O que é soldagem a laser? - Trabalho, tipos e aplicação

O que é soldagem a laser?

A soldagem por feixe de laser (LBW) é uma técnica de soldagem usada para unir peças de metal ou termoplásticos através do uso de um laser. O feixe fornece uma fonte de calor concentrada, permitindo soldas estreitas e profundas e altas taxas de soldagem. Baseia-se na soldagem do tipo buraco de fechadura ou de penetração.

A soldagem a laser opera em dois modos fundamentalmente diferentes:soldagem limitada por condução e soldagem keyhole. O modo em que o feixe de laser irá interagir com o material que está soldando dependerá da densidade de potência através do feixe que atinge a peça de trabalho.

Os processos são frequentemente utilizados em aplicações de alto volume usando automação, como na indústria automotiva. A principal vantagem da soldagem a laser, devido à sua alta densidade de energia, é sua capacidade de fundir a área localizada nas bordas da junta, sem afetar uma grande área da peça.

A soldagem a laser é um processo de soldagem por fusão de alta densidade de potência que produz soldas de alta proporção com uma entrada de calor relativamente baixa em comparação com os processos de soldagem a arco. Além disso, a soldagem a laser pode ser realizada “do vácuo” e a entrega de fibra ótica de feixes de laser de estado sólido de infravermelho próximo oferece maior flexibilidade em comparação com outras tecnologias de união.

Equipamento de máquina de feixe de laser

As principais peças ou equipamentos de soldagem a laser são:

• Máquina a laser: É uma máquina que é usada para produzir um laser para soldagem. Os principais componentes da máquina a laser são mostrados abaixo.
• Fonte de energia: Uma fonte de energia de alta tensão é aplicada na máquina a laser para produzir um feixe de laser.
• CAM: É uma fabricação assistida por computador em que a máquina a laser é integrada aos computadores para realizar o processo de soldagem. Toda a ação de controle durante o processo de soldagem a laser é feita pelo CAM. Acelera ainda mais o processo de soldagem.
• CAD: É chamado de desenho assistido por computador. Ele é usado para projetar o trabalho para soldagem. Aqui os computadores são usados ​​para projetar a peça de trabalho e como a soldagem é realizada nela.
• Gás de proteção: Um gás de proteção pode ser usado durante o processo de soldagem para evitar a oxidação do w/p.

Como funciona a soldagem por feixe de laser?

A soldagem a laser é um processo usado para unir metais ou termoplásticos usando um feixe de laser para formar uma solda. Sendo uma fonte de calor tão concentrada, em materiais finos a soldagem a laser pode ser realizada em altas velocidades de soldagem de metros por minuto, e em materiais mais espessos pode produzir soldas estreitas e profundas entre peças com arestas quadradas.

A soldagem por feixe de laser funciona com base no princípio de que quando os elétrons de um átomo são excitados ao receber alguma energia. E então, depois de algum tempo, quando retorna ao seu estado fundamental, emite um fóton de luz.

A concentração deste fóton emitido é aumentada pela emissão excitada de radiação e obtemos um feixe de laser focalizado de alta energia. A amplificação da luz por emissão estimulada de radiação é denominada laser.

Inicialmente, a máquina de solda é montada (entre as duas peças metálicas a serem unidas) no local desejado. Configuração posterior, uma fonte de alimentação de alta tensão é aplicada à máquina a laser para realizar uma operação.

A lente é usada para focar o laser na área onde a soldagem é necessária. O CAM é usado para controlar a velocidade do laser e da mesa de peças durante o processo de soldagem.

Ele acende a lâmpada de flash da máquina e emite fótons de luz. A energia dos fótons de luz é absorvida pelos átomos dos cristais de rubi e os elétrons são excitados para seus níveis de energia mais elevados. Quando eles retornam ao seu estado de baixa energia ou estado fundamental, eles emitem um fóton de luz.

Este fóton de luz novamente estimula os elétrons do átomo e produz dois fótons. Este processo continua e obtemos um feixe de laser focado que é usado no local desejado para soldar várias peças juntas.

Tipos de lasers usados

1. Lasers a gás: Ele usa misturas de gases como meio de laser para produzir laser. Misturas de gases como nitrogênio, hélio e co2 são usadas como meio de laser.
2. Laser de estado sólido: ele usa vários meios sólidos, como cristal de rubi sintético (cromo em óxido de alumínio), neodímio em vidro (Nd:vidro) e neodímio em granada de ítrio e alumínio (Nd-YAG, mais comumente usado).
3. Laser de fibra: O meio de laser neste tipo de laser é a própria fibra óptica.

Vantagens da máquina de feixe de laser

O controle preciso do feixe de laser oferece aos usuários vários benefícios sobre TIG, MIG e soldagem por pontos:

• Resistência da solda: A solda a laser é estreita com uma excelente relação profundidade-largura e maior resistência.
• Zona afetada pelo calor: A zona afetada pelo calor é limitada e, devido ao resfriamento rápido, o material circundante não é recozido.
• Metais: Os lasers soldam com sucesso aço carbono, aço de alta resistência, aço inoxidável, titânio, alumínio e metais preciosos, bem como materiais diferentes.
• Trabalho de precisão: O pequeno feixe de laser rigidamente controlado permite micro-soldagem precisa de componentes em miniatura.
• Deformação: As peças têm deformidade ou encolhimento mínimo.
• Sem contato: Nenhum contato físico entre o material e a cabeça do laser.
• Soldagem unilateral: A soldagem a laser pode substituir a soldagem a ponto que requer acesso apenas de um lado.
• Retalhos: A soldagem a laser é controlável e gera baixos volumes de sucata.

Desvantagens da máquina de feixe de laser

• O equipamento de soldagem é caro, então o custo desse processo é alto.
• Se o material de enchimento for necessário, mas, neste processo, quantidade limitada produzida com o uso de material de enchimento é relativamente caro.
• Há também algumas operações pós-soldagem.
• As juntas devem ser posicionadas com precisão lateralmente sob a viga.
• A posição final da junta é alinhada com precisão com o ponto de impacto do feixe.
• A espessura máxima da junta que pode ser soldada por feixe de laser é um pouco limitada.
• Os materiais possuem alta condutividade térmica e refletividade como ligas de Al e Cu podem afetar a soldabilidade com lasers.
• Um dispositivo de controle de plasma apropriado deve ser empregado para garantir a reprodutibilidade da solda durante a soldagem a laser de potência moderada a alta.
• Os lasers tendem a ter uma eficiência de conversão de energia inferior a 10%.
• Alguma porosidade e fragilidade da solda podem ser esperadas, como consequência das características de solidificação rápida do LBM.

Aplicação da máquina de feixe de laser

• É destaque na indústria automotiva. Portanto, é usado na área onde é necessária produção de grande volume.
• É empregado para soldas de alta precisão. Como não usa nenhum eletrodo, a solda final será leve, mas forte.
• A soldagem a laser também é muito utilizada na confecção de joalheria.
• No entanto, a soldagem por feixe de laser é usada em indústrias médicas para unir metais em pequena escala.