¿Qué es la soldadura por conducción y la soldadura de ojo de cerradura?

La soldadura por conducción utiliza un láser para fundir la superficie del metal y crear una soldadura poco profunda y ancha. La soldadura por ojo de cerradura (keyhole welding), por otro lado, utiliza láseres de mayor energía para crear soldaduras profundas y estrechas creando pequeños orificios en el metal. Ambos métodos entran en la categoría de soldadura láser, que se utiliza ampliamente en aplicaciones aeroespaciales, médicas, energéticas e industriales, ayudando a muchas industrias a unir metales. También se utilizan en la fabricación de productos electrónicos y semiconductores.

Modos de soldadura láser

La soldadura láser permite unir metales con gran precisión. Un rayo láser enfocado funde y une superficies metálicas. Hay dos formas principales de hacerlo: soldadura por conducción y soldadura por ojo de cerradura (keyhole welding). Cada forma cambia el aspecto y la profundidad de la soldadura.

Soldadura por conducción

La soldadura por conducción es buena para soldaduras lisas y poco profundas. El láser calienta la parte superior del metal. El calor se extiende a través del metal. Esto crea una soldadura ancha que no es muy profunda. Normalmente se utiliza para soldar piezas finas o piezas donde se desea una soldadura estéticamente agradable.

Aquí hay una tabla que compara la soldadura por conducción y la soldadura por ojo de cerradura:

Modo de soldadura	Densidad energética (MW/cm²)	Características
Soldadura por conducción	~0.5	Soldadura poco profunda y ancha, el calor se propaga por conducción, buena para soldaduras estéticas.

Soldadura por ojo de cerradura

La soldadura por ojo de cerradura utiliza mucha más energía. El láser es tan potente que hace un pequeño agujero en el metal. Esto ayuda a hacer soldaduras profundas y estrechas. Adecuado para metales gruesos o situaciones que requieran una soldadura fuerte.

Soldadura por ojo de cerradura:

Modo de soldadura	Densidad energética (MW/cm²)	Características
Soldadura por ojo de cerradura	>1.5	Soldaduras profundas y estrechas, soldadura rápida, crea un ojo de cerradura para un mejor uso del láser.

Cómo se produce la transición entre los modos

Se puede pasar de la soldadura por conducción a la soldadura por ojo de cerradura cambiando los ajustes del láser. El cambio no ocurre en un punto exacto. Depende de muchas cosas:

• La densidad de potencia cambia la profundidad del láser.
• El diámetro del haz cambia cómo se dispersa la energía.
• La velocidad de escaneo cambia la rapidez con que se mueve el calor.
• La presión de retroceso empuja el metal fundido y ayuda a crear el ojo de cerradura.
• La dinámica del flujo de fusión ayuda a dar forma al agujero y a la soldadura.
• La estabilidad del ojo de cerradura depende del tamaño del agujero y de la estabilidad del láser.

Puedes cambiar estas cosas para conseguir la soldadura que deseas. La soldadura láser te permite elegir la mejor manera para tu proyecto.

Detalles de la soldadura por conducción

Cómo funciona

La soldadura por conducción utiliza un láser para unir metales. El láser calienta la parte superior del metal. El calor se propaga hacia el interior del metal. Solo se funde una capa fina. El charco de soldadura se calienta mucho, cerca del punto de fusión. Por ejemplo:

• Los aceros al carbono se funden a unos 2500 °F.
• La mayoría de los charcos de soldadura alcanzan alrededor de 2000 °F.
• La temperatura cambia con el metal y los ajustes del láser.

Puede cambiar la profundidad y el ancho de la soldadura. Esto se hace cambiando la potencia del láser y el tiempo de uso. Se utiliza menos potencia que en la soldadura por ojo de cerradura. El láser no atraviesa el metal. Realiza una soldadura lisa y poco profunda.

Características

La soldadura por conducción produce una soldadura más ancha que profunda. El cordón de soldadura tiene un aspecto liso y plano. Este tipo es bueno para materiales finos o soldaduras de buen aspecto. Aquí hay una tabla con la profundidad y el ancho de la soldadura para acero inoxidable:

Profundidad de la soldadura (mm)	Ancho de la soldadura (mm)
0.25	0.1
0.33	0.115
0.194	0.09
Profundidad promedio	0.2 - 0.3
Ancho mínimo	< 0.075

Se observa que la soldadura por conducción produce una soldadura poco profunda. La soldadura suele ser más ancha que profunda. Esto ayuda a evitar perforar el metal delgado.

