En general, el término «sobre la marcha» se refiere a la realización de tareas de forma dinámica y en tiempo real, sin detener ni interrumpir el proceso general. En el mundo de la fabricación automatizada, la soldadura láser sobre la marcha encarna este concepto al permitir la soldadura continua mientras la pieza de trabajo o el cabezal de soldadura permanecen en movimiento.
A medida que las industrias siguen impulsando una producción más rápida e inteligente, este método de soldadura está ganando terreno en entornos de fabricación avanzados. En este artículo se explica qué es la soldadura láser sobre la marcha, cómo funciona y las principales ventajas que ofrece a los fabricantes.
¿Qué es la soldadura láser sobre la marcha (OTF)?
La soldadura sobre la marcha (OTF), también conocida como soldadura en vuelo y, en ocasiones, soldadura por escáner, es un proceso de soldadura láser automatizado que utiliza un sistema de escaneo láser para realizar soldaduras mientras el cabezal del proceso de soldadura o los componentes objetivo se mueven continuamente.
Para comprender el principio básico de la soldadura sobre la marcha, es necesario examinar primero otros métodos comunes de soldadura láser automatizada. Estos métodos pueden considerarse como enfoques de «parada y arranque» de la soldadura láser.
Alta velocidad: soldadura láser con parada y arranque con un cabezal de soldadura fijo
El método más sencillo y habitual de soldadura láser consiste en cabezales de soldadura láser fijos que dirigen el haz a una posición estacionaria directamente debajo de la óptica. Existen algunas excepciones, principalmente en el caso de los cabezales de soldadura diseñados para la «soldadura oscilante», que utilizan un campo de visión reducido para crear patrones de cordones de soldadura.
Para realizar soldaduras más grandes que el tamaño del punto del haz o para realizar una serie de soldaduras individuales, es necesario mover el cabezal de soldadura fijo o las piezas que se están soldando. Lo primero es más habitual, ya que es bastante fácil de conseguir.
Mayor velocidad: soldadura láser con parada y arranque con un cabezal de escaneo
También conocidos como escáneres y cabezales de escaneo galvo, los cabezales de escaneo láser utilizan un galvanómetro para desviar los rayos láser mediante la rotación de una serie de espejos cuidadosamente colocados. Este diseño permite que el rayo sea guiado o «escaneado» a través de un amplio campo de visión. Esto permite que la óptica de escaneo cree costuras largas, patrones de soldadura complejos y muchas soldaduras individuales, mientras que tanto el cabezal de escaneo como las piezas permanecen fijas.
La soldadura por escáner se utiliza habitualmente en aplicaciones avanzadas y de alto rendimiento, como la soldadura de baterías. Sin embargo, aunque la soldadura con un cabezal de escaneo reduce la frecuencia con la que el sistema debe detenerse, no elimina por completo la necesidad de hacerlo. Además, la soldadura en los bordes del campo de visión del cabezal de escaneo provoca sutiles distorsiones en el enfoque del haz, lo que puede causar problemas en aplicaciones de alta precisión con ventanas de proceso ajustadas.
Los retos que se plantean en los bordes del campo de visión pueden reducirse utilizando solo una pequeña parte del campo del escáner. Esto crea un punto más uniforme, pero requiere reposicionar el escáner con mayor frecuencia para cubrir el área de soldadura. Reposicionar el escáner es un proceso relativamente lento que reduce significativamente el rendimiento general.
Máxima velocidad: soldadura sobre la marcha con un cabezal de escaneo
Afortunadamente, la potencia del escaneo láser puede mejorarse aún más para permitir la creación de patrones de soldadura complejos mientras los componentes ópticos están en movimiento o las piezas se mueven por debajo de ellos. Este método reduce considerablemente la frecuencia con la que el sistema debe detenerse.
Cuando se utiliza un cabezal de escaneo láser para soldadura sobre la marcha, normalmente solo se utiliza una parte estrecha del campo de visión. En otras palabras, la óptica se mantiene principalmente directamente sobre el objetivo de soldadura, incluso cuando los elementos del sistema están en movimiento. Esto elimina prácticamente las distorsiones en las características del punto láser causadas por dirigir el haz hacia los bordes del campo de visión del escáner.
Dado que la soldadura sobre la marcha ajusta dinámicamente tanto el enfoque del rayo láser como su trayectoria, este método también permite tener en cuenta automáticamente las variaciones de altura de las piezas y las geometrías tridimensionales de las mismas sin cambiar la distancia relativa del cabezal de escaneo con respecto a la pieza.
Cómo funciona la soldadura sobre la marcha
Cuando se suelda mientras el escáner o las piezas están en movimiento, el patrón del haz creado por la óptica tiene que compensar ese movimiento. Esto requiere una integración íntima de los componentes del sistema.
Para aplicaciones de alta precisión y alto rendimiento, como la soldadura de baterías, una combinación de pórtico y escáner suele ser la opción óptima. En este ejemplo, el controlador del escáner rastrea la posición y la velocidad del escáner y compensa la trayectoria del haz para crear la forma de soldadura correcta en el lugar preciso. Mientras que las técnicas tradicionales de soldadura con escáner tienen la tarea relativamente sencilla de «dibujar» la forma deseada desde una posición fija, la soldadura sobre la marcha debe guiar el haz a lo largo de una trayectoria que difiere de la soldadura final basándose en cálculos en tiempo real.
Para ilustrar este concepto, consideremos una soldadura circular, una forma bastante común en las aplicaciones de soldadura por escáner. Como se muestra a la izquierda en la imagen superior, el software del escáner guía el haz para crear una forma circular. La soldadura final resultante que se muestra a la derecha es el círculo perfecto deseado.
