Um guia básico de soldagem a laser

Noções básicas de soldagem a laser




A soldagem a laser é um processo sem contato que requer acesso à zona de soldagem de um lado das peças a serem soldadas.




• A solda é formada conforme a intensa luz laser aquece rapidamente o material - normalmente calculado em milissegundos.

• Existem normalmente três tipos de soldas:

- Modo de condução.

- Modo de condução / penetração.

- Modo de penetração ou buraco de fechadura.

• A soldagem no modo de condução é realizada em baixa densidade de energia, formando uma pepita de solda rasa e larga.

• O modo de condução / penetração ocorre em densidade de energia média e mostra mais penetração do que o modo de condução.

• A soldagem em modo de penetração ou buraco de fechadura é caracterizada por soldas profundas e estreitas.

- Neste modo, a luz do laser forma um filamento de material vaporizado conhecido como “buraco de fechadura” que se estende para o material e fornece um conduíte para que a luz do laser seja distribuída com eficiência no material.

- Este fornecimento direto de energia para o material não depende da condução para alcançar a penetração e, portanto, minimiza o calor no material e reduz a zona afetada pelo calor.




Soldagem por condução




• A união por condução descreve uma família de processos em que o feixe de laser é focalizado:

- Para dar uma densidade de potência da ordem de 10³ Wmm⁻²

- Funde o material para criar uma junta sem vaporização significativa.

• A soldagem por condução tem dois modos:

- Aquecimento direto

- Transmissão de energia.




Calor direto




• Durante o aquecimento direto,

- o fluxo de calor é governado pela condução térmica clássica de uma fonte de calor de superfície e a solda é feita derretendo porções do material de base.

• As primeiras soldas por condução foram feitas no início dos anos 1960, usavam rubi pulsado de baixa potência e lasers de CO2 para conectores de fios.

• As soldas por condução podem ser feitas em uma ampla gama de metais e ligas na forma de fios e chapas finas em várias configurações usando.

- CO2, Nd:YAG e lasers de diodo com níveis de potência da ordem de dezenas de watts.

- O aquecimento direto por um feixe de laser de CO2 também pode ser usado para soldas de topo e de topo em folhas de polímero.




Soldagem de transmissão




• A soldagem de transmissão é um meio eficiente de unir polímeros que transmitem a radiação infravermelha próxima de Nd:YAG e lasers de diodo.

• A energia é absorvida por meio de novos métodos de absorção interfacial.

• Os compósitos podem ser unidos desde que as propriedades térmicas da matriz e do reforço sejam semelhantes.

• O modo de transmissão de energia da soldagem por condução é usado com materiais que transmitem radiação infravermelha próxima, principalmente polímeros.

• Uma tinta absorvente é colocada na interface de uma junta sobreposta. A tinta absorve a energia do feixe de laser, que é conduzida para uma espessura limitada do material circundante para formar um filme interfacial derretido que se solidifica como a junta soldada.

• Juntas sobrepostas de seção espessa podem ser feitas sem derreter as superfícies externas da junta.

• As soldas de topo podem ser feitas direcionando a energia para a linha da junta em um ângulo através do material em um lado da junta, ou de uma extremidade se o material for altamente transmissivo.




Solda a laser e brasagem




• Nos processos de soldagem a laser e brasagem, o feixe é usado para derreter uma adição de enchimento, que umedece as bordas da junta sem derreter o material de base.

• A solda a laser começou a ganhar popularidade no início da década de 1980 por unir os cabos de componentes eletrônicos por meio de orifícios em placas de circuito impresso. Os parâmetros do processo são determinados pelas propriedades do material.




Soldagem a laser de penetração




• Em densidades de alta potência, todos os materiais irão evaporar se a energia puder ser absorvida. Assim, ao soldar desta forma, normalmente forma-se um orifício por evaporação.

• Este "buraco" é então atravessado através do material com as paredes derretidas vedadas atrás dele.

• O resultado é o que é conhecido como "solda em buraco de fechadura. Isso é caracterizado por sua zona de fusão de lados paralelos e largura estreita.




Eficiência de soldagem a laser




• Um termo para definir este conceito de eficiência é conhecido como "eficiência de união".

• A eficiência de junção não é uma eficiência verdadeira porque tem unidades de (mm2 junta / kJ fornecida).

- Eficiência =V.t / P (o inverso da energia específica no corte) onde V =velocidade transversal, mm / s; t =espessura soldada, mm; P =potência incidente, KW.




Eficiência de adesão




• Quanto maior o valor da eficiência de união, menos energia é gasta em aquecimento desnecessário.

- Zona afetada por calor inferior (HAZ).

- Baixa distorção.

• A soldagem por resistência é mais eficiente neste aspecto porque a fusão e a energia HAZ são geradas apenas na interface de alta resistência a ser soldada.

• O laser e o feixe de elétrons também têm boa eficiência e altas densidades de potência.




Variações de Processo




• Soldagem a laser com arco aumentado.

- O arco de uma tocha TIG montada perto do ponto de interação do feixe de laser travará automaticamente no ponto quente gerado pelo laser.

- A temperatura necessária para este fenômeno é cerca de 300 ° C acima da temperatura ambiente.

- O efeito é estabilizar um arco que é instável devido à sua velocidade transversal ou reduzir a resistência de um arco que é estável.

- O travamento só ocorre para arcos com baixa corrente e, portanto, jato catódico lento; ou seja, para correntes inferiores a 80A.

- O arco está do mesmo lado da peça de trabalho que o laser, o que permite dobrar a velocidade de soldagem para um aumento modesto no custo de capital.

• Soldagem a laser de feixe duplo

- Se dois feixes de laser forem usados ​​simultaneamente, existe a possibilidade de controlar a geometria da poça de fusão e o formato do cordão de solda.

- Usando dois feixes de elétrons, o buraco da fechadura pode ser estabilizado causando menos ondas na poça de fusão e dando uma melhor penetração e formato do cordão.

- Uma combinação de excímero e feixe de laser de CO2 mostrou melhor acoplamento para a soldagem de materiais de alta refletividade, como alumínio ou cobre.

- O acoplamento aprimorado foi considerado principalmente devido a:

• alterar a refletividade pela ondulação da superfície causada pelo excimer.

• um efeito secundário surgindo do acoplamento através do plasma gerado pelo excímero.