Visión general de la tecnología láser en la industria del automóvil
En el sector de la automoción, la tecnología láser se utiliza principalmente para el ensamblaje de carrocerías, la soldadura y la soldadura de componentes. La soldadura láser de piezas en bruto a medida se emplea durante el diseño y la fabricación de carrocerías, donde se seleccionan planchas de acero de diversas especificaciones y se procesan mediante corte y ensamblaje por láser para cumplir los requisitos específicos de diseño y rendimiento de las distintas partes de la carrocería. En la última década, la soldadura láser ha pasado de utilizarse sólo para las uniones del techo a aplicarse ampliamente en toda la carrocería.
1. Ventajas de la soldadura láser
La soldadura láser de piezas en bruto a medida ofrece numerosas ventajas, como la reducción del número de componentes y moldes, la minimización de las soldaduras por puntos, la optimización del uso de material, la disminución del peso de las piezas, la reducción de costes y la mejora de la precisión dimensional. La soldadura láser se utiliza principalmente para las estructuras del bastidor de la carrocería, como la soldadura del techo a la carrocería lateral. Los métodos tradicionales de soldadura por puntos de resistencia han sido sustituidos gradualmente por la soldadura láser.
Empleando la soldadura láser, se puede reducir la anchura de la interfaz de unión entre las piezas de trabajo, lo que disminuye el uso de material a la vez que aumenta la rigidez del vehículo. En la actualidad, esta tecnología ha sido adoptada por los principales fabricantes de automóviles de alta gama y los principales proveedores de piezas de todo el mundo.
2. Características del proceso de soldadura láser
La soldadura láser puede clasificarse en dos modos básicos en función del mecanismo de formación del baño de soldadura: soldadura por conducción de calor y soldadura por penetración profunda.
Soldadura por conducción del calor:
Este modo utiliza una densidad de potencia láser inferior (10⁵-10⁶ W/cm²). La energía láser es absorbida por la pieza de trabajo, provocando la fusión de la superficie, y el calor es conducido internamente para formar un baño de fusión. Este modo da como resultado una penetración poco profunda y una baja relación profundidad/anchura.
Soldadura de penetración profunda:
Este modo implica una mayor densidad de potencia láser (10⁶-10⁷ W/cm²). La energía láser absorbida funde rápidamente e incluso vaporiza el metal. El metal vaporizado forma un pequeño agujero bajo la presión del vapor. El rayo láser puede alcanzar el fondo de este agujero, permitiendo que se extienda más hasta que se alcanza un equilibrio entre la presión del vapor, la tensión superficial del metal fundido y la gravedad. El metal fundido fluye alrededor del pequeño orificio a medida que el haz láser se desplaza a lo largo de la dirección de soldadura, solidificándose en un cordón de soldadura. Este modo proporciona una mayor penetración y una elevada relación profundidad-anchura, lo que lo convierte en la elección estándar en la industria del automóvil
Durante la soldadura por penetración profunda, el vapor metálico y los gases de protección se ionizan bajo la acción del láser, formando plasma en el interior y por encima del ojo de cerradura. El plasma puede absorber, refractar o dispersar el láser, debilitando potencialmente la energía láser que llega a la pieza. Para mitigar este problema se suelen utilizar gases de protección laterales no reactivos, como el helio o el argón.
3. Equipos de soldadura láser
El equipo de soldadura por láser suele constar de:
Cámara de soldadura láser:
Para proteger a los operarios, se ha diseñado una cámara totalmente cerrada que cumple las normas de seguridad láser de clase 4 de la FDA.
Generadores láser:
Los tipos más comunes incluyen los láseres de CO₂ y los láseres de estado sólido YAG. Los láseres de CO₂ son los preferidos para aplicaciones de alta potencia, mientras que los láseres de YAG, con los avances de los últimos años, se utilizan cada vez más para aplicaciones específicas debido a su capacidad de transmisión a través de fibras ópticas.
Sistemas ópticos de entrega y enfoque:
Estos sistemas incluyen componentes como expansores del haz, espejos y lentes que enfocan y dirigen el haz láser.
Máquinas de soldadura láser:
Permiten el movimiento relativo entre el rayo láser y las piezas de trabajo, utilizando sistemas CNC o brazos robóticos para mayor precisión.
4. Desarrollo e innovaciones en la soldadura láser
Los nuevos avances están ampliando el ámbito de aplicación y el nivel de control de la soldadura láser:
Soldadura láser con alambre de relleno:
Reduce los requisitos de holgura de montaje rellenando la junta con un alambre metálico, lo que permite una mejor formación de la soldadura incluso con holguras mayores.
Soldadura por oscilación del haz:
La rotación del haz láser durante la soldadura permite una mayor tolerancia en la alineación y separación de las juntas.
Supervisión y control de calidad en línea:
La supervisión en tiempo real de las señales de plasma (ópticas, acústicas y basadas en la carga) facilita el control automático de retroalimentación del proceso de soldadura.
Estado actual de la soldadura láser en la fabricación de automóviles
La soldadura láser se ha convertido en una tecnología madura y ampliamente adoptada en la fabricación de automóviles. Empresas como Volkswagen, BMW y Mercedes-Benz la utilizan ampliamente para tareas como la soldadura del techo y los componentes de la transmisión. Esta tecnología mejora significativamente la seguridad de los vehículos, la reducción de peso y la precisión estructural, marcando una tendencia clave en la industria.
