Soldagem a laserA soldagem a laser é um campo da tecnologia metalúrgica que utiliza lasers. É amplamente utilizada em diversos setores industriais, incluindo automóveis, equipamentos de precisão, eletrônicos, aeroespacial e medicina. Este artigo apresentará os fundamentos da soldagem a laser, especialmente no processamento de chapas metálicas, entre suas diversas aplicações.

O que é soldagem a laser? (Características)

Primeiro, a palavra "laser" é derivada das letras iniciais do termo "amplificação de luz por emissão estimulada de radiação."

Embora possa parecer um pouco complicado à primeira vista, é geralmente entendido como luz artificial. Comparado à luz comum, como a luz solar e a iluminação que vemos todos os dias, a luz laser, como luz artificial, possui as características de comprimento de onda, fase e direção constantes. Ajustando e utilizando esses três fatores-chave, conhecidos coletivamente como coerência, os lasers podem ser usados ​​em diversos processos.

Soldagem a laser É um método de processamento que concentra a luz laser, irradiando um objeto com ela, fundindo e solidificando o metal localmente para formar uma junta. A introdução da soldagem a laser no processamento de chapas metálicas oferece vantagens em relação à soldagem a arco convencional, como controle mais fácil da deformação térmica, controle mais fácil das condições de soldagem e cordões de solda menos perceptíveis.

Qual é o princípio da soldagem a laser?

Emsoldagem a laserUm oscilador a laser gera luz laser, que serve como fonte de calor. Essa luz é então amplificada e transmitida por fibras ópticas, inicialmente irradiando-a para as proximidades da peça de trabalho. Esta etapa requer um cabeçote de processamento a laser. Uma lente é instalada dentro do cabeçote de processamento a laser para focalizar a luz laser transmitida em um estado adequado para processamento. Ao focalizar a luz com a lente, a energia luminosa é concentrada em uma área menor, gerando maior energia para a fusão do metal. Para evitar a oxidação do metal fundido, um gás de proteção, como argônio ou nitrogênio, é normalmente soprado durante a soldagem.

Quais são os tipos de soldagem a laser?

Vamos analisar os tipos de soldagem a laser adequados para soldagem manual no processamento de chapas metálicas. Máquinas de soldagem a laser portáteis que utilizam lasers YAG tornaram-se populares no Japão na década de 1990. Desde então, a indústria japonesa de chapas metálicas há muito considera as máquinas de soldagem a laser equivalentes aos lasers YAG. No entanto, com o lançamento das máquinas de soldagem a laser de fibra em meados da década de 2010, os lasers de fibra se tornaram a principal opção entre as máquinas de soldagem a laser portáteis. Dispositivos de soldagem portáteis que utilizam lasers de disco também estão disponíveis.

Soldagem manual usando máquinas de solda a laser de fibra:

Soldagem a laser YAG:

YAG é um cristal chamado granada de ítrio e alumínio. Os lasers YAG geram luz laser irradiando cristais de YAG com luz intensa. Os lasers YAG têm um comprimento de onda de 1064 nm, que é facilmente absorvido por metais. Portanto, eles podem fundir metais com energia relativamente baixa, tornando-os adequados para soldagem a laser. Por outro lado, a geração a laser requer uma lâmpada de flash para piscar, e a alta geração de calor requer um resfriador para resfriar o oscilador e a tocha. Isso resulta em alto consumo de energia, resultando em menos energia disponível para processamento em comparação com a eletricidade utilizada, levando a soldas ocasionalmente incompletas. Os custos de manutenção de consumíveis como água de resfriamento e lâmpadas também são altos, uma desvantagem significativa.

Soldagem a laser de fibra:

Os lasers de fibra utilizam fibras ópticas para amplificar e transmitir a luz de excitação gerada. Possuem comprimento de onda de 1070 nm, que é facilmente absorvido por metais. Entre os lasers, apresentam a maior densidade de energia, facilitando o foco do feixe, e sua capacidade de penetração profunda em metais é uma grande vantagem. Comparados aos lasers YAG, oferecem diversas vantagens, incluindo penetração profunda, baixos custos operacionais e praticamente nenhum esforço e custo de ajuste ou manutenção, o que levou à sua rápida adoção nos últimos anos. Embora os lasers de fibra ofereçam alta potência e eficiência, o excesso de potência pode representar um risco para os operadores na soldagem manual de chapas metálicas, sendo normalmente limitados a cerca de 1 kW. Para aqueles que buscam maior potência e maiores profundidades de penetração, a soldagem mecânica ou robótica pode ser considerada.

Soldagem a laser de disco:

Os lasers de disco utilizam um cristal YAG em forma de disco para amplificar a luz de excitação gerada, que é então transmitida via fibra óptica. A empresa alemã Quicken obteve alta potência e estabilização, o que levou à ampla adoção deste laser para uso industrial. Nos últimos anos, seu potencial foi reavaliado e novas aplicações estão sendo ativamente desenvolvidas. Embora não existam sistemas autônomos no Japão capazes de soldar manualmente usando lasers de disco, os usuários de máquinas de corte a laser Quicken podem adquirir opcionalmente uma tocha de soldagem manual.

Vantagens e desvantagens da soldagem a laser:

Soldagem a laser, usado no processamento de chapas metálicas, tem as seguintes vantagens em comparação com a soldagem TIG amplamente utilizada.

Vantagens:

Deformação térmica reduzida, mesmo em chapas finas.

