Procedimiento de soldeo EXIAL (arco/láser)

1. Acoplamiento de la energía de un arco eléctrico con la energía de un haz láser para operaciones de soldeo. Patentes registradas en varios países(EU - US - JP …) por Air Liquide.

2. Procedimiento de soldeo EXIAL (arco/láser) El procedimiento EXIAL es derivado del soldeo láser • Procedimiento de soldadura láser. • Este procedimiento se lleva a cabo en un entorno gaseoso, concentrando por focalización un haz láser en un diámetro de 0,3 mm. • Las densidades de potencia producidas son muy elevadas (del orden de 106 W/cm2). • Esta densidad de potencia genera en la superficie del material: • Una fusión y una vaporización muy importante de la materia, • Una «perforación» del baño de materia fundida por descompresión hacia el exterior de esta vaporización, • y, después, la creación de una cavidad denominada «keyhole» (capilar de plasma). El desplazamiento del «keyhole» realiza la operación de soldeo.

3. Procedimiento de soldeo EXIAL (arco/láser) Preámbulo de la problemática respecto al arco eléctrico • Es muy difícil estabilizar un arco eléctrico a las velocidades de soldeo que se obtienen con el procedimiento láser, ya que: • El arco eléctrico no calienta suficientemente el material, debido a que su densidad de potencia es demasiado baja, • La propagación de la energía del arco se efectúa por conducción térmica, • Existe un desfase progresivo entre el electrodo y el baño de metal fundido, que estira el arco hasta la ruptura y la extinción del proceso.

4. Procedimiento de soldeo EXIAL (arco/láser) Principio • El procedimiento se lleva a cabo enun entorno gaseoso, produciendo un arcoeléctrico hacia el punto focal de un hazláser de soldeo. • El cordón de soldadura resultante presentaun perfil combinado por: • Un cordón de soldadura de tipo "keyhole" producido por un láser, • Una ampliación de la zona fundida en la parte superior del cordón producida por el arco eléctrico. El plasma de los vapores metálicos y los electrónes libres producidos en el "keyhole" constituyen un ambiente idóneo para atraer y estabilizar al arco eléctrico. De este modo, se realiza el acoplamiento de las energías del láser y del arco.

6. Ventajas del procedimiento EXIAL respecto al láser solo • Mayor velocidad de soldeo. • Aumento de las tolerancias de puesta a tope. • Aumento de la tolerancia de posición del impacto del haz respecto al plano de junta. • Influencia metalúrgica en ZAT (zona afectada térmicamente) y ZF (zona fundida) por aportación de calor.

7. Principales mercados Principales mercados objetivo: • Empalme en carrocería automóvil de chapas de acero, revestidas o no, y aleaciones de aluminio. • Soldeo continuo de tubos finos de acero inoxidable. • Soldeo de perfiles. Con EXIAL, el grupo Air Liquide le presenta una solución global para sus aplicaciones: • Un procedimiento innovador que aumenta la productividad y la versatilidad. • Un equipo complementario que se adapta a su instalación láser. • Gases LASAL específicamente puestos a punto para optimizar las prestaciones del conjunto.

8. Soldeo de capó motor Láser YAG 2 a 4 kW, para aleación de aluminio y Láser CO² 2 a 6 kW para tailored blanks Soldeo de puerta Láser CO² y YAG 2 a 6 kW Soldeo de techo sobre montante Láser CO² y YAG 2 a 6 kW Soldeo de depósito de gasolina Láser CO² y YAG 2 a 6 kW Soldeo de elementos de piso (tailored blanks) Láser CO² y YAG 2 a 6 kW Soldeo de elementos de carrocería (tailored blanks) Láser CO² y YAG 2 a 6 kW Soldeo de llanta de rueda Láser CO² y YAG 2 a 6 kW Aplicaciones de soldeo láser CO² y YAG para la chapa del automóvil

9. Láser solo EXIAL 8 7 6 5 4 3 2 1 1,2 mm 0,7 mm 0 Velocidad de soldeo(m/min) Potencia láser 3 kW Mayor velocidad en tailored blanks (planchas empalmadas) • Aumento de la velocidad de soldeo con una potencia láser equivalente o disminución de la potencia láser con iguales prestaciones.

