Soldadura láser o soldadura TIG: ¿qué procedimiento se adapta al trabajo del metal?

Esta comparativa repasa los puntos que en la práctica deciden la elección: aporte de calor y deformación, aspecto del cordón, velocidad, separación de la junta y preparación de la unión, materiales, aprendizaje y seguridad laboral.

Este artículo no sustituye una evaluación de riesgos, un asesoramiento jurídico ni una valoración técnica de soldadura de la pieza concreta.

Dos fuentes de calor, dos formas de trabajar

En la soldadura TIG, la corriente se aporta a través de un electrodo de wolframio que no se funde; se suelda bajo gas de protección. El material de aportación se añade por separado. EWM destaca que, de este modo, la adición del material de aportación y la intensidad de corriente están desacopladas.

En la soldadura láser manual, un láser de fibra concentra su radiación en el infrarrojo cercano en un pequeño punto focal. Para los equipos manuales que utiliza él mismo, el ifw Jena indica diámetros de foco de entre 50 y 150 µm. Las piezas de mano modernas hacen oscilar el haz transversalmente al cordón, según el ifw hasta 7 mm de ancho, y aportan hilo.

De ello se deriva un estilo de trabajo distinto. En la soldadura TIG, la mano controla el calor y el material de aportación. En el láser, según la valoración del ifw, la técnica asume una parte de ello, y la alimentación de hilo marca la velocidad.

Aporte de calor y deformación

El Fraunhofer ILT describe la soldadura por haz láser de materiales metálicos como un procedimiento que se caracteriza «en particular por un aporte de calor reducido y controlado en la pieza». El ifw Jena resume brevemente el efecto práctico para los equipos manuales: soldar más rápido, enderezar menos.

Cuánto calor llega a la pieza por longitud de cordón depende de la potencia y de la velocidad de avance, así como del material, el espesor de chapa y la forma del cordón. De ello no puede deducirse una cifra porcentual de validez general para «menos deformación».

La diferencia resulta relevante sobre todo allí donde la deformación genera costes derivados:

• chapas finas que se deforman con facilidad
• conjuntos que deben mantener sus dimensiones tras la soldadura
• piezas en las que el enderezado supone una parte apreciable del tiempo de trabajo

Aspecto del cordón, penetración y retrabajo

TIG es sinónimo de cordones limpios. Fronius menciona como ventajas que no se producen proyecciones de soldadura y que los cordones tienen un aspecto visual especialmente cuidado; EWM describe el procedimiento como «limpio» y especialmente adecuado para pasadas de raíz.

En el láser manual, la fortaleza reside más bien en la penetración. El ifw Jena muestra en un acero dúplex 1.4462 que es posible una unión de penetración completa desde un solo lado. Al mismo tiempo, señala la necesidad de adaptar los planos —penetración completa en lugar de garganta (a)— y, para la construcción del cordón, el hilo doble como enfoque. También en las normas ve el ifw necesidad de adaptación, para que la penetración profunda no solo pueda aprovecharse con sistemas automatizados y mecanizados.

Un aspecto uniforme del cordón no es todavía una prueba de calidad. Qué ensayos debe superar un cordón se desprende de los requisitos de la pieza, con independencia del procedimiento.

Velocidad y tiempo de proceso real

Fronius enumera las bajas velocidades de soldadura como desventaja del procedimiento TIG; EWM describe la tasa de deposición como «no muy grande». El ifw Jena menciona la soldadura más rápida como ventaja del láser manual.

Sin embargo, para la rentabilidad no solo cuenta el tiempo en la antorcha. A ello se suman:

• Establecimiento y protección de la zona láser
• Colocación del equipo de protección
• Colocación de la aspiración
• Preparación y sujeción de las piezas
• Retrabajo y ensayos

Solo el tiempo de proceso medido en piezas propias es un dato fiable.

