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Artículo técnico: ‘Soldadura láser en el automóvil actual’

Por Ruta 401

La utilización de la soldadura láser en el vehículo actual responde a la introducción de nuevos materiales metálicos y nuevas técnicas de unión y soldadura encaminadas a favorecer la reducción de peso. Esto dificulta los procesos de soldadura en fábrica, ya que aspectos como el aporte térmico derivado de los procesos de soldadura provoca un cambio en la estructura molecular del metal que le hace perder límite elástico, volviéndolo más rígido.

F1 soldadura láser

Con la aplicación de la soldadura láser se consigue concentrar el calor necesario para efectuar la soldadura en un punto muy concreto, hecho que reduce la zona térmicamente afectada (ZTA) y, en consecuencia, limita sus efectos negativos. Además, a diferencia de la soldadura eléctrica por puntos de resistencia, no requiere acceso por ambas caras del metal a unir para efectuar la soldadura.

La soldadura láser empezó a implementarse en los años setenta, a pesar de lo cual su expansión como sistema de fijación se ha consolidado en los últimos años. Actualmente, el empleo de este tipo de soldadura es generalizado en el sector de la automoción, aunque bien es cierto que se emplea especialmente en zonas muy concretas como en la unión de los paneles de techo, en pilares, paneles traseros o para la soldadura de formatos tailored blanks.

Otras ventajas del uso de la soldadura láser

Otras ventajas significativas que aporta la soldadura láser, que se unen a ya las mencionadas en los párrafos anteriores, son las siguientes:

  • Reducción del peso de la unión soldada, aun cuando se utiliza con material de aportación.
  • Mayor productividad en la ejecución de la soldadura.
  • Obtención de soldadura de mayor calidad en las que se reduce la aparición de defectos.
  • Reducción de la generación de tensiones internas en el metal derivadas de un aporte térmico excesivo.
  • Permite la obtención de mejores resultados en la soldadura de chapas de diferente espesor y calidad (tailored blanks).
  • Puede ejecutarse de forma continua o intermitente, con o sin material de aportación, y combinarse con otros sistemas de soldadura cuando es requerido (soldadura láser híbrida).
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Fundamento de la soldadura láser

Desde un punto de vista general, la soldadura láser genera la unión soldada entre metales empleando un haz de luz muy fino monocromático de alta direccionalidad que es capaz de actuar sobre superficies de metal muy concretas y precisas. Este haz de luz se obtiene por la reacción provocada al excitar de forma química, eléctrica u óptica un compuesto activo líquido, sólido o gaseoso. La focalización del rayo emitido es conseguida al hacerlo pasar por varios espejos y lentes dispuestos de forma concreta.

En esta imagen se aprecia la constitución de un láser en estado sólido bombeado por diodo en el que se visualizan los componentes que configuran un láser tradicional y su principio de funcionamiento.

Tipos de soldadura láser más empleadas en automoción

Las variantes de soldadura láser más empleadas en automoción son las siguientes:

  • Soldadura láser de alta penetración o de CO2
  • Soldadura láser por conducción o de fibra
  • Soldadura láser por diodo
  • Soldadura láser híbrida

Estos láseres utilizan gases de protección para el baño de fusión, con la finalidad de obtener una unión soldada uniforme y mayor calidad superficial y estructural.

1. Soldadura láser de alta penetración 

Como su nombre indica, tiene la capacidad de penetrar de modo muy significativo sobre los metales. En concreto es capaz de profundizar hasta los 8 mm, virtud que le aporta la capacidad de ser válida para distintas aplicaciones industriales.

El tipo de láser empleado es denominado como láser de CO2, puesto que utiliza como medio activo este gas (dióxido de carbono). La alta penetración que caracteriza a este tipo de láser es conseguida gracias a la elevada potencia del haz luminoso, el cual, gracias a su alta temperatura, forma un capilar profundo sobre el metal. A medida que el capilar se va formando, el láser va reflejando sobre su interior haciendo que se incremente la capacidad de profundización. En esta imagen puede verse un esquema de este tipo de soldadura láser.

Gracias a su buena capacidad de penetración se utiliza sobre chapas de mayor espesor que quedan ensambladas a través de un solapado, especialmente en lo que a la estructura del vehículo se refiere.