Puedes elegir diferentes láseres y potencias para distintos metales y grosores. Aquí tienes una tabla para ayudarte a elegir:

Material	Rango de espesor	Potencia láser recomendada	Aplicaciones comunes
Acero al carbono	Hasta 2mm	1000W	Automoción, Construcción
Hasta 8mm	2000W	Automoción, Construcción
Acero inoxidable	Hasta 2mm	1000W	Procesamiento de alimentos, Dispositivos médicos
Hasta 5mm	1500W	Procesamiento de alimentos, Dispositivos médicos
Hasta 8mm	2000W	Procesamiento de alimentos, Dispositivos médicos
Aluminio	Hasta 2mm	1000W a 1500W	Aeroespacial, Transporte
Hasta 3.5mm	2000W	Aeroespacial, Transporte
Hasta 5mm	3000W	Aeroespacial, Transporte
Cobre	Hasta 1mm	1000W	Electricidad, Fontanería
Hasta 3mm	2000W	Electricidad, Fontanería
Titanio	Hasta 2mm	1000W	Aeroespacial, Médico
Hasta 5mm	2000W	Aeroespacial, Médico
Materiales delgados	0.3mm a 1mm	300W a 1000W	Soldadura general
1mm a 2mm	1000W	Soldadura general
Espesor medio	2mm a 5mm	1000W a 1500W	Soldadura general
Materiales gruesos	5mm a 8mm	2000W a 3000W	Soldadura general
Más de 8mm	Técnicas avanzadas	Soldadura general

También puedes consultar un gráfico de ajustes de potencia del láser para diferentes metales y grosores:

Aplicaciones

La soldadura por conducción se utiliza en muchas industrias. Funciona mejor para piezas delgadas y cuando se desea un buen acabado. Aquí hay algunos usos comunes:

Área de aplicación	Descripción
Unión de materiales delgados	Se utiliza para unir láminas con bajo espesor de material, lo que garantiza una soldadura rápida y de baja distorsión.
Carcasas de dispositivos	Soldaduras en las esquinas de superficies visibles de carcasas de dispositivos, lo que proporciona beneficios estéticos y funcionales.
Electrónica	Aplicaciones en electrónica donde las costuras lisas y sin poros son esenciales.

A menudo se utiliza la soldadura por conducción para el cobre y el aluminio. Estos metales se utilizan en electrónica porque conducen bien la electricidad. También se encuentra la soldadura por conducción en la industria aeroespacial, dispositivos médicos y procesamiento de alimentos. Se pueden unir láminas delgadas rápidamente y con poca deformación.

Pros y contras

La soldadura por conducción tiene muchas ventajas, pero también algunas limitaciones. Aquí un breve resumen:

Aspecto	Soldadura por Conducción	Soldadura por Ojo de Cerradura
Penetración de la soldadura	Típicamente más ancha que profunda, controlada por la duración del pulso	Penetración más profunda
Control de entrada de calor	Control preciso de la entrada de calor, minimiza la distorsión	Menos control sobre la entrada de calor
Calidad de la soldadura	Mejora la calidad general y reduce los defectos	Mayor riesgo de defectos
Tipo de proceso	Utiliza soldadura láser pulsada para una fusión controlada	Láser de onda continua para soldaduras profundas

Puedes controlar muy bien el calor. Esto significa menos deformaciones y una soldadura de mejor aspecto. El proceso reduce la posibilidad de burbujas de gas y otros problemas. A menudo no se necesita un trabajo de acabado adicional. Las soldaduras tienen un aspecto liso y limpio.

• Puedes controlar bien la forma de la soldadura.
• Puedes unir piezas delgadas y delicadas.
• Reduces la posibilidad de problemas como burbujas o grietas.
• Ahorras tiempo en el acabado.

Pero la soldadura por conducción no funciona bien para metales gruesos. La soldadura no penetra profundamente. Si necesita una soldadura fuerte y profunda, utilice soldadura por agujero de cerradura.

Detalles de la soldadura por agujero de cerradura

Cómo funciona

La soldadura por agujero de cerradura utiliza un láser potente para fundir y vaporizar metal. El rayo láser se enfoca en un punto pequeño. Esto crea un orificio diminuto, llamado agujero de cerradura, en el metal. El agujero de cerradura permite que la energía láser penetre profundamente en el material. Se obtiene una soldadura que es mucho más profunda que ancha.