Separación de la junta y preparación de la unión

El punto focal mide solo una fracción de milímetro. Los equipos manuales ofrecen además oscilación del haz y alimentación de hilo; según el ifw Jena, la alimentación de hilo sirve, entre otras cosas, para puentear mejor la separación de la junta.

El tamaño admisible de una separación depende del equipo, la amplitud de oscilación, el hilo, el material y el espesor de chapa. Como orientación procedente de otro ámbito: para una célula de soldadura láser automatizada con alimentación de hilo, Trumpf indica que puede cerrar separaciones de hasta 1 milímetro de ancho. Expresamente, no se trata de un valor de referencia para equipos manuales.

Para la preparación de la unión, esto significa:

1. Comprobar el corte y el ajuste de los bordes antes de planificar el cordón.
2. Sujetar las piezas de modo que la separación no se abra durante la soldadura.
3. Eliminar en la medida de lo posible los residuos, la suciedad y los recubrimientos de la zona del cordón. La DGUV menciona en FBHM-135 la eliminación de residuos y suciedad de las superficies de las piezas como medida en la soldadura TIG; al soldar sobre recubrimientos orgánicos pueden generarse productos de pirólisis.
4. Determinar los valores límite para la propia separación mediante soldaduras de prueba.

Materiales y espesores de chapa

TIG abarca una amplia gama de materiales. EWM lo formula así: si un material metálico es apto para la soldadura por fusión, puede unirse con este procedimiento. La DGUV menciona aceros no aleados, de baja y de alta aleación, así como aluminio, cobre, níquel, titanio y sus aleaciones. Según EWM, el límite inferior se sitúa en aproximadamente 0,3 mm para el acero y en 0,5 mm para el aluminio y el cobre. Según Fronius, TIG no es adecuado para grandes espesores de pieza.

En el láser, la reflexión desempeña un papel. El Fraunhofer ILT califica el cobre y el aluminio como altamente reflectantes a una longitud de onda en torno a 1 µm. Esto afecta al proceso y, a través de la radiación reflejada, a la protección láser.

Según los datos del fabricante, el equipo de soldadura láser de Beamlux está previsto para acero, acero inoxidable, chapa galvanizada y aluminio.

Aprendizaje y cualificación de los soldadores

TIG se considera exigente. EWM habla de una «mano» hábil y de una buena formación; Fronius menciona como desventaja la elevada destreza necesaria.

En el láser manual, según la valoración del ifw Jena, la técnica compensa una parte de la experiencia, sobre todo la alimentación de hilo y la oscilación del haz. En sus propias pruebas con estudiantes, el instituto compara una semana de entrenamiento en TIG con medio día en el láser manual. Como ventaja menciona resultados de soldadura aceptables incluso con poca experiencia.

Hay que añadir dos limitaciones:

• Según el ifw, los soldadores TIG muy experimentados no siempre son los mejores soldadores láser. Tienen que soldar más rápido, y la manera de ver, oír y sentir el proceso es distinta.
• Un aprendizaje más corto no significa sin formación. El ifw ofrece un curso de tres días que concluye con un examen de soldador según DIN EN ISO 9606-1 en acero CrNi.

Con independencia de los certificados de cualificación, el § 8 OStrV exige, en caso de peligros por radiación óptica artificial, una formación basada en la evaluación de riesgos, concretamente antes del inicio de la actividad y, a partir de entonces, como mínimo una vez al año.

Protección láser: qué significa la clase 4 en la empresa

Según la BG ETEM, las máquinas láser manuales son en su mayoría láseres de clase 4. Los peligros surgen del haz directo o reflejado; en equipos de alta potencia, según la BG ETEM, en el peor de los casos ya la reflexión difusa procedente de la zona de proceso puede poner en peligro los ojos sin protección. La radiación en el infrarrojo cercano no es visible.

