A soldagem a laser pode ser realizada por um gerador de laser contínuo ou pulsado. O princípio da soldagem a laser pode ser dividido em soldagem por condução térmica e soldagem por fusão profunda a laser. Densidades de potência inferiores a 10⁴~10⁵ W/cm² caracterizam-se pela soldagem por condução térmica, na qual a profundidade de fusão e a velocidade de soldagem são lentas. Quando a densidade de potência é superior a 10⁵~10⁷ W/cm², a superfície do metal se torna côncava, formando "orifícios" sob a ação do calor, resultando na soldagem por fusão profunda, que apresenta como características a alta velocidade de soldagem e uma grande relação profundidade/largura.
Hoje, abordaremos principalmente os principais fatores que afetam a qualidade da soldagem a laser por fusão profunda.
1. Potência do laser
Na soldagem por fusão profunda a laser, a potência do laser controla tanto a profundidade de penetração quanto a velocidade de soldagem. A profundidade da solda está diretamente relacionada à densidade de potência do feixe e é função da potência do feixe incidente e do ponto focal do feixe. De modo geral, para um feixe de laser de determinado diâmetro, a profundidade de penetração aumenta com o aumento da potência do feixe.
2. Ponto Focal
O tamanho do ponto do feixe é uma das variáveis mais importantes na soldagem a laser, pois determina a densidade de potência. No entanto, medi-lo é um desafio para lasers de alta potência, embora existam muitas técnicas de medição indireta disponíveis.
O tamanho do ponto focal do feixe, no limite de difração, pode ser calculado de acordo com a teoria da difração, mas o tamanho real do ponto é maior do que o valor calculado devido à baixa reflexão focal. O método de medição mais simples é o método do perfil de temperatura isotérmica, que mede o diâmetro do ponto focal e a perfuração após a queima de um papel espesso através de uma placa de polipropileno. Este método, através da prática de medição, permite determinar a potência do laser e o tempo de ação do feixe.
3. Gás protetor
O processo de soldagem a laser frequentemente utiliza gases protetores (hélio, argônio, nitrogênio) para proteger a poça de fusão, evitando a oxidação da peça durante a soldagem. A segunda razão para o uso de gases protetores é proteger a lente de focalização da contaminação por vapores metálicos e respingos de metal. Especialmente em soldagem a laser de alta potência, o material ejetado torna-se muito potente, sendo necessária a proteção da lente. O terceiro efeito do gás protetor é sua eficácia na dispersão do plasma gerado durante a soldagem a laser de alta potência. O vapor metálico absorve o feixe de laser e ioniza-se, formando uma nuvem de plasma. O gás protetor ao redor do vapor metálico também se ioniza devido ao calor. Se houver plasma em excesso, o feixe de laser é, de certa forma, consumido por ele. Como fonte de energia adicional, o plasma se forma na superfície de trabalho, resultando em uma menor profundidade de solda e uma superfície da poça de fusão mais ampla.
Como escolher o gás de proteção adequado?
4. Taxa de Absorção
A absorção do laser pelo material depende de algumas propriedades importantes do material, como taxa de absorção, refletividade, condutividade térmica, temperatura de fusão e temperatura de evaporação. Dentre todos esses fatores, o mais importante é a taxa de absorção.
Dois fatores afetam a taxa de absorção do feixe de laser pelo material. O primeiro é o coeficiente de resistividade do material. Constatou-se que a taxa de absorção é proporcional à raiz quadrada desse coeficiente, e que este varia com a temperatura. Em segundo lugar, o estado da superfície (ou acabamento) do material exerce uma influência importante na taxa de absorção do feixe, o que tem um efeito significativo no resultado da soldagem.
5. Velocidade de soldagem
A velocidade de soldagem influencia significativamente a profundidade de penetração. Aumentar a velocidade resulta em menor profundidade de penetração, enquanto uma velocidade muito baixa leva ao derretimento excessivo do material e à soldagem completa da peça. Portanto, existe uma faixa de velocidade de soldagem ideal para um determinado material, com uma potência de laser específica e uma determinada espessura, sendo que a profundidade máxima de penetração pode ser obtida com o valor de velocidade correspondente.
6. Distância focal da lente de foco
Uma lente de foco é geralmente instalada na cabeça da pistola de solda, com uma distância focal normalmente selecionada entre 63 e 254 mm (diâmetro de 2,5" a 10"). O tamanho do ponto focal é proporcional à distância focal; quanto menor a distância focal, menor o ponto. No entanto, a distância focal também afeta a profundidade de foco, ou seja, a profundidade de foco aumenta proporcionalmente à distância focal. Assim, uma distância focal curta pode melhorar a densidade de potência, mas, como a profundidade de foco é pequena, a distância entre a lente e a peça de trabalho deve ser mantida com precisão, e a profundidade de penetração não é grande. Devido à influência de respingos e do modo do laser durante a soldagem, a menor profundidade focal utilizada na prática é geralmente de 126 mm (diâmetro de 5"). Uma lente com distância focal de 254 mm (diâmetro de 10") pode ser selecionada quando a junta for grande ou quando for necessário aumentar o tamanho do ponto de solda. Nesse caso, uma potência de saída do laser (densidade de potência) maior é necessária para obter o efeito de furo com maior profundidade de penetração.
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Data da publicação: 27/09/2022