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2. Soldadura láser por conducción

En relación a la soldadura láser por conducción, su capacidad de penetración es inferior, llegando en el mejor de los casos hasta los 2 mm aproximadamente. Su menor penetración es consecuencia de que el haz luminoso es absorbido por la superficie del metal, lo que provoca que no se genere ningún capilar que posibilite una reflexión en su interior que favorezca la profundización. Por tanto, el láser funde la superficie del metal para provocar un baño de fusión que una vez se enfríe generará la unión soldada.

El tipo de láser utilizado en este caso es el Nd-YAG, el cual emplea neodimio (Nd) como compuesto activo sólido, y un cristal compuesto por óxidos de itrio y aluminio (YAG). Este láser es aplicado y transmitido por fibra óptica, circunstancia que le permite acceder a zonas del vehículo donde otros láseres o sistemas de soldadura no llegan. Es por ello, que también es designado como láser de fibra. En esta imagen se puede ver el esquema de aplicación de esta variante.

Este tipo de láser se utiliza para uniones soldadas en las que los espesores son menores y no se requiere tanta penetración.

3. Soldadura láser por diodo

El diodo es un tipo de dispositivo led que utiliza compuestos activos sólidos semiconductores como el silicio o el germanio para generar un haz luminoso que a medida que aumenta su temperatura incrementa la conductividad del semiconductor.

Estos láseres destacan por aportar un acabado superficial de alta calidad. En contraposición presenta una menor capacidad de penetración que los anteriores sistemas. Estas peculiaridades hacen que sea indicado para llevar a cabo tratamientos superficiales sobre el metal o para ser empleado en láseres híbridos.

4. Soldadura láser híbrida

Como su nombre indica se trata de la combinación de dos procesos de soldadura distintos: el láser y la soldadura eléctrica por arco con hilo. La combinación de ambos sistemas responde a la necesidad de efectuar soldaduras con adición de material de aportación sin que ello conlleve un aporte de calor excesivo.

Por tanto, la soldadura láser es la encargada de limitar el aporte de calor y aumentar la velocidad de soldeo, mientras que el método de soldadura de hilo (MAG o MIG-Brazing) es el que posibilita la realización de una soldadura con menos material de relleno adicionado.

F2 soldadura laser

Otras aplicaciones de los láseres en automoción

Los láseres también son utilizados en automoción para llevar a cabo funciones distintas de la soldadura. Algunos ejemplos son los siguientes:

  • Tratamientos superficiales de mejora sobre los metales: temple, metalizado y limpieza fundamentalmente.
  • Marcado de piezas, números de serie, placas VIN, neumáticos, etc.
  • Operaciones de corte sobre materiales metálicos y plásticos.
  • Perforación sobre metales.
F3 soldadura láser

 

La soldadura láser en el taller de reparación

La soldadura láser es un método de soldadura exclusivo de fábrica, con lo cual no existe equipo de reparación que pueda reproducir este tipo de soldadura en el taller. A pesar de ello, el profesional del taller sí que debe conocer e identificar esta soldadura para efectuar los métodos de eliminación necesarios, así como los procesos de restitución adecuados.

Para la eliminación de la soldadura láser se puede utilizar un útil denominado láser cúter, un adaptador para máquina rotativa dotado de disco dentado, o un disco de corte o de desbaste con el canto redondeado. Por el contrario, para ensamblar y fijar la pieza que viene de fábrica con soldadura láser, los fabricantes de vehículos recomiendan utilizar adhesivos estructurales de base epoxi tenaz, como TEROSON EP 5055, en combinación con soldadura eléctrica por arco con hilo o por puntos de resistencia.

Conclusión

El uso de láseres en la industria del automóvil ha crecido en los últimos añoscomo una alternativa a otros sistemas que presentan ciertas limitaciones. La introducción de nuevos materiales metálicos, de nuevas técnicas de ensamblado, la necesidad de optimizar el proceso de soldadura, la versatilidad de este sistema y la obligación de reducir el peso del vehículo y el calor aportado sobre el metal hacen que los láseres vayan ganando protagonismo poco a poco.

 

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Categorias: Carrocería y parabrisas