De ello se derivan consecuencias organizativas que no existen de esta forma en la soldadura TIG:

• Zona láser: Según la TROS Laserstrahlung, es la zona en la que pueden superarse los valores límite de exposición. No tiene por qué coincidir con la zona de trabajo.
• Responsable de seguridad láser: Según el § 5 OStrV, antes de la puesta en servicio de equipos láser de las clases 3R, 3B y 4, el empresario debe designar por escrito un responsable de seguridad láser, salvo que él mismo disponga de los conocimientos técnicos necesarios. Las TROS mencionan como ejemplo de competencias delegadas la desconexión de la instalación láser cuando se detecten deficiencias. La responsabilidad sobre la evaluación de riesgos y las medidas de protección sigue recayendo en el empresario.
• Dispositivos de seguridad: En los sistemas que describe el ifw Jena, incluyen una supervisión de contacto con la pieza, un indicador en la pieza de mano, un tercer elemento como un pedal o un sensor de plasma, así como un interruptor de llave.
• Equipo de protección: El ifw no considera adecuadas unas gafas de protección láser por sí solas para trabajos prolongados, porque no protegen la cara. Si en la misma zona se suelda con arco y con láser, recomienda una careta híbrida.

Como ayuda práctica para la evaluación de riesgos sirve la DGUV Information 203-093. Si el empresario cumple las TROS, puede partir de la base de que se cumplen los requisitos correspondientes del reglamento; otras soluciones deben alcanzar como mínimo la misma seguridad. Esta sección ofrece una visión general y no sustituye la evaluación de riesgos del propio puesto de trabajo.

Humo, gases y radiación secundaria

Tampoco la soldadura TIG está libre de emisiones. La DGUV describe en FBHM-135 que la soldadura TIG libera sustancias peligrosas en forma de partículas y gases. Deben tenerse en cuenta, entre otros, el ozono al soldar materiales de aluminio y aceros de alta aleación, así como los electrodos de wolframio con torio; por regla general deben utilizarse electrodos sin adición de torio. Según la BGHM, la zona de soldadura debe elegirse o apantallarse de modo que las personas del entorno queden protegidas frente a la radiación y la proyección de chispas.

La soldadura láser tampoco está libre de emisiones. Según la BG ETEM, en la interacción del haz con el material se liberan por regla general sustancias peligrosas en forma de partículas y de gases; además, puede generarse radiación UV y luz azul visible como radiación secundaria. Un proyecto de investigación de la DGUV identificó el titanio como el material con las mayores emisiones de radiación secundaria en la soldadura por haz láser pulsado. Sobre todo con titanio, el valor límite de exposición cerca de la zona de proceso se alcanzó en algunos casos en menos de un minuto. Se recomiendan guantes y ropa opacos a la luz.

Por eso, para ambos procedimientos se aplica: la aspiración en el punto de generación, la protección de la piel y el apantallamiento del entorno forman parte de la planificación.

Cuándo TIG sigue siendo la mejor opción

El ifw Jena señala expresamente que la soldadura manual por haz láser no es un sustituto de los procesos por arco, sino un complemento. TIG puede seguir siendo la mejor opción cuando:

• se sueldan pasadas de raíz, para las que EWM describe el procedimiento como especialmente adecuado
• la geometría, el tramo de cordón o los requisitos del cordón no son adecuados para el láser manual, un límite que el ifw menciona expresamente
• se procesan materiales que, según los datos del fabricante, un equipo láser existente no cubre
• los planos y las cualificaciones están concebidos para TIG y una adaptación no resulta rentable
• en la empresa todavía no hay ningún láser y solo se suelda ocasionalmente, de modo que el responsable de seguridad láser, la zona láser y el equipo de protección tendrían que organizarse para unos pocos cordones
• se trabaja en lugares en los que no puede establecerse una zona láser de forma segura

Cuándo puede considerarse un equipo de soldadura láser

Un equipo de soldadura láser puede resultar rentable cuando la deformación y el trabajo de enderezado generan costes apreciables, cuando se realizan muchos cordones similares adecuados para el láser manual o cuando escasean los profesionales cualificados para la soldadura TIG exigente. El ifw menciona expresamente la falta de personal cualificado como uno de los factores impulsores.

