DESARROLLO DE SOLDADURA LASER EN 316L PARA FUENTES RADIACTIVAS SELLADAS

ESPINOZA, C.; SANFILIPPO, MIGUEL; SMIETUCH, F.; MENDER, A.; PRADO, M. O.

Bariloche

Congreso; 4to Congreso Argentino de Microscopía - SAMIC; 2016

SAMIC

Fuentes selladas de Cs-137 son usadas en aplicacionesmédicas para braquiterapia. El Cs-137 es fijado en una matriz vítrea y luego encapsuladoen dos cilindros de acero inoxidable 316L, el sellado de las tapas de loscilindros se realiza mediante soldadura láser. Se eligió este acero porqueademás de sus propiedades mecánicas, posee bajo contenido de carbono que minimizala precipitación de carburos, posee buena soldabilidad y además tiene excelentecompatibilidad biológica. El proceso de soldadura láser se caracteriza por laalta densidad de energía depositada en el material que permite realizarsoldadura sin aporte y por generar una mínima zona afectada térmicamente,además es un proceso automatizable, reproducible y tiene un acabado de buenacalidad, es una técnica de escaso estudio y desarrollo en el país. Para elaprovechamiento óptimo de esta tecnología es necesario comprender el funcionamientodel láser, el proceso de soldadura, la interacción del material con laradiación láser y la influencia de todos los parámetros experimentales. Algunasde las variables que intervienen en el proceso de soldadura son: potencia,duración, forma y frecuencia del pulso láser, posición focal respecto delmaterial, velocidad de soldadura, gas protector, tipo de soldadura ypreparación superficial. [1]En el presente trabajo se muestra el desarrollo desoldadura láser en acero 316L a usarse en fuentes radiactivas selladas, ademásde la optimización de los parámetros de soldadura láser. Debido a la grancantidad de variables a estudiar y para optimizar las limitaciones de tiempos,recursos y materiales, se planteo hacer uso de herramientas estadísticas. Losexperimentos se diseñaron en bloques utilizando principalmente arreglosortogonales. Para la optimización de parámetros se recurrió a la metodología deTaguchi. Para el análisis de datos se utilizó regresión lineal y análisis devarianza [2]. Se utilizó un láser pulsado de alta potencia de Nd:YAG, conlongitud de onda de 1064nm, energía máxima de 40J, potencia de 100W y duraciónde hasta 100ms, la radiación es llevada mediante fibra óptica a una mesa detrabajo acoplada a un sistema de control numérico XYZ, mediante flujo de argónse garantiza una atmósfera inerte localizada durante el proceso de soldadura.Para el proceso de búsqueda de parámetros y optimización se trabajo placas deacero inoxidable 316L de 1mm de espesor y luego se realizaron ensayos encápsulas sin material radiactivo. Para la observación microestructural seprepararon muestras cristalográficas mediante cortes transversales a ladirección de soldadura e inclusión en caliente en baquelita, seguido dedesbaste y pulidos con lijas al agua número 120, 240, 320, 600, 1200 y 2400posteriormente pulido en pasta de diamante de 6mm y 3mm, finalmente se realizó unataque electrolítico usando acido oxálico al 10% sometido a 20V durante20segundos aproximadamente. En un trabajo anterior [3] mostramos el efecto dela potencia, posición focal y duración del pulso en la penetración y calidad dela soldadura, encontrándose los parámetros óptimos de soldadura. La figura 1muestra imágenes SEM de cordones de soldadura en corte transversal parapotencias de 0.4kW, 0.8kW, 1.2kW, 1.6kW y 2.0kW. Para la optimización de lasoldadura en las fuentes tomamos como referencia los valores provistos por elproveedor del láser en las pruebas de factibilidad (fig.2a y 2d), en unaprimera optimización logramos triplicar la penetración obtenida pasando de 200mmm a 600mm (fig. 2b), pero con unapobre calidad superficial (fig. 2e y 2g). Aplicamos una segunda optimizaciónlogrando mejorar la calidad superficial (fig. 2f y 2h) y obteniendo unapenetración de 450mm aproximadamente (fig. 2c). Logramos obtener los parámetros óptimos desoldadura para las fuentes, además una comprensión global de las variables queintervienen en el proceso de soldadura láser.