• La temperatura cerca de la pared del agujero de cerradura puede alcanzar aproximadamente 3000 K (aproximadamente 4920 °F). A veces, incluso supera el punto de vaporización del metal.
• La presión dentro del agujero de cerradura es muy alta. Esta presión ayuda a mantener el orificio abierto mientras el láser se mueve a lo largo de la unión.
• La potencia del láser y la velocidad a la que se mueve el láser cambian la forma en que se forma el agujero de cerradura y la profundidad de la soldadura.

La cavidad de vapor, o agujero de cerradura, es el secreto de la penetración profunda. La energía láser golpea primero la pared frontal del agujero de cerradura. Esto hace que el metal se funda y se vaporice rápidamente. El metal fundido fluye alrededor del agujero de cerradura debido a la tensión superficial. El tamaño del agujero de cerradura cambia a medida que la presión interna sube y baja.

Hallazgos clave	Descripción
Formación del agujero de cerradura	La profundidad del agujero de cerradura depende de la cantidad de energía láser que golpea la pared frontal.
Dinámica de la piscina de fusión	La tensión superficial mueve el metal fundido alrededor del agujero de cerradura.
Presión y energía	Los cambios de presión dentro del agujero de cerradura afectan su tamaño y la calidad de la soldadura.

Características

La soldadura por agujero de cerradura le proporciona una soldadura profunda y estrecha. La relación de aspecto, que es la profundidad en comparación con el ancho, generalmente oscila entre 0,5 y 2,5. Esto depende de la velocidad a la que mueva el láser y de la potencia que utilice.

• Puede soldar materiales gruesos, a veces hasta 25 mm.
• El cordón de soldadura es estrecho y penetra profundamente en el metal.
• Obtendrá uniones fuertes que pueden soportar mucho estrés.

Puede que vea algunos problemas si el agujero de cerradura no es estable. Si el agujero de cerradura se tambalea o se cierra demasiado rápido, pueden quedar atrapadas burbujas de gas. Estas burbujas se convierten en poros, que son pequeños orificios dentro de la soldadura. Los poros pueden debilitar la soldadura.

• La porosidades un gran problema en la soldadura láser de alta potencia. Puede disminuir la resistencia de la soldadura.
• Si el agujero de cerradura no es estable, puede obtener más poros.
• El tipo de gas de protección es importante. El Argónpuede permitir que se formen burbujas, pero el nitrógeno ayuda a mantener estable el agujero de cerradura y reduce los poros.

Aplicaciones

Puede utilizar la soldadura por agujero de cerradura para muchos trabajos que requieren soldaduras fuertes y profundas. Este método funciona mejor para metales gruesos y piezas que deben soportar tensiones.

Tipo de material	Rango de espesor
Acero inoxidable	Hasta 12mm
Aleaciones de titanio	Hasta 16mm

Estas son algunas de las aplicaciones comunes de la soldadura por agujero de cerradura:

Sector	Descripción de la aplicación
Dispositivos médicos	Se utiliza para dispositivos implantables y herramientas quirúrgicas. Mantiene el calor bajo para proteger el metal.
Energía	Se utiliza en tuberías y centrales eléctricas. Permite realizar uniones fuertes para sistemas bajo presión.
Electrónica	Se utiliza para piezas pequeñas y sellos. Mantiene bajo el daño por calor y realiza uniones herméticas.

También encontrará la soldadura por agujero de cerradura en la industria aeroespacial, naval y automotriz. Le ayuda a unir placas gruesas y a fabricar piezas que deben durar mucho tiempo.

Pros y contras

La soldadura por agujero de cerradura le ofrece muchos beneficios, pero debe conocer los riesgos.

Ventajas:

• Puede soldar materiales gruesos con gran penetración.
• Las soldaduras son fuertes y estrechas.
• Puede utilizar este método para piezas estructurales y de alta resistencia.
• El proceso funciona bien para sistemas automatizados.

Contras:

• Solo se puede usar en posiciones planas, horizontales o verticales ascendentes.
• El proceso es sensible a los cambios en la configuración.
• Necesita equipo automatizado para obtener los mejores resultados.
• Si el ojo de la cerradura no es estable, pueden aparecer poros que debiliten la soldadura.

