Aplicación de la soldadura por láser en acero inoxidable 7

Defectos: causas y soluciones

La soldadura por láser del acero inoxidable ofrece una precisión inigualable, pero pueden producirse defectos cuando la preparación del material, los parámetros del proceso o el suministro de gas de protección no están totalmente optimizados. A diferencia de la soldadura por arco, el pequeño baño de fusión de la soldadura por láser se solidifica con extrema rapidez, por lo que incluso las interrupciones más leves en el suministro de energía o en la protección pueden provocar defectos visibles u ocultos. A continuación se ofrece un desglose detallado de los tipos de defectos más comunes, sus causas fundamentales y las medidas correctivas de eficacia probada.

Porosidad

· Causa metalúrgica: Burbujas de gas (hidrógeno, oxígeno, nitrógeno) atrapadas en el baño de fusión durante la solidificación. El hidrógeno es la causa más habitual, a menudo procedente de la humedad o de los hidrocarburos presentes en la superficie de la unión.

· Disparadores específicos para láser:

1. Desengrasado insuficiente (fluidos de corte, aceites, residuos de adhesivo).

2. Absorción de humedad procedente de entornos húmedos.

3. La turbulencia del gas de protección aspira aire del entorno.

· Correcciones:

1. Limpieza: Limpia las piezas con disolvente y sécalas inmediatamente antes de soldarlas.

2. Protección: Mantener un flujo laminar de gas; utilizar boquillas o difusores más grandes para evitar la turbulencia.

3. Ajuste de los parámetros: Reduzca ligeramente la velocidad de desplazamiento para permitir que los gases se escapen antes de la solidificación; evite una profundidad excesiva del «ojo de cerradura», ya que puede atrapar gases.

Fisuración en caliente (fisuración por solidificación)

· Causa metalúrgica: El bajo contenido en ferrita de las soldaduras totalmente austeníticas hace que las impurezas se concentren en los límites de grano durante la solidificación. Las tensiones de tracción provocadas por la contracción provocan grietas antes de que se complete la solidificación.

· Disparadores específicos para láser:

1. Las velocidades de desplazamiento muy elevadas dan lugar a una solidificación estrecha y totalmente austenítica.

2. Fijación rígida que limita la contracción.

· Correcciones:

1. Metalúrgico: Utilizar un material de aportación con mayor potencial de ferrita (por ejemplo, ER308L, ER316L) para obtener una ferrita de 3–8%.

2. Control de tensiones: Reducir la sujeción en los dispositivos de fijación; escalonar las soldaduras para distribuir las fuerzas de contracción.

3. Ajuste de parámetros: Evita velocidades muy elevadas en pendientes delicadas; ajusta el enfoque del haz para obtener un perfil de cordón ligeramente más ancho.

Falta de fusión / Penetración incompleta

· Causa metalúrgica: Fusión incompleta de las caras de la unión o de la raíz debido a una densidad de energía insuficiente o a un posicionamiento incorrecto del haz.

· Disparadores específicos para láser:

1. Haz desenfocado debido a una posición focal incorrecta.

2. Desalineación entre la viga y la línea central de la junta.

3. Velocidad de desplazamiento excesiva.

· Correcciones:

1. Óptica: Comprueba la distancia focal y la posición; comprueba que no haya suciedad en la lente.

2. Parámetros: Aumentar la potencia o reducir la velocidad de desplazamiento; reducir la amplitud de la oscilación si es excesiva.

3. Ajuste: Mejorar la preparación de las juntas y garantizar que el espacio sea inferior a 0,1 mm en las soldaduras autógenas.

Recorte inferior / Relleno inferior

· Causa metalúrgica: el metal base se funde en el talón de la soldadura sin que haya suficiente metal fundido para rellenarlo.

· Disparadores específicos para láser:

1. Una alta densidad energética combinada con un desplazamiento rápido, lo que elimina el metal de la punta.

2. Colocación descentrada de la viga.

· Correcciones:

1. Reduce la velocidad de desplazamiento o el desplazamiento del haz para mejorar la humectación.

2. Añade alambre de relleno para cubrir huecos o dar forma al cordón.

3. Ajusta el gas de protección para evitar una columna de plasma excesiva que desestabilice el baño de fusión.

Inestabilidad del «ojo de cerradura» / Salpicaduras

· Causa metalúrgica: Las fluctuaciones en la cavidad de vapor (ojo de cerradura) provocan el colapso o la expulsión del metal fundido.

· Disparadores específicos para láser:

1. Una densidad de potencia excesiva provoca una vaporización violenta.

2. La contaminación provoca una absorción desigual.

3. Una elección inadecuada del gas de protección o un caudal incorrecto que provocan una columna de gas inestable.

· Correcciones:

1. Reducir ligeramente la densidad de potencia máxima; ajustar la posición focal para garantizar la estabilidad.

2. Asegúrate de que las superficies estén libres de óxido y secas.

3. Utiliza mezclas de helio para estabilizar el «ojo de cerradura» en el modo de penetración profunda.

Decoloración y oxidación

· Causa metalúrgica: El cromo del acero inoxidable se oxida cuando el metal caliente entra en contacto con el oxígeno, formando una pátina térmica que puede reducir la resistencia a la corrosión.

· Disparadores específicos para láser:

1. Cobertura insuficiente del gas de protección durante y después de la soldadura.

2. Temperaturas entre pasadas o de enfriamiento demasiado elevadas sin protección contra el arrastre.

· Correcciones:

1. Aumentar el blindaje primario y añadir blindajes traseros para cubrir la perla de refrigeración durante 2 a 5 segundos.

2. Utiliza gas de alta pureza (>99,99%).

3. Reducir al mínimo el aporte de calor sin perder la penetración.

Distorsión excesiva

· Causa metalúrgica: El elevado coeficiente de expansión térmica del acero inoxidable amplifica incluso los cambios de temperatura más pequeños, lo que genera tensiones de contracción.

· Disparadores específicos para láser:

1. Haz de potencia excesiva para el espesor de la junta.

2. Soldaduras largas y continuas sin una secuencia equilibrada.

· Correcciones:

1. Reducir el aporte de calor ajustando la velocidad o la potencia.

2. Realizar las soldaduras en secuencia para equilibrar las tensiones.

3. Utiliza accesorios con sujeción controlada que permitan una expansión limitada sin perder la alineación.

En la soldadura por láser de acero inoxidable, la mayoría de los defectos se deben a una de estas cuatro causas fundamentales: contaminación, control deficiente del haz, aporte de calor incorrecto o protección inadecuada. La porosidad se debe a la contaminación o al atrapamiento de gas; el agrietamiento en caliente, a un control deficiente de la ferrita y a una elevada restricción; la falta de fusión, a una penetración insuficiente; el socavado, a una mala alineación del haz; la inestabilidad del «ojo de cerradura», a cavidades de vapor inestables; la decoloración, a la exposición al oxígeno; y la distorsión, al desequilibrio térmico. La solución siempre debe ser específica: eliminar la causa raíz, no solo el síntoma, abordando la preparación, los parámetros y el suministro de gas de protección.