas de: mover un haz de rayo láser a través de una porción de una superficie del primer componente en una velocidad suficiente para generar protuberancias en la superficie del primer componente por medio de un efecto de formación de montículos; yuxtaponer dichos primer y segundo componentes tal que las superficies opuestas de los primero y segundo componentes se separen por dichas protuberancias en la superficie del primer componente; y soldar por láser dichos primero y segundo componentes barriendo el haz de rayo láser en una región en la cual dichas superficies se separan por dichas protuberancias.

2. El método según se define en la reivindicación 1, caracterizado en que los primero y segundo componentes se hacen de metal o aleación de metal y en donde al menos uno de los primero y segundo componentes está revestido con un material que tiene una temperatura de vaporización que es menor que un punto de fusión del metal o aleación de metal.

3. El método según se define en la reivindicación 2, caracterizado en que los primero y segundo componentes se hacen de acero.

4. El método según se define en la reivindicación 2, caracterizado en que los primero y segundo componentes están revestidos con al menos uno de cinc, óxido de cinc, magnesio, y óxido de magnesio.

5. El método según se define en la reivindicación 1, caracterizado en que las protuberancias crean un patrón sustancialmente correspondiente a un patrón de soldadura generado por la etapa de soldadura por láser.

6. El método según se define en la reivindicación 1, caracterizado en que las protuberancias crean un patrón diferente de un patrón de soldadura generado por la etapa de soldadura por láser.

7. El método según se define en la reivindicación 1, caracterizado en que el rayo láser se manipula por una cabeza de soldadura por láser remoto.

8. El método según se define en la reivindicación 1, caracterizado en que adicionalmente comprende la etapa de sujetar los primero y segundo componentes entre si antes de la etapa de soldadura por láser.

9. El método según se define en la reivindicación 1, caracterizado en que adicionalmente comprende la etapa de controlar una altura de las protuberancias mediante el control de una velocidad de barrido del haz de rayo láser.

10. El método según se define en la reivindicación 1, caracterizado en que adicionalmente comprende la etapa de controlar una altura de las protuberancias mediante el control de una intensidad del haz de rayo láser.

11. El método según se define en la reivindicación 10, caracterizado en que la etapa de controlar la intensidad del rayo láser incluye controlar una potencia del láser y un tamaño de punto del haz del rayo láser.

12. El método según se define en la reivindicación 1, caracterizado en que las protuberancias se producen cuando un ángulo de incidencia del haz del rayo láser se puede variar en gran medida.

13. El método según se define en la reivindicación 9 o 10, caracterizado en que la altura de las protuberancias es desde aproximadamente 0.1 hasta aproximadamente 0.2 mm.

14. El método según se define en la reivindicación 9, caracterizado en que la velocidad de barrido es desde aproximadamente 60 hasta 80 m/min.

15. Un método para soldar por láser primero y segundo componentes, caracterizado en que comprende las etapas de: mover un haz de rayo láser a través de una porción de una superficie del primer componente en una velocidad suficiente para generar protuberancias en la superficie del primer componente por medio de un efecto de formación de montículos; yuxtaponer dichos primer y segundo componentes tal que las superficies opuestas de los primer y segundo componentes se separen por dichas protuberancias en la superficie del primer componente; soldar por láser dichos primer y segundo componentes barriendo el haz del rayo láser en una región en la cual dichas superficies se separan por dichas protuberancias; y controlar una altura de las protuberancias mediante el control de una velocidad de barrido del haz del rayo láser.

16. El método según se define en la reivindicación 15, caracterizado en que los primero y segundo componentes se hacen de metal o aleación de metal y en donde al menos uno de los primero y segundo componentes está revestido con un material que tiene una temperatura de vaporización que es menor que un punto de fusión del metal o aleación de metal.

17. El método según se define en la reivindicación 16, caracterizado en que los primero y segundo componentes se hacen de acero.

18. El método según se define en la reivindicación 16, caracterizado en que los primero y segundo componentes están revestidos con al menos uno de cinc, óxido de cinc, magnesio, y óxido de magnesio.

19. El método según se define en la reivindicación 15, caracterizado en que adicionalmente comprende la etapa de controlar una altura de las protuberancias mediante el control de una intensidad del haz del rayo láser.

20. El método según se define en la reivindicación 19, caracterizado en que la etapa de controlar la intensidad del haz de rayo láser incluye controlar una potencia del láser y un tamaño de punto del haz del rayo láser. RESUMEN DE LA INVENCIÓN Se proporciona un método para soldar por láser primer y segundo componentes que incluye mover un haz de rayo láser a través de una porción de una superficie del primer componente en una velocidad suficiente para generar protuberancias en la superficie del primer componente por medio de un efecto de formación de montículos, yuxtaponer dichos primero y segundo componentes tal que las superficies opuestas de los primero y segundo componentes se separen por dichas protuberancias en la superficie del primer componente, y soldar por láser dichos primer y segundo componentes barriendo el haz de rayo láser en una región en la cual dichas superficies se separan por dichas protuberancias. La altura de las protuberancias se puede controlar mediante el control de una velocidad de barrido del haz de rayo láser. MÉTODO DE SOLDADURA POR LÁSER RESUMEN DE LA INVENCIÓN Se proporciona un método para soldar por láser primer y segundo componentes que incluye mover un haz de rayo láser a través de una porción de una superficie del primer componente en una velocidad suficiente para generar protuberancias en la superficie del primer componente por medio de un efecto de formación de montículos, yuxtaponer dichos primero y segundo componentes tal que las superficies opuestas de los primero y segundo componentes se separen por dichas protuberancias en la superficie del primer componente, y soldar por láser dichos primer y segundo componentes barriendo el haz de rayo láser en una región en la cual dichas superficies se separan por dichas protuberancias. La altura de las protuberancias se puede controlar mediante el control de una velocidad de barrido del haz de rayo láser.