Diseñan un sistema para la detección y control de defectos en soldadura láser
La soldadura láser se emplea en sectores como el de la automoción, ya que conlleva diversas ventajas, como la automatización. No obstante, durante el proceso a veces se producen defectos, como son la aparición de agujeros o la falta de penetración, cuando el cordón de soldadura no llega hasta la profundidad deseada. El origen de estos defectos es diverso y pueden acarrear, por ejemplo, la rotura de la soldadura en procesos posteriores.
Por ello, cuatro pymes y cuatro centros de investigación de cinco países europeos han llevado a cabo un proyecto del VII Programa Marco consistente en el desarrollo de un sistema de detección de defectos en tiempo real y de un sistema de control asociado. En el proyecto, denominado CLET, participan dos entidades castellano leonesas, el centro tecnológico Cartif de Valladolid y la pyme burgalesa Josdan Soldadura Láser y Ajuste.
Sergio Saludes, investigador de Cartif y coordinador científico del proyecto, recuerda que la idea surge de otra investigación realizada en colaboración con Renault. “El estudio trataba de detectar defectos en soldadura láser y comprobamos que un sistema así quedaba corto, ya que interesaba que además fuera capaz de actuar sobre la máquina de soldadura para poder llevar a cabo acciones correctivas”. Al no poder desarrollar esa línea por la conclusión del proyecto, decidieron solicitar un nuevo estudio a nivel europeo.
Iniciado en noviembre de 2008 y concluido recientemente, el Proyecto CLET ha abordado dos retos principales. El primero se centra en el desarrollo de un sistema de detección de defectos en tiempo real.
“Para ello elegimos una vía de estudio bastante novedosa, basada en estudiar el plasma que genera la soldadura láser en la zona de interacción láser-acero. En este plasma hay electrones libres, es decir, electrones que se han liberado de las ataduras que los ligan a los átomos”, explica Saludes, quien recuerda que la energía de esos electrones libres puede medirse y se denomina temperatura electrónica. Los investigadores comprobaron en laboratorio lo que ya se había demostrado en la literatura, que la temperatura electrónica se relaciona con la aparición de defectos en la soldadura y, analizaron uno de ellos, la profundiad de penetración.
La segunda parte del proyecto consistió en crear un sistema de control. “El sistema conoce el valor ideal de temperatura electrónica y lo que hace es calcular los parámetros del láser en tiempo real para que ese valor medido esté siempre muy cerca del valor ideal”. Así, el sistema solo actúa sobre la potencia de soldadura, cambiando la potencia del láser para regular la profundidad de penetración.
Varios paquetes de trabajo y tres fases
El proyecto ha contado tres fases principales. La primera se centró en el desarrollo del sistema sensor, “donde se estudió cómo desarrollarlo, cómo medir o cómo relacionar la temperatura electrónica con los defectos”.
En la segunda, los investigadores profundizaron en el diseño del controlador. “Aquí la parte más importante fue elegir la arquitectura del controlador más adecuada”, señala el investigador, quien añade que después se pasó a la fase de implementación, consistente en crear un programa de ordenador “con un dispositivo físico para medir, en primer lugar, y para controlar, en segundo”. Finalmente, se demostró la eficacia del sistema a escala real instalándolo en los talleres de las pymes participantes.