Como a soldagem TIG produz penetração superficial e uma grande zona afetada pelo calor, ela fornece alta entrada de calor ao metal, resultando em deformação térmica significativa. O gerenciamento dessa deformação térmica depende muito da habilidade do profissional, e este é o aspecto mais desafiador da soldagem TIG. A soldagem a laser, por outro lado, utiliza um laser focalizado, concentrando alta energia em um pequeno ponto focal para fundir o metal. Isso resulta em uma penetração de solda mais estreita e uma zona afetada pelo calor menor, tornando a deformação térmica menos provável. Além disso, o ciclo frequente de ativação e desativação do laser repete o processo de fusão e solidificação várias a dezenas de vezes por segundo, minimizando ainda mais a deformação.

Resistência de solda suficiente:

A soldagem a laser produz cordões de solda mais finos, o que às vezes pode levar a preocupações com resistência insuficiente. No entanto, devido à sua profunda penetração, a solda possui resistência interna suficiente em comparação com sua aparência externa. A soldagem a laser envolve fusão e solidificação mínimas da liga, resultando em menos fraturas. Testes de resistência realizados em uma instalação de testes industrial confirmaram que a soldagem a laser apresenta resistência superior à da soldagem TIG.

Tempo de processamento reduzido:

Soldagem a lasergera baixo aporte térmico e é menos propenso a causar deformação, reduzindo significativamente o tempo necessário para eliminá-la. Além disso, a soldagem a laser essencialmente solda o metal base, eliminando a necessidade de retificação das saliências da solda. Além disso, desde que as condições de processamento sejam atendidas, a queima da costura de solda é praticamente inexistente, eliminando potencialmente a necessidade de retificação eletrolítica. Isso reduz o tempo de processamento, que antes era uma tarefa difícil, resultando em maior eficiência de produção e menores custos de fabricação.

Condições de soldagem fáceis de gerenciar e operar:

Algumas máquinas de solda a laser permitem que as condições de soldagem sejam registradas e recuperadas como métodos, facilitando o gerenciamento e a reprodução. Nesse caso, a simples especificação das condições por um operador experiente facilita a replicação por um soldador não qualificado. Isso permite que soldadores não qualificados soldem chapas finas, liberando soldadores experientes para se concentrarem em tarefas de maior valor agregado, contribuindo para a melhoria da eficiência geral da soldagem.

Desvantagens:

Tratamento inadequado de lacunas:

Soldagem a laserconcentra a energia do laser em um ponto muito pequeno, com aproximadamente 0,1 a 0,6 mm de diâmetro, para fundir o metal. Essa propriedade dificulta a soldagem se houver folgas. Para modelos com diâmetro de ponto de 0,1 mm, uma folga de apenas 0,1 mm fará com que o laser a atravesse, impedindo a soldagem. Portanto, medidas como melhorar a precisão do processo de dobra e instalar gabaritos são necessárias.

Fraqueza para soldagem de sobreposição:

A soldagem a laser é excelente na soldagem de metais base, mas não na soldagem de sobreposição. Além de a energia do laser não atingir totalmente o metal base onde o eletrodo é fundido, pode ser difícil alinhar com precisão o ponto de solda, o eletrodo e o ponto focal, o que pode impedir a obtenção de resistência suficiente. Se a soldagem de sobreposição for indicada no desenho, considere se a soldagem a laser é apropriada. Por outro lado, se a soldagem a laser for desejada por questões de resistência e estética, é melhor não incluir instruções para soldagem de sobreposição.

Medidas de segurança necessárias:

O uso indevido de lasers pode levar a acidentes graves. Portanto, todos os produtos a laser possuem especificações de segurança especificadas no Padrão de Segurança de Produtos a Laser da JIS "." Todos os dispositivos de soldagem manual que utilizam lasers são classificados como " Nível 4, " o nível de risco mais alto, e os fabricantes implementam diversas medidas de segurança. Garanta o uso adequado de acordo com as especificações e instruções de operação, como estabelecer uma área de controle do laser, usar uma máscara/óculos de proteção de soldagem projetados especificamente para soldagem a laser, usar uma tocha de soldagem portátil com dispositivo de segurança incluído e manusear adequadamente a chave do dispositivo.

Dicas para soldagem a laser:

Soldagem a laserOferece soldas resistentes e esteticamente agradáveis. É um método de união com muitas vantagens, como baixa distorção para chapas finas e fácil gerenciamento de condições. No entanto, também apresenta desvantagens, como manuseio inadequado das costuras e baixo desempenho do revestimento. Dicas para utilizar a soldagem a laser de forma eficaz incluem:

• Melhore a precisão do processo de dobra, configure os gabaritos e solde depois de atingir um estado uniforme.

• Preparar as condições de processamento e registrar o método com uma pessoa experiente torna mais fácil até mesmo para trabalhadores não qualificados replicarem o processo.

• Manter desenhos baseados em métodos de processamento convencionais, como soldagem TIG, e simplesmente migrar para soldagem a laser pode ser desafiador. Às vezes, é necessário considerar mudanças no projeto.

• Para maximizar a resistência e as vantagens estéticas da soldagem a laser, é recomendável projetar com a soldagem a laser em mente desde o início.

A maior vantagem da soldagem a laser é sua capacidade de soldar chapas finas com baixa distorção. Além disso, mesmo trabalhadores não qualificados podem conseguir isso, melhorando significativamente os processos de soldagem que antes dependiam da habilidade de artesãos. Entender suas desvantagens e lidar com elas adequadamente revelará suas vantagens. Aproveite ao máximo as vantagens da soldagem a laser.