Soldagem a Laser Explicada: Técnicas, Tipos e Aplicações Industriais

O que é Soldagem a Laser?

A soldagem a 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, profundas e altas taxas de soldagem. Baseia-se na soldagem por modo de fechadura (keyhole) ou penetração.

A soldagem a laser opera em dois modos fundamentalmente diferentes: soldagem limitada por condução e soldadura por fechadura (keyhole). O modo no qual o feixe de laser interagirá com o material que está sendo soldado dependerá da densidade de potência através do feixe atingindo a peça.

Os processos são frequentemente usados 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 derreter 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 relação de aspecto com uma entrada de calor relativamente baixa comparada com processos de soldagem a arco. Além disso, a soldagem a laser pode ser realizada "fora do vácuo" e a entrega por fibra óptica de feixes de laser de estado sólido de infravermelho próximo fornece flexibilidade aumentada comparada com outras tecnologias de união.

Equipamento de Máquina de Feixe de Laser

As principais partes ou equipamento de soldagem a feixe de laser são:

• Máquina a Laser: É uma máquina usada para produzir um laser para soldagem. Os principais componentes da máquina a laser são mostrados abaixo.
• Fonte de Alimentação: Uma fonte de alimentação de alta tensão é aplicada através da máquina a laser para produzir um feixe de laser.
• CAM: É uma manufatura assistida por computador na qual a máquina a laser é integrada com computadores para realizar o processo de soldagem. Todas as ações de controle durante o processo de soldagem a laser são feitas pelo CAM. Acelera o processo de soldagem em grande medida.
• CAD: É chamado de Desenho Assistido por Computador. É usado para projetar o trabalho para soldagem. Aqui computadores são usados para projetar a peça 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 da peça.

Como Funciona a Soldagem a 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 grossos pode produzir soldas estreitas e profundas entre peças com arestas quadradas.

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

A concentração deste fóton emitido é aumentada pela emissão estimulada de radiação e obtemos um feixe de laser de alta energia focado. A amplificação de luz por emissão estimulada de radiação é chamada de laser.

Inicialmente, a máquina de soldagem é configurada (entre as duas peças de metal a unir) no local desejado. Após a configuração, 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 requerida. CAM é usado para controlar a velocidade do laser e da mesa da peça durante o processo de soldagem.

Inicia a lâmpada de flash da máquina e ela emite fótons de luz. A energia dos fótons de luz é absorvida pelos átomos de cristais de rubi e elétrons são excitados para seus níveis de energia mais altos. Quando retornam ao seu estado de baixa energia ou estado fundamental, 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 múltiplas peças juntas.

Tipos de Lasers Usados

1. Lasers a gás: Usa misturas de gases como meio laser para produzir laser. Misturas de gases como nitrogênio, hélio e CO2 são usadas como meio laser.
2. Laser de estado sólido: 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 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: 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 firmemente controlado permite micro-soldagem precisa de componentes miniaturas.
• Deformação: As peças têm deformação ou encolhimento mínimos.
• Sem contato: Nenhum contato físico entre o material e a cabeça do laser.
• Soldagem de um lado: A soldagem a laser pode substituir a soldagem por pontos requerendo acesso de apenas um lado.
• Sucata: 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 para este processo é alto.
• Se o material de adição for necessário, mas neste processo, quantidade limitada produzida com o uso de material de adição, então relativamente caro.
• Também existem algumas operações pós-soldagem.
• Juntas devem ser posicionadas lateralmente com precisão sob o feixe.
• A posição final da junta é precisamente alinhada com o ponto de incidência do feixe.
• A espessura máxima da junta que pode ser soldada por feixe de laser é um tanto limitada.
• Materiais com alta condutividade térmica e refletividade como ligas de Al e Cu podem afetar a soldabilidade com lasers.
• Um dispositivo apropriado de controle de plasma deve ser empregado para garantir a reprodutibilidade da solda ao realizar soldagem a laser de potência moderada a alta.
• Lasers tendem a ter baixa eficiência de conversão de energia, menos de 10 por cento.
• Alguma porosidade e fragilidade de solda podem ser esperadas, como consequência das características de solidificação rápida do LBM.

Aplicação da Máquina de Feixe de Laser

• É proeminente na indústria automotiva. Então, é usada na área onde grande volume de produção é requerido.
• É empregada para soldas de alta precisão. Como não usa nenhum eletrodo, a solda final será leve mas forte.
• A soldagem a laser também é frequentemente usada na fabricação de joias.
• No entanto, a soldagem a feixe de laser é usada em indústrias médicas para unir metais em pequena escala.