Pulsed laser butt welding of AISI 1005 steel thin plates

Abstract

La soldadura por láser pulsado es un proceso de unión que aprovecha la alta calidad de la energía láser con los precisos equipos de control. Sus características permiten unir materiales más delgados con reducida distorsión térmica sin material de aporte, satisfaciendo las necesidades de la industria. En el presente trabajo, se sometieron láminas de acero AISI 1005 de 1,7 mm de espesor a diferentes tratamientos con láser pulsado Nd:YAG para obtener muestras de soldadura sobre placa por un lado y soldaduras a tope por las dos caras. Dado que la calidad de las uniones está fuertemente influenciada por los parámetros del proceso, se adoptó una metodología de diseño experimental para definir una combinación adecuada de la potencia del rayo láser, la duración del pulso y el diámetro del foco. La técnica Box-Behnken y la metodología de superficie de respuesta asociada al análisis de defectos permitieron determinar los parámetros de soldadura adecuados. La caracterización de la microestructura reveló que las zonas de fusión fundidas se originaron por el efecto térmico de los pulsos superpuestos. Además, las mediciones de microdureza en la zona de fusión exhibieron valores más altos que el material base y la zona afectada por el calor, debido a los microconstituyentes duros desarrollados. El ensayo de tracción realizado a muestras extraídas de soldaduras láser de doble cara mostró buenos resultados de resistencia, fracturando en el material base de las uniones. El presente trabajo demuestra que la metodología de soldadura por láser pulsado es adecuada para obtener uniones de alta calidad de placas delgadas de acero.

El uso del diseño Box-Behnken asociado al método de superficie de respuesta para optimizar la composición de parámetros asociados al análisis de defectos es apropiado para comprender y definir los parámetros de soldadura, minimizando los defectos y maximizando la profundidad de penetración. La combinación optimizada fue de 4500 W de potencia máxima, 12,5 mm de diámetro del foco y 12 ms de duración del pulso. Estos parámetros produjeron un cordón de soldadura adecuado, mostrando una penetración completa y libre de imperfecciones. El análisis microestructural mostró subzonas de la FZ, resultado de los diferentes ciclos térmicos generados por los pulsos de superposición posteriores. Las zonas expuestas al punto de fusión exhibieron una microestructura similar compuesta de martensita reticular, originada por la rápida velocidad de enfriamiento. La zona sometida a temperaturas inferiores al punto de fusión presentó martensita revenida refinadas y ferrita. Los valores más altos de microdureza se midieron en la FZ de los cordones de soldadura, en buena concordancia con los componentes microestructurales descritos anteriormente. La zona expuesta a los sucesivos ciclos de fusión debido a la superposición de pulsos presentó una dureza máxima de 389 HV0,2. Los ensayos de tracción indicaron que los parámetros de soldadura produjeron una unión adecuada, alcanzando valores de resistencia máxima a la tracción similares al material base, produciéndose la fractura en el material base. Este estudio demuestra que la soldadura por láser pulsado es un método interesante para soldar placas delgadas, que produce uniones de calidad tras ajustar los parámetros de soldadura.

El presente artículo ha sido coordinado por el solicitante (J.M. Sánchez Amaya). El solicitante ha sido responsable de las siguientes actividades: conceptualización del trabajo; administración del proyecto; supervisión del conjunto de actividades experimentales; y redacción, revisión y edición del manuscrito para su publicación en la revista científica.