Processat de materials per tecnologia làser

La tecnologia làser permet concentrar altes potències en àrees molt petites. Utilitzant aquesta característica es poden aconseguir soldadures i tractaments superficials en peces aportant una menor quantitat de calor al conjunt de la peça. Això evita que es produeixin deformacions, estalviant així operacions posteriors a la soldadura o al tractament tèrmic. Els processos làser són totalment automàtics, garantint així la seva reproductibilitat.

La tècnica de soldadura làser consisteix en la unió de dues peces fonent una zona molt localitzada de les dues peces mitjançant un feix làser d'alta potència. La soldadura normalment es realitza sense aportació de material. Aquesta tècnica presenta grans avantatges respecte a altres tècniques tradicionals de soldadura.

S'aconsegueixen elevades velocitats de soldadura i cordons molt fins, tot això fa que les deformacions i les tensions creades en les peces siguin mínimes en comparació amb altres tècniques. A més la zona tèrmicament afectada és inapreciable. Mitjançant la combinació de diversos paràmetres del làser i el moviment tridimensional del robot, es poden realitzar soldadures en tot tipus de geometries.

Els materials habituals que es solden per làser són els acers al carboni amb baix contingut en carboni, acers inoxidables, titani i diverses aliatges de base níquel.

Els camps d'aplicació de la soldadura làser són molt àmplies, així els sectors com l'automoció estan incorporant aquestes tècniques de manera generalitzada. La soldadura làser és una tècnica realment competitiva quan es tracta de peces seriades, per la seva grau d'automatització, encara que és evident que qualsevol peça de precisió es pot veure beneficiada amb aquesta tècnica, ja siguin peces mecanitzades, estampades o peces de xapa fina.

Així en els darrers temps sectors com el ferroviari estan trobant aplicacions molt adequades per a aquesta tècnica. També s'està incorporant al sector naval, l'aeronàutica i l'alimentari. S'espera un ventall d'aplicacions vagin sorgint en els propers anys gràcies a aquests sectors.

El tractament tèrmic d'enduriment superficial (tremp) per làser és un procés en el qual s'utilitza l'energia d'un feix làser per produir un escalfament localitzat de la zona a tractar. L'aportació de calor es concentra a la capa superficial, romanent fred l'interior de la peça. A causa de la conducció de calor a la massa de la peça, s'aconsegueixen altes velocitats de refredament a l'aire (tremp), no és necessària la utilització de líquids refrigerants.

Aquesta tecnologia permet el tractament tant de grans peces unitàries (per exemple matrius d'estampació), com de llargues sèries de peces intermèdies o petites, en la gran majoria dels acers i foses fèrriques.

El tremp per làser és un procés net i ecològic, no es requereixen refrigerants, de manera que s'eviten oxidacions en la peça. El procés més es realitza sense contacte de cap element del sistema amb la peça. La profunditat de la capa tractada pot arribar fins a 1,5 mm. Aquesta tècnica proporciona també una important reducció enfront d'altres tècniques en la quantitat de calor aportada a la peça, de manera que es minimitzen les deformacions i la possibilitat d'aparició d'esquerdes de tremp. També es redueixen i fins i tot s'eliminen els processos de mecanitzat en dur i ajust, això fa que el tremp per làser sigui una tècnica que redueix el cost de fabricació de la peça. Tot el procés es controla mitjançant un sistema piròmetre, el que fa que sigui totalment reproduïble.

El tremp per làser s'aplica principalment en matrius i encunys per a conformat de xapa; tallants d'aquestes; tancaments en motlles d'injecció de plàstic.; Rails sotmesos a desgast, amarratges de subjecció i corredisses, engranatges i cremalleres, molls, casquets, bulons, cargols; tremps localitzats en eixos de rotació, fulles i útils de tall, utillatges de plegadores, geometries complexes amb ràdios, cants, vores, superfícies en relleu etc., peces mecanitzades i de gran precisió en general.

La tècnica de recàrrega superficial per làser consisteix en la fusió de material, aportat, generalment, en forma de pols, mitjançant l'energia subministrada per un feix làser. Aquesta aportació de material pot realitzar-se sobre tota la superfície de la peça, o bé sobre zones concretes, que hagin de ser modificades en haver patit danys, requereixin un canvi de disseny, o bé perquè es desitgi modificar alguna de les seves característiques millorant les propietats contra el desgast, la corrosió etc. La pols és injectat mitjançant un filtre coaxial on pel centre passa el feix làser i disposa de diversos punts d'injecció de la pols d'aportació a la perifèria.

Mitjançant la combinació de diversos paràmetres del làser i el moviment tridimensional d'aquest, es poden realitzar les aportacions de material seguint la geometria de la peça o zona concreta a recarregar de la mateixa.

La principal aplicació del 'làser cladding' està en la fabricació de peces d'alt valor que treballen a desgast. Aquesta tècnica permet utilitzar acers més comuns i barats en el nucli de la peça per després aplicar-li un recobriment de característiques molt millors perquè aguanti els requisits demandats. Així per exemple es poden aplicar recobriments en materials com acers d'eines, acers inoxidables d'alta duresa, aliatges amb diferents percentatges de carburs de tungstè, aliatges de tipus Stellite. Un altre camp d'aplicació és la reparació de peces d'alt valor afegit com errors en cotes de fabricació, desperfectes produïts en servei, canvis de pla en prototips, peça desgastada etc. També està l'augment de vida en servei de peces mitjançant aportació de materials d'altes prestacions, com resistents a desgast, corrosió, temperatura etc.

Aquest procés proporciona recobriments entre 0,1 i diversos mm d'altura; unió metalúrgica entre recobriment i peça amb mínima aportació de calor sobre el material base. El material d'aportació en pols és arrossegat mitjançant gas inert, de manera que hi ha absència total de corrosió a la zona tractada. El procés ocasiona el mínim dany a l'estructura original de la peça i mínima o nul deformació. En gran varietat de materials d'aportació (metàl·lics, carburs). La capa aconseguida té una densitat molt elevada, sense porus i amb estructures metal·lúrgiques fines. A més ocasiona la fusió de només una petita capa de la peça i baixa dilució del material d'aportació a la peça.

L'aplicació d'aquest procés és òptima en camps com el petroquímic i el sector naval, en eines sotmeses a desgast, en intercanviadors de calor, eixos de bombes, matrius de forja, pistons, seients de vàlvules, sens fins per extrusió; rodets de laminació; pales d'agitadors, àleps de turbines, eixos de rotació, fulles i estris de tall, perforadores, i motlles en la indústria del vidre.