Soldadura láserLa distorsión es un problema común cuando se utiliza calor extremadamente alto para fundir metal. Aprenda cómo minimizar la distorsión de la soldadura y consejos sobre cómo solucionarla cuando suceda.
Soldadura láserEs una poderosa tecnología que utiliza el calor generado por la tecnología láser para fusionar dos materiales (como placas de acero). La soldadura enfrenta el desafío de la distorsión de la soldadura debido a la reacción natural de los metales al calor extremo. Se trata de una deformación que compromete la integridad del metal fundido. Afortunadamente, existen formas de minimizar la distorsión mediante la implementación de parámetros del proceso de soldadura.
En este artículo, nos centraremos en qué es la distorsión de la soldadura, qué la causa y cómo minimizar sus efectos. También encontrará consejos eficaces que le ayudarán a abordar los efectos de la distorsión de la soldadura.
Qué essoldadura láser¿deformación?
La deformación o deformación de la soldadura implica cambios en la forma y tamaño de la estructura metálica. Este es un efecto natural de la soldadura. Cuando los metales sonsoldado con láser, están expuestos a un calor extremadamente alto que hace que se derritan. Esto hace que el material se expanda.
A medida que el metal fundido se enfría a temperatura ambiente, se solidifica y comienza a encogerse. Esto es estrés residual. Si el calentamiento es localizado y no se calienta el resto de la superficie metálica, esta no se expandirá ni contraerá de la misma forma. Esto provoca distorsión.
Materiales que se deforman fácilmente después de soldar.
Para determinar por qué un material es susceptible a la distorsión por soldadura, se deben comprender las propiedades que afectan la distorsión. Algunos materiales son más susceptibles a la deformación debido a propiedades tanto físicas como mecánicas.
1. Las propiedades físicas son medidas de expansión térmica y conductividad térmica.
La expansión térmica es el movimiento del metal a medida que se expande cuando se calienta y se contrae cuando se enfría. Si hay un coeficiente alto, el material se expande y contrae más fácilmente, por lo que se retorcerá más.
La conductividad térmica, por otra parte, mide el flujo de calor a lo largo de un material. La alta conductividad térmica disipa el calor más rápido. Dado que la presencia de calor puede hacer que los materiales se deformen fácilmente, la baja conductividad aumenta las posibilidades de deformación durante la soldadura.
2. En términos de propiedades mecánicas, es necesario considerar dos factores: el límite elástico y el módulo de elasticidad.
El límite elástico se refiere a cuánta presión puede soportar un material en respuesta a fuerzas externas. Por lo tanto, los materiales con límites elásticos más altos tienen tensiones residuales más altas y, por lo tanto, se deforman más fácilmente.
El módulo de elasticidad se refiere a la capacidad de un material para expandirse y contraerse. Un módulo elástico más alto significa que el material tiene una mayor capacidad para resistir la deformación.
Teniendo en cuenta estas propiedades, se puede suponer que si un material tiene un coeficiente de expansión térmica más alto, una conductividad térmica más baja, un límite elástico más alto y un módulo elástico más bajo
Materiales que se deforman fácilmente después de soldar.
Al comparar el acero inoxidable con el acero al carbono, se puede suponer que el primero es más susceptible a la deformación porque tiene un límite elástico y un coeficiente de expansión térmica más altos, así como una conductividad térmica más baja.
Entre el aluminio y el cobre, el primero es propenso a deformarse porque tiene un coeficiente de expansión térmica de límite elástico más alto y una conductividad térmica más baja.
Tipos y causas desoldadura láserdeformación
Se han realizado varios estudios para identificar las causas reales de la deformación tras el proceso de soldadura láser. Según un estudio, hay tres factores que afectan significativamente el rendimiento de la soldadura láser: el material, el proceso y la geometría.
Por ejemplo,soldadura láserse deforma porque los parámetros de soldadura se aplican a la superficie del metal de diferentes maneras. La velocidad de soldadura, la corriente, el ángulo, etc. se concentrarán en las piezas que se van a soldar. Al alejarse de la zona de soldadura, el calor disminuye gradualmente y también se reducen los efectos térmicos como la expansión del metal.
Por lo tanto, se puede suponer con seguridad que la expansión variará dependiendo de la intensidad del calor recibido por el metal. En el ejemplo dado, la porción soldada se expande más porque recibe la mayor cantidad de calor de la fuente láser.
Cuando finalice el proceso de soldadura, el metal comenzará a enfriarse y encogerse. El metal seguirá contrayéndose en la misma medida que se expande. Esto se llama tensión residual.
Si la tensión es mayor que el límite elástico del material base, pueden ocurrir dos tipos de tensión.
La tensión de compresión ocurre en el área alrededor del borde del metal base.
Esfuerzo de tracción Esto ocurre cuando la contracción de un metal calentado es resistida por el resto de la superficie del metal (la superficie no calentada).
Para comprender mejor esto, es mejor considerar las diferentes formas en que puede ocurrir la deformación cuando se completa la soldadura.
1. Deformación longitudinal
Como sugiere el nombre, esta deformación se produce a lo largo del material que se está soldando. A medida que se enfría, la soldadura y el área a su alrededor se encogen. Como resultado, la pieza de trabajo se acortará. Esto hace que los bordes exteriores parezcan más largos y la sección central parezca arqueada.