Comparación

Diferencias de proceso

La soldadura por conducción y la soldadura por agujero de cerradura funcionan de diferentes maneras. La soldadura por conducción calienta solo la parte superior del metal. El láser funde una capa delgada, por lo que la soldadura es poco profunda. La soldadura por agujero de cerradura utiliza mucha más energía. El láser funde y convierte el metal en vapor. Esto crea un agujero profundo llamado agujero de cerradura. El agujero de cerradura permite soldar más profundamente en el metal.

Aquí hay una tabla que muestra cómo las formas del cordón de soldadura y los perfiles de penetración no son los mismos:

Método de soldadura	Forma del cordón de soldadura	Perfil de penetración
Soldadura por agujero de cerradura	Estrecho, alta relación de aspecto	Cavidad cilíndrica profunda
Soldadura por conducción	Cordones de soldadura más anchos	Penetración superficial

Las velocidades de soldadura y la profundidad de la soldadura también son diferentes:

Modo de soldadura	Profundidad de penetración	Velocidad de soldadura
Modo de conducción	Superficial	Menor
Modo de agujero de cerradura	Profundo	Mayor

Resultados y aplicaciones

La soldadura por conducción produce un cordón de soldadura redondo. Funciona mejor para metales delgados y piezas pequeñas. Se obtiene un aspecto suave y menos deformación. La soldadura por ojo de cerradura produce una soldadura profunda y delgada. Estas soldaduras son fuertes y pueden soportar mucha fuerza.

• En la soldadura por conducción, el láser calienta la superficie, pero no la hierve. La soldadura es superficial.
• En la soldadura por ojo de cerradura, el láser hierve el metal. Esto forma un ojo de cerradura y una soldadura más profunda.
• Las soldaduras por ojo de cerradura pueden ser casi cinco veces más fuertes que las soldaduras por conducción.
• Una soldadura por ojo de cerradura puede alcanzar una resistencia a la tracción de 187,86 MPa y estirarse un 24,76 %.

En las fábricas de automóviles, la soldadura por conducción une superficies con poca profundidad. La soldadura por ojo de cerradura se utiliza en líneas de producción, como la fabricación de conexiones de baterías para coches eléctricos.

Tipo de soldadura	Características	Casos de uso típicos
Soldadura por conducción	Une materiales en la superficie; método más suave	Unión de superficies, piezas delgadas
Soldadura por agujero de cerradura	Penetra profundamente; método más rápido	Conexiones de batería, piezas gruesas, líneas de producción

Elección de un método

Debe considerar algunos aspectos antes de elegir un método de soldadura. El grosor del metal es importante. La soldadura por conducción es mejor para placas de menos de 1 mm de grosor. La soldadura por agujero de cerradura funciona mejor para placas de más de 3 mm de grosor. La forma en que se realiza la unión también importa. La soldadura por conducción es buena para uniones superpuestas o a tope con pequeños espacios. La soldadura por agujero de cerradura puede manejar espacios más grandes o formas complicadas.

Factor	Soldadura por Conducción	Soldadura por Ojo de Cerradura
Espesor del Metal	Mejor para placas de menos de 1 mm	Adecuado para placas de más de 3 mm
Diseño de la Junta	Funciona bien con pequeños espacios	Mejor para grandes espacios o diseños complejos
Requisitos de la Aplicación	Baja distorsión, acabado suave	Soldaduras fuertes y profundas para trabajos de alta tensión
Condiciones de la Superficie	Tolerante a irregularidades	Sensible a contaminantes e irregularidades

Ambos métodos requieren un buen ajuste y preparación de la unión. Hay que tener mucho cuidado con la posición, especialmente en las uniones a tope. La soldadura por conducción es ideal para piezas pequeñas y delicadas y cuando se desea un daño térmico mínimo. La soldadura por agujero de cerradura es mejor para soldaduras profundas y fuertes. Elija siempre el método que se adapte a su proyecto.

Ahora comprende las diferencias entre la soldadura por conducción y la soldadura por agujero de cerradura. La siguiente tabla explica lo que sucede con cada método:

Modo de soldadura	Umbral de potencia láser	Efecto resultante
Soldadura por conducción	0,5 MW/cm2	Soldaduras menos profundas, pero de forma más ancha
Soldadura por agujero de cerradura	1,5 MW/cm2	Soldaduras más profundas, pero más estrechas

Utilice la soldadura por conducción cuando tenga piezas delgadas o necesite unir piezas pequeñas, como en electrónica o herramientas médicas. Elija la soldadura por agujero de cerradura para metales gruesos y resistentes, como en automóviles o aviones.