La BL máquina de soldadura láser de Beamlux es móvil, está refrigerada por agua y trabaja con un láser de fibra de onda continua. Está disponible en 1500, 2000, 3000 y 6000 W, dispone de un cabezal de soldadura con doble giro y está prevista para soldar, cortar, limpiar cordones de soldadura y eliminar óxido. Las versiones de 1500 a 3000 W están disponibles desde 12.600 € más IVA; la versión de 6000 W, bajo consulta.

Al precio del equipo se suman la protección láser, la aspiración, el equipo de protección y el aprendizaje. Que la inversión resulte rentable depende de cuántos cordones se beneficien realmente del láser.

Conclusión: complemento, no sustituto

Soldadura láser o soldadura TIG no es una cuestión de principios, sino una cuestión del cordón. La comparación muestra:

1. El láser puede soldar con menor aporte de calor, menos deformación y mayor velocidad.
2. TIG sigue siendo fuerte en pasadas de raíz, en una amplia gama de materiales y en cordones sin proyecciones.
3. El láser exige una preparación cuidadosa de la unión y una protección láser de clase 4 organizada.
4. Ambos procedimientos liberan sustancias peligrosas y requieren aspiración.

Qué procedimiento se adapta al propio trabajo del metal se aclara de la forma más fiable con soldaduras de prueba en piezas propias y un cálculo completo que incluya la seguridad laboral.

Fuentes

• Fraunhofer ILT – Unión de metales — Soldadura por haz láser con aporte de calor reducido y controlado; alta reflexión del cobre y el aluminio en longitudes de onda en torno a 1 µm.
• ifw Jena – «Soldadura láser manual – peligros y medidas de protección: informe de experiencia de la formación de soldadores» — Material de ponencia publicado en dguv.de en el área del Fachbereich Holz und Metall; ventajas, límites, dispositivos de seguridad, equipo de protección y formación.
• DGUV – Fachbereich AKTUELL FBHM-135 «Gefährdungen durch Gefahrstoffe beim Wolfram-Inertgasschweißen (WIG) – Präventionsmaßnahmen» (peligros por sustancias peligrosas en la soldadura TIG: medidas preventivas) — Sustancias peligrosas, ozono, electrodos con torio y medidas de protección en la soldadura TIG.
• BGHM – Arbeitsschutz kompakt 042 «Soldadura TIG» — Apantallamiento frente a la radiación y la proyección de chispas, aspiración, protección contra incendios.
• BG ETEM – etem-Magazin «Riesgos subestimados» sobre máquinas láser manuales — Clase láser, reflexión, radiación secundaria y sustancias peligrosas en equipos de soldadura láser manuales.
• IFA/DGUV – Proyecto de investigación FF-FP 0439 sobre la radiación UV en procesos de soldadura láser manual — Radiación secundaria, valor límite de exposición con titanio, recomendaciones sobre protección de la piel y los ojos.
• DGUV Information 203-093 — Ayuda práctica para la evaluación de riesgos en el funcionamiento de equipos láser abiertos para el procesado de materiales con guiado manual o posicionamiento manual.
• OStrV – Reglamento alemán de seguridad laboral sobre radiación óptica artificial, § 5 y § 8 — Designación del responsable de seguridad láser y formación de los trabajadores.
• TROS Laserstrahlung – Parte General (BAuA) — Concepto de zona láser, funciones y competencias del responsable de seguridad láser, presunción de conformidad.
• EWM – Fundamentos de la soldadura TIG — Principio del procedimiento, materiales, espesores mínimos de chapa, pasadas de raíz y requisitos de destreza manual.
• Fronius – ¿Qué es la soldadura TIG? — Ventajas y desventajas del procedimiento TIG.
• Trumpf – Nota de prensa sobre la TruLaser Weld 5000 — Puenteo de separaciones con alimentación de hilo en una célula de soldadura láser automatizada.

Contenidos relacionados