Especialmente si la pieza de trabajo no se fija correctamente, la deformación será máxima.
2. Distorsión lateral
Este tipo de distorsión ocurre cuando los bordes del metal se acercan entre sí. Esta deformación es causada por una contracción que excede la expansión que ocurrió inicialmente durante la soldadura láser.
3. Distorsión del ángulo
La distorsión del ángulo ocurre cuando el ángulo de la placa de metal cambia debido a la contracción después de completar la tarea de soldadura. Los bordes de la chapa se acercan entre sí por un lado, lo que hace que el material parezca curvado.
Si la soldadura une metal en un ángulo vertical, el metal vertical no aparecerá recto, sino curvado.
4. Distorsión compleja
Este tipo es una combinación de los giros discutidos anteriormente. Parece que se está pandeando, doblando o deformando. Se trata de diferentes tipos de dobleces y deformaciones que pueden comprometer la integridad del material soldado. No importa qué tan fuerte sea el metal, si la soldadura láser lo deforma, la soldadura fallará.
Diez formas de minimizar la distorsión de la soldadura
Si bien la distorsión es inevitable, eso no significa que no haya nada que puedas hacer para minimizarla. Así como existen diferentes tipos de deformación, también existen diversas formas de evitar que el acero inoxidable y otros metales se deformen. Esto no tiene nada que ver con la resistencia del acero elegido. Lo que más importa es lo que hace antes, durante y después de su tarea de soldadura.
Aquí hay 10 ideas de soldadura diferentes que puede utilizar.
1. Evite la soldadura excesiva
Soldar grandes áreas aumenta la contracción que se produce. Es por eso que debes planificar tu proceso de soldadura láser, especialmente cuando necesitas trabajar en superficies grandes. El ajuste de las dimensiones de la superficie minimiza la distorsión de la soldadura y las tensiones residuales, evitando así el desperdicio de metal y tiempo.
2. Utilice soldadura intermitente
Esta es una técnica que deja espacio entre soldaduras. En lugar de una soldadura continua, soldarás una pulgada y luego dejarás espacio para el metal sin soldar antes de realizar otra soldadura. Esto puede reducir eficazmente la deformación una vez finalizada la soldadura.
3. Reducir el número de transferencias
Otra forma de evitar la distorsión es limitar el número de pasadas en el proceso de soldadura. Asegúrese de que una vez sea suficiente para evitar deformaciones. Puede intentar realizar una pasada de soldadura grande en lugar de varias pasadas de soldadura pequeñas. Según TWI, una soldadura única más grande produce menos deformación angular que una soldadura formada por múltiples pasadas pequeñas.
4. Considere la ubicación de la soldadura
La ubicación de la soldadura también es importante. Lo ideal es colocar la soldadura cerca del centro o eje neutro del material. Esto minimizará la distorsión cuando la soldadura láser comience a contraerse porque habrá menos apalancamiento a medida que las fuerzas de contracción intenten desalinearse.
5. Pruebe la técnica de soldadura hacia atrás
La soldadura en retroceso es una técnica en la que la dirección de soldadura es de izquierda a derecha, pero los segmentos del cordón de soldadura se depositan de derecha a izquierda. Hacer esto expandirá los bordes donde se colocan los segmentos del cordón para separar temporalmente la lámina de metal.
Cuando se complete el movimiento de izquierda a derecha, la continuación de las cuentas hará que la expansión disminuya a medida que se complete el proceso. Ésta es una forma eficaz de minimizar la distorsión.
6. Piezas de soldadura preestablecidas
Esto implicará algunas pruebas para garantizar una distorsión mínima una vez que se complete la soldadura. Determine el ajuste preestablecido requerido para la soldadura anterior para que pueda estimar la contracción que experimentará. Esto le permitirá realizar ajustes para minimizar la contracción y la distorsión.
7. Cree una secuencia de soldadura.
No utilice simplemente una línea recta para soldar piezas. Cree una secuencia de soldadura planificada que pueda contrarrestar la contracción de otra parte del material que se está ensamblando. Según su conocimiento sobre cómo se contrae el metal, puede crear una secuencia que equilibre las reacciones para evitar la deformación.
8. Sujete la pieza para bloquearla en su lugar.
Otra opción es utilizar una plantilla al soldar las piezas. Esto los asegurará y evitará que la expansión o contracción los distorsione. Mantenga las piezas en su lugar hasta que se complete el proceso. La falta de movimiento reduce la distorsión.
9. Considere el alivio del estrés térmico
Se trata de una tecnología que controla el calentamiento y enfriamiento de piezas unidas mediante soldadura. Ahí es cuando aumenta la temperatura y controla el estrés de la gestión de enfriamiento usándolo mientras suelda el producto.
10. Acortar el tiempo de soldadura
También puede acortar el tiempo de soldadura para reducir el riesgo de distorsión. Esto sería un desafío si lo hiciera manualmente. Las piezas que suelde primero se enfriarán antes de terminar. Sin embargo, si dispone de equipo mecanizado para soldar, puede reducir el tiempo de procesamiento y mantener la distorsión al mínimo.