La soldadura láser es un método de soldadura de alta densidad de energía caracterizado por una entrada de calor concentrada, costuras de soldadura estrechas y baja deformación, y se utiliza ampliamente en las industrias de procesamiento de metales. Durante la soldadura, si el área de soldadura está expuesta al oxígeno o a gases oxidantes, puede ocurrir oxidación, lo que resulta en superficies de soldadura negras, amarillas, azules o de color óxido, lo que afecta negativamente el rendimiento mecánico y la calidad de la apariencia. Este artículo analiza las principales causas de la oxidación de la soldadura desde las perspectivas de las características del material, los factores ambientales, el blindaje de gas y los parámetros del proceso.
1. Mecanismo básico de la oxidación de la soldadura
La oxidación de la soldadura ocurre cuando el metal a alta temperatura reacciona con el oxígeno o los gases oxidantes. La temperatura de la zona de soldadura láser puede alcanzar los 1000℃–3000℃, y el baño de fusión y la zona afectada por el calor permanecen en un estado térmicamente activado, lo que aumenta la tendencia del oxígeno a penetrar y formar capas de óxido. Las reacciones de oxidación comunes incluyen:
Metal + O₂ → Óxido metálico
Oxidación preferencial de elementos de aleación (por ejemplo, Cr, Mn, Ti, Al)
Por lo tanto, el grado de oxidación está estrechamente relacionado con la temperatura, la composición del material y la concentración de oxígeno.
2. Causas principales de la oxidación de la soldadura
(1) Blindaje de gas insuficiente
Esta es la causa más común de oxidación durante la soldadura láser y normalmente implica:
Flujo de gas insuficiente, lo que resulta en un aislamiento incompleto del oxígeno
Ángulo de boquilla incorrecto que causa una cobertura incompleta
Tipos de gas inapropiados (por ejemplo, el nitrógeno es menos inerte que el argón)
Deficiencias en el difusor de gas o la estructura de blindaje
La efectividad general anti-oxidación de los gases de blindaje es aproximadamente:
Argón ＞ Helio ＞ Nitrógeno ＞ Sin blindaje
Si el blindaje es insuficiente, el baño de fusión queda expuesto al aire durante el enfriamiento, lo que aumenta la oxidación.
(2) Alta concentración de oxígeno en el entorno de soldadura
Si el entorno de soldadura contiene un exceso de oxígeno debido a una mala ventilación o baja pureza del gas, la efectividad del blindaje disminuye. Las condiciones comunes incluyen:
Gas de blindaje de baja pureza con exceso de contenido de oxígeno
Flujo de aire ambiental que introduce oxígeno en la zona de soldadura
Fuga en la línea de gas que introduce aire
Por ejemplo, si la pureza del argón industrial es inferior al 99,99%, la oxidación de la soldadura puede aumentar significativamente.
(3) Materiales con alta tendencia a la oxidación
Diferentes materiales exhiben diferente reactividad química. Los metales que contienen los siguientes elementos son más propensos a la oxidación:
Cr, Mn, Si, Al, Ti y otros elementos activos
Acero con alto contenido de manganeso, acero inoxidable, aleaciones de titanio y aleaciones de magnesio
Ejemplos:
El acero inoxidable contiene cromo, que forma óxido de cromo por encima de 600℃, lo que provoca decoloración.
Las aleaciones de titanio reaccionan con el oxígeno por encima de 400℃, lo que provoca decoloración y fragilización de la soldadura.
Por lo tanto, las características del material juegan un papel fundamental en el comportamiento de la oxidación.
(4) Entrada de calor láser excesiva
La entrada de calor determina la temperatura y la duración del baño de fusión. La entrada de calor excesiva causa:
Temperaturas más altas del baño de fusión e intensificación de la oxidación
Tiempos de enfriamiento más largos, lo que aumenta las ventanas de exposición a la oxidación
La decoloración de la soldadura resultante a menudo sigue una secuencia como:
Oro → Azul → Púrpura → Gris/Negro
Los colores más oscuros generalmente indican niveles de oxidación más altos.
(5) Baja velocidad de soldadura
La velocidad de soldadura es inversamente proporcional al tiempo de exposición del baño de fusión:
Velocidad lenta → Mayor exposición → Mayor oxidación
Velocidad rápida → Menor exposición → Reducción de la oxidación
La decoloración por oxidación es especialmente común en la soldadura de láminas delgadas a bajas velocidades de desplazamiento.
(6) Falta de blindaje posterior a la soldadura
Algunos materiales requieren blindaje posterior a la soldadura durante el enfriamiento; de lo contrario, puede ocurrir oxidación mientras el material permanece caliente. Los casos típicos incluyen:
Aleaciones de titanio, que requieren blindaje de gas de arrastre
Tubería de acero inoxidable, que requiere blindaje interno (purga posterior con argón)
Un blindaje posterior insuficiente resulta en decoloración térmica visible y capas de óxido.
3. Efectos de la oxidación de la soldadura
La oxidación de la soldadura afecta no solo la apariencia, sino que también puede causar:
Resistencia a la corrosión reducida (la oxidación del cromo disminuye la pasivación del acero inoxidable)
Ductilidad y tenacidad reducidas (por ejemplo, fragilización del titanio)
Mayor sensibilidad a las grietas
Rendimiento a la fatiga reducido
Mayores requisitos de posprocesamiento (decapado con ácido o eliminación mecánica)
Por lo tanto, las industrias con altos requisitos de calidad de soldadura deben controlar los niveles de oxidación.
La oxidación de la soldadura durante la soldadura láser es causada principalmente por un blindaje insuficiente, la tendencia a la oxidación del material, los altos niveles de oxígeno ambiental, la alta entrada de calor y las velocidades de soldadura inadecuadas. Para reducir la oxidación, las estrategias de blindaje de gas, los parámetros del proceso, el diseño del equipo y las condiciones ambientales deben optimizarse en combinación.