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Zona Afectada por el Calor (HAZ) en corte por láser para el sector aeroespacial

11-nov-2024 9:38:36

En la industria aeroespacial y aeronáutica, las máquinas de corte por láser de fibra han revolucionado las técnicas de corte y ahora compiten directamente con los métodos de corte no térmicos, ofreciendo cortes de alta calidad con una zona afectada por el calor (HAZ) mínima. Estas modernas máquinas, de hecho, reducen drásticamente la fragilidad de los materiales y ofrecen una velocidad de proceso que supera ampliamente la de otras tecnologías no térmicas.

Máquina láser de 5 ejes para fabricación aeroespacial

En el sector aeroespacial, la tecnología nunca deja de evolucionar, superando constantemente los límites de la imaginación para hacer posible lo que antes parecía impracticable. Los sectores aeroespacial y aeronáutico exigen estándares de calidad estrictos, haciendo del desarrollo tecnológico un desafío perpetuo en la búsqueda de soluciones para la producción de sus componentes.

Esta tecnología sigue avanzando gracias a los constantes avances de la ciencia, la ingeniería y la creatividad humana. En el corazón de esta revolución tecnológica está la creación de aleaciones especiales, construidas a partir de elementos fundamentales como aluminio, cromo, acero, carbono, titanio, níquel y cobalto.

El corte por láser alejó a la industria aeroespacial del mecanizado por arranque de virutas, pero inicialmente el uso del corte por láser era limitado y exigía costes importantes tanto en términos económicos como de productividad.

El uso de láseres para cortar metales para la industria aeronáutica y aeroespacial alguna vez se consideró un sueño inalcanzable, pero hoy representa un factor determinante para garantizar repetibilidad, precisión y calidad, reducir al mínimo los desperdicios, optimizar los flujos de trabajo y reducir costos.

La reducción de la Zona Afectada por el Calor (HAZ) en la producción aeroespacial representa uno de los pilares de esta revolución tecnológica. De hecho, los avances tecnológicos han permitido al corte por láser entrar en un mundo que antes estaba totalmente dominado por tecnologías de corte no térmicas, ofreciendo calidad de corte y una Zona Afectada Térmicamente (HAZ) extremadamente reducida.

En este artículo brindaremos una descripción general de las metodologías y técnicas utilizadas para cortar componentes aeroespaciales de aluminio, titanio, níquel y otras aleaciones especiales, con el objetivo de minimizar la zona afectada por el calor (HAZ).

 

Zona Termicamente Alterata (HAZ) nel taglio laser per il settore aerospaziale

 

 

¿Qué causa la zona afectada por el calor (HAZ) en componentes cortados con láser?

La Zona Afectada por Calor (HAZ) se genera en todas las partes mecánicas procesadas con métodos de corte térmico. No nos referimos sólo a tecnologías muy conocidas por su impacto térmico en materiales como el corte por plasma y el oxicorte; Incluso métodos mucho más "discretos", como el mecanizado por descarga eléctrica (EDM), pueden generar una región fina de material alterado, inaceptable para aplicaciones aeroespaciales.

La Zona Térmicamente Alterada (HAZ) es la región del material, que rodea el área sujeta a corte, cuya estructura cristalina se ve alterada por la energía térmica disipada por el mecanizado. La presencia de esta región hace que el borde cortado sea más frágil y susceptible a la fractura, afectando negativamente la resistencia a la fatiga del componente.

Por tanto, resulta imposible estimar la vida útil de la pieza.
En el corte por láser, los factores que amplifican esta zona en componentes aeroespaciales dependen de una correlación entre el material, la fuente del láser, las características tecnológicas y el gas auxiliar.

Como resultado, siempre se requiere un proceso secundario para eliminar mecánicamente el material desgastado, lo que genera mayores costos de mano de obra que varían según el espesor del material a eliminar. Esto, junto con las normas de seguridad para el sector aeroespacial, ha puesto un límite a los avances tecnológicos.

 

 

Fuente láser

Las aleaciones de aluminio se encuentran desde hace mucho tiempo entre los metales más utilizados para componentes aeroespaciales, gracias a la resistencia mecánica, ligereza, resistencia a la corrosión y a los rayos UV.

Al principio, los láseres industriales estaban equipados principalmente con fuentes láser de CO2 . El bajo coeficiente de absorción del aluminio para la longitud de onda de las fuentes láser de CO2 combinado con la limitada potencia emitida con esta tecnología hizo que el corte por láser fuera inutilizable en este sector.

Sólo con la llegada de los modernos láseres de fibra las cosas cambiaron radicalmente.

SDescubra más sobre la historia del láser

 

Las fuentes modernas de láser de fibra tienen una longitud de onda más adecuada para aleaciones de aluminio. Esto da como resultado menos energía reflejada y un corte más eficiente y efectivo.

