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Soldadura láser aluminio para conducción de electricidad

Miércoles, 23 Noviembre 2016 | Publicado en Blog

Pruebas para definir las condiciones y parámetros de soldadura laser en piezas de aluminio para aplicaciones donde se requiera paso de corriente eléctrica de cierta importancia.

La soldadura buscada obedece a las características de calidad que se indican a continuación.

Aspectos visuales

  • Homogénea y de aspecto superficial "aceptable"
  • Ausencia de poros, proyecciones y fisuras en superficie
  • Las secciones perpendiculares mostrarán la forma del cordón y calidad interna de la soldadura

Aspectos cuantitativos

  • Penetración máxima. >0,X mm
  • Anchura en junta de unión máxima > X mm
  • Calidad de la soldadura medida como Resistencia omnica entre la parte soldada y un punto a una distancia dada. Por ejemplo que a 15mm no supere XX mΩ
  • Tratar de minimizar la afección térmica debida a la soldadura.
  • Medir la temperatura alcanzada durante el proceso de soldadura a una distancia dada. Esta no deberá exceder de XºC

La idea es que después de las pruebas queden definidos de la forma más concreta posible los aspectos anteriores al objeto de proceder a la fase de fabricación.

Elementos empleados

Equipos laser

  • Laser Rofin YAG FL020,
  • Cabezal scaner 3D de Raylase,
  • Robot Kuka donde posicionamos el cabezal scaner útil de posicionamiento y fijación de probetas a soldar

Elementos de control y medida

  • Microscopio de N aumentos
  • Equipo de medida de temperatura con termopar tipo X de respuesta rápida
  • Equipo de medida de resistencia de precisión
  • Equipo para corte y ataque químico de probetas
Detalle de pruebas de conductibilidad eléctrica de soldadura laser en aluminio

Descripción de las pruebas

Material: Para la prueba se utilizan diferentes calidades de aluminio y espesores en las piezas a soldar son los siguientes Aluminio (Axxx1) de espesor 0,5mm + recubrimiento NIKIM XµM y Aluminio (Axxx2) de 2mm de espesor. La forma de las probetas, calidades de aluminios, recubrimientos y espesores han sido definidas en una fase previa.

Posicionamiento: Para el posicionamiento del haz en la zona donde se desea realizar la soldadura se utiliza el puntero láser que emana del mismo cabezal que el haz para la soldadura. En esta fase es suficiente con este sistema de posicionamiento mediante puntero pues no se requiere una gran precisión que aconseje la utilización de otros medios como visión artificial.

Distancia focal: La distancia focal de nuestro equipo es de 324mm. Esta ha sido determina en base a pruebas realizadas a distintas alturas de posicionamiento del cabezal, para una misma potencia y velocidad. La distancia focal es aquella en la que se obtiene la penetración máxima del haz en la pieza donde se proyecta.

Tipo de soldadura y trayectoria: Estos aspectos han sido definidos en una fase de pruebas que concluye con la realización de una soldadura a solape de trayectoria circular de 380º con salida tangencial que asegura un cordón continuo y cerrado ya que permite una gran superficie de soldadura con localizada y tratando de minimizar la repercusión térmica del efecto de la soldadura a otras áreas.

Gas: Se trata de definir los parámetros de aporte de gas, con o sin gas, tipo de gas ( helio o argón), caudal y ángulo de incidencia, etc. Para ello se realizan cordones de soldadura en distintas probetas y se concluye que las mejores condiciones de aspecto y penetración se consiguen con aporte de gas Argón. Si bien el resultado con Argon es algo mejor que con Helio, las diferencias son menores y muy sutiles por lo que no se puede concluir que es desaconsejable utilizar el Helio para este tipo de soldaduras.

Potencia y Velocidad: Con los parámetros anteriores ya definidos, se realizan las pruebas de soldadura sobre probetas combinando los parámetros de potencia y velocidad. La potencia va desde los 900W hasta 1500W y velocidad entre 15 y 40mm/sg. Por tanteo error se van acotando ambos parámetros hasta dar con resultados aceptables conforme a las características de calidad buscadas o/y definidas anteriormente.

Resultados

Aspecto de los cordones de soldadura laser tras las pruebas

Los aspectos visuales de los cordones se observan, miden y analizan al microscopio tanto los cordones en superficie como sobre secciones probetas.

El resultado es satisfactorio.

Medición de la conductibilidad en soldadura laser

Con el equipo de medida de temperatura y termopar tipo J se realizan y registra la temperatura alcanzada en un punto situado entre ambas piezas a soldar y a una distancia de XXmm de la zona de soldadura.

La medición de impedancia se realiza entre el centro del cordón y otro punto situado a una distancia constante dada de 10mm.

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