Los detalles específicos sobre cómo se calculan las trayectorias y velocidades del haz dependen de diversos factores, como la velocidad, la trayectoria y la forma deseada de la soldadura final. El tipo de movimiento (pórtico, robótico o transportador) también es importante.
Ventajas de la soldadura sobre la marcha
Mayor eficiencia y rendimiento: al reducir drásticamente el número de arranques y paradas necesarios, la soldadura sobre la marcha elimina eficazmente los intervalos no productivos que, de otro modo, se dedicarían a cambiar la posición de las piezas o la óptica. En las líneas de producción que deben soldar grandes volúmenes de piezas individuales, realizar muchas soldaduras en la misma pieza o realizar muchas soldaduras largas y continuas, normalmente es posible multiplicar la productividad varias veces con la soldadura sobre la marcha.
Mayor precisión y fiabilidad: la soldadura sobre la marcha calcula y ajusta continuamente los parámetros de soldadura para tener en cuenta el movimiento continuo. Como resultado, el rayo láser se dirige con precisión mientras se mantienen las propiedades óptimas del rayo. Además, dado que el cabezal de escaneo utiliza un campo de visión limitado, los resultados de la soldadura son más consistentes y predecibles, lo que facilita mantenerse dentro de ventanas de proceso estrechas.
Flexibilidad: la soldadura sobre la marcha se puede utilizar mientras el cabezal de escaneo está en movimiento en aplicaciones en las que se deben realizar muchas soldaduras individuales en una pieza grande, como en el caso de la soldadura de barras colectoras de baterías. La soldadura OTF también se puede utilizar mientras el cabezal de escaneo permanece estacionario y se mueven muchas piezas más pequeñas por debajo, como en el caso de la soldadura de celdas de batería individuales que se desplazan a lo largo de una cinta transportadora giratoria.
Además, la soldadura sobre la marcha funciona tanto con el movimiento del sistema cartesiano y del pórtico de 3 ejes como con el movimiento del sistema robótico.
Compatibilidad con otras tecnologías de soldadura láser: la soldadura sobre la marcha se puede utilizar con otras tecnologías de soldadura láser beneficiosas que alteran las características del haz y supervisan el proceso de soldadura.
Por ejemplo, la soldadura sobre la marcha es compatible con láseres de doble haz que mejoran la calidad de la soldadura y reducen las salpicaduras. La soldadura OTF también se puede integrar con la medición directa de la soldadura láser en tiempo real, una forma de supervisión del proceso que ayuda a los fabricantes a realizar un seguimiento de las características clave de la soldadura, como la profundidad de la misma.
Las capacidades actuales de la soldadura sobre la marcha
La tecnología de soldadura sobre la marcha es ofrecida por un número limitado de proveedores de tecnología láser. Los cálculos y la programación avanzados que impulsan la soldadura sobre la marcha significan que, aunque son potentes, las capacidades y funcionalidades exactas se mantienen en secreto.
En el caso de la tecnología de soldadura sobre la marcha desarrollada por IPG Photonics, se han demostrado velocidades de soldadura de hasta 1000 soldaduras por minuto, incluso al soldar patrones más complejos, como espirales.
La tecnología de soldadura sobre la marcha IPG también es compatible de forma exclusiva con láseres AMB de doble haz monomodo y medición de soldadura en tiempo real LDD(patente en trámite).
¿Qué industrias y aplicaciones se benefician de la soldadura sobre la marcha?
La soldadura sobre la marcha es una tecnología relativamente nueva, pero ofrece importantes ventajas en términos de productividad, calidad y fiabilidad para una gran variedad de industrias y aplicaciones.
Soldadura de vehículos eléctricos y baterías: utilizada por algunos de los mayores fabricantes de vehículos eléctricos del mundo, la soldadura OTF es la solución ideal para los exigentes requisitos de rendimiento y precisión de la industria de la movilidad eléctrica y las baterías.
La soldadura sobre la marcha, especialmente en combinación con tecnologías de doble haz y medición de soldadura en tiempo real, es un potente método de soldadura para aplicaciones como la soldadura de celdas de batería a barras colectoras, la soldadura de tapas a latas de celdas de batería, la soldadura de placas frías de batería y la soldadura de placas bipolares para pilas de combustible.
Automoción: aunque está relacionada con la industria de los vehículos eléctricos, la industria automovilística en su conjunto también se beneficia de las mejoras en la capacidad de producción que ofrece la soldadura sobre la marcha. La soldadura OTF es muy adecuada para la soldadura de componentes de chapa metálica en la carrocería en bruto. La soldadura OTF también es prometedora para soldar otras piezas de automoción utilizadas en motores y transmisiones de vehículos.
Aeroespacial: muchas de las ventajas que ofrece la soldadura OTF pueden aplicarse a la amplia variedad de soldaduras que se requieren en la industria aeroespacial. Al igual que en la industria de la movilidad eléctrica, la industria aeroespacial suele exigir un alto rendimiento y una gran precisión.
Fabricación general: como método de soldadura flexible utilizado tanto para microsoldadura como para soldadura estructural, la soldadura sobre la marcha es ideal para muchas aplicaciones generales que se benefician de una mayor productividad.
Introducción a la soldadura sobre la marcha
La tecnología de soldadura sobre la marcha IPG es un componente clave utilizado en soluciones de soldadura láser de alta productividad. ¿Le interesa saber más sobre cómo la soldadura sobre la marcha puede beneficiar a su aplicación?
Empezar es fácil: envíenos algunas piezas de muestra, visite uno de nuestros laboratorios de aplicaciones globales o simplemente cuéntenos cuál es su aplicación.