Además, gracias al modo de funcionamiento pulsado, los láseres de fibra pueden mitigar la alta conductividad térmica del aluminio, minimizando así la transferencia de calor a las zonas cercanas.

Es por esto que este tipo de sistema representa la solución ideal para cortar aleaciones de aluminio, reduciendo significativamente la Zona Afectada por el Calor (HAZ) y al mismo tiempo mejorando la precisión y calidad del corte.

 

Corte por láser de un componente embutidoCorte por láser de un componente embutido.

 

 

Calidad y concentración del rayo láser

Otro factor clave para reducir la zona afectada por el calor es propio la calidad del rayo láser. Por calidad nos referimos a la precisión con la que se concentra la potencia del láser alrededor de su eje central. Idealmente, esta concentración debería parecerse a una distribución gaussiana, que asegura una irradiación constante en todo el haz. Cuanto más se acerque la distribución de energía a esta forma ideal, mejor será la calidad del haz, lo que conducirá a un rendimiento de corte superior.

Las modernas fuentes láser de fibra, como la utilizada en el sistema de corte por láser de 5 ejes LT-FREE, con potencias que van de 2 a 5 kW, se caracterizan por una excelente calidad del rayo láser, con un Beam Parameter Product (BPP - parámetro del haz producto) muy bajo, lo que garantiza un excelente rendimiento de corte.

Para optimizar aún más la distribución de la energía láser, se utilizan sistemas avanzados de enfoque automático. Estos sistemas son capaces de ajustar automáticamente el enfoque del rayo láser en función del espesor y material del componente a cortar.

Innovaciones como Active Focus, función presente en las máquinas de corte láser de 5 ejes de BLM GROUP, son fundamentales para obtener cortes precisos en componentes producidos por extrusión, fundición a presión y plegado, reduciendo significativamente la Zona Afectada por el Calor.

 

 

Gas auxiliar

La decisión sobre el gas auxiliar juega un papel crucial en la contención y reducción de la zona afectada por el calor (HAZ). El uso de oxígeno como gas auxiliar aumenta significativamente el calor generado durante el proceso de corte. De hecho, cuando el oxígeno entra en contacto con un metal a alta temperatura, se desencadena una reacción de oxidación altamente exotérmica, que contribuye a la licuefacción del material.

Al cortar componentes aeroespaciales fabricados con aleaciones de titanio y níquel, esta reacción sería extremadamente intensa y capaz de deteriorar fuertemente la calidad del corte, provocando una gran zona afectada por el calor, caracterizada por la contaminación de óxidos dentro de la estructura cristalina.

En estos casos es imprescindible el uso de gases inertes como el nitrógeno o el argón. Estos gases no provocan reacciones de oxidación, manteniendo la calidad del borde de corte y reduciendo significativamente la Zona Afectada por el Calor.

Una alternativa reciente es el uso de aire comprimido como gas auxiliar en el corte por láser. Este método no sólo mitiga la reacción de oxidación, sino que también ofrece una solución económica al explotar el gas más abundante en la naturaleza.

LT-FREE puede equiparse con un dispositivo que le permite cortar en aire comprimido llamado Active Air Cutting. Esta solución ampliable mejora la eficiencia y la calidad del mecanizado y puede adaptarse a varios niveles de autonomía en el proceso de corte. Además, LT-FREE está equipado con varias líneas de gas de asistencia y, mediante un sistema automático, selecciona de forma independiente el gas necesario.

 

Manguera de combustible para el sector aeronáuticoManguera de combustible para el sector aeronáutico.

 

 

Máquinas de corte por láser de 5 ejes para la fabricación aeroespacial

En los párrafos anteriores examinamos cómo los avances tecnológicos en el campo del corte por láser han consolidado el papel de esta tecnología como pilar fundamental para la producción aeroespacial y aeronáutica de última generación.

A medida que avanzaba la tecnología del láser de fibra, la complejidad de los perfiles delgados en la industria aeroespacial hizo necesario desarrollar soluciones de corte por láser 3D, en las que el cabezal de corte fuera capaz de girar libremente alrededor de estos objetos tridimensionales. Con el desarrollo de la tecnología de corte por láser de 5 ejes, se ha completado el puzzle.

Como se ha destacado anteriormente, el sistema de corte por láser de fibra de 5 ejes LT-FREE es una solución óptima para la producción en el sector aeroespacial, eficaz tanto en la reducción de la HAZ, como en el procesamiento de cualquier pieza tridimensional como lámina prensada, embutición profunda, tubos curvados, piezas hidroformadas y elementos fundidos a presión.

En una industria en constante evolución, LT-FREE satisface las crecientes necesidades de automatización y productividad y es un elemento esencial para la fabricación aeroespacial moderna.

 

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