10. EXIAL (láser CO2: 7 kW + plasma 150 A) Espesor de las chapas: 2,5 / 1,5 mm Velocidad de soldeo: 6,5 m/min Láser CO2 potencia 7 kW Espesor de las chapas: 2,5 / 1,5 mm Velocidad de soldeo: 5,5 m/min Mayor velocidad en tailored blanks (chapas empalmadas)otro ejemplo Láser EXIAL

11. Soldadura sin porosidad 1,76 1,17 ZAT ZAT Mayor velocidad en tailored blanks (chapas empalmadas)otro ejemplo • Ejemplo de aplicaciones Potencia del láser: 4,8 kW Focalización: 200 mm Corriente plasma: 150 A Velocidad de soldeo Láser: 4,4 m/min EXIAL: 7,0 m/min + 60% + 60% + 60% + 60% + 60% + 60% + 60% + 60% + 60%

12. Aumento de las tolerancias en soldeo de tailoredblanks (planchas empalmadas) (espesores de 0,6 a 2,5 mm) • Aumentar las tolerancias (mm) de: • Preparación de las piezas (puesta a tope).

13. Aumento de las tolerancias en soldeo de tailoredblanks (planchas empalmadas) (espesores de 0,6 a 2,5 mm) • Aumentar las tolerancias (mm) de: • Posicionamiento del haz.

14. 1,5 mm 0,8 mm P. Láser 8 kW (laser CO² TRUMPF) LASAL: 25 l/min VS: 10 m/min P. Láser 8 kW (láser CO² TRUMPF) LASAL: 25 l/min * Arco: 2 X 75 A VS: 10 m/min * : gas torcha + electrodo Soldeo de tailored blanks(planchas empalmadas) con holgura • Ensamblaje 1,5 / 0,8 mm Láser solo: separación a 0,25 mm EXIAL: separación a 0,55 mm

15. Formas de las penetraciones Espesor Material Energía 6 mm Acero inoxidable láser solo CO2 – 6 kW 6 mm Acero inoxidable EXIALCO2 –6 kW+ plasma 150 A

16. Con masas fijadas en la mesa de soldeo Con masas móviles 150 mm Calidad de las soldaduras reforzada gracias a las masas móviles • A alta velocidad, la calidad de la soldadura (en particular en fin de cordón) se refuerza con masas móviles integradas en la torcha EXIAL.

17. Instalación EXIAL • 1 torcha EXIAL. • 1 generador de soldeo. • 1 grupo de refrigeración. • 1 armario autómata refrigerado. • 1 pupitre de mando.

18. Fuente láser Pupitre de mando láser Generadores Arco + interfaces + autómata + pupitre Caja gas Torcha EXIAL Grupo de refrigeración Mando digital Procedimiento EXIAL Instalación EXIAL

19. Láser + arco TIG Láser + arco plasma Láser + arco MIG Versatilidad de la torcha EXIAL • Una misma torcha EXIAL para: • Láser : Nd-YAG o CO2. • Arco : plasma, TIG o MIG (cambio del portaelectrodo y de la tobera).

20. 110 mm Compacidad de la torcha EXIAL (con dispositivo de focalización del haz láser)

21. Composición de la torcha: Tobera plasma o tobera MIG. Electrodo o tubo contacto. Cross jet. Sistema anticolisión. Posibilidad de una solución torcha completa: Cabezal de focalización del haz láser, + Torcha EXIAL, + Aportación de hilo TIG o plasma. Procedimiento EXIAL arco / láser El procedimiento EXIAL se ha optimizado con gases de la gama LASAL.

22. Plataformas de ensayos EXIAL Para validar aplicaciones industriales a petición de las empresas • Plataformas con láser CO2 de 12 kW y de 4 kW en el CTAS (Centro Técnico de Aplicaciones del Soldeo). • Plataformas con láser Nd-YAG de 3 a 11 kW en la CLFA (Cooperación Láser Francoalemana). • Plataformas con láser CO2y YAG en el Instituto del Soldeo.

23. Ficha técnica Ficha técnica Actualización Soldeo láser (en resumen)

24. Por arco eléctrico. • Procedimiento de soldeo MIG. ? Para más información • Procedimiento de soldeo TIG. ? Para más información • Procedimiento de soldeo plasma. ? Para más información Láser. • Procedimientos de soldeo láser CO2 y YAG. ? Para más información EXIAL. Para más información, continuación de la presentación... • Procedimientos láser + arco. ? Procedimientos de soldeo (en resumen)