A influência do gás protetor na soldagem a laser
O que o gás protetor adequado pode lhe proporcionar?
INa soldagem a laser, a escolha do gás de proteção pode ter um impacto significativo na formação, qualidade, profundidade e largura da junta de solda.
Na grande maioria dos casos, a introdução de gás protetor tem um efeito positivo na junta de solda, enquanto o uso inadequado de gás protetor pode ter efeitos prejudiciais na soldagem.
Os efeitos adequados e inadequados da utilização do gás protetor são os seguintes:
Uso adequado
Uso indevido
1. Proteção eficaz da poça de fusão
A introdução adequada de gás protetor pode proteger eficazmente a poça de fusão da oxidação ou mesmo impedi-la por completo.
1. Deterioração da junta de solda
A introdução inadequada de gás protetor pode resultar em má qualidade da solda.
2. Redução de respingos
A introdução correta de gás protetor pode reduzir eficazmente os respingos durante o processo de soldagem.
2. Rachaduras e redução das propriedades mecânicas
A escolha do tipo errado de gás pode levar ao aparecimento de fissuras na junta de solda e à diminuição do desempenho mecânico.
3. Formação uniforme da junta de solda
A introdução adequada de gás protetor promove a dispersão uniforme da poça de fusão durante a solidificação, resultando em uma junta de solda uniforme e esteticamente agradável.
3. Aumento da oxidação ou interferência
A escolha de uma vazão de gás inadequada, seja muito alta ou muito baixa, pode levar ao aumento da oxidação da solda. Também pode causar perturbações severas no metal fundido, resultando em colapso ou formação irregular da solda.
4. Aumento da utilização do laser
A introdução correta de gás protetor pode reduzir eficazmente o efeito de blindagem das plumas de vapor metálico ou nuvens de plasma sobre o laser, aumentando assim a sua eficiência.
4. Proteção inadequada ou impacto negativo
A escolha de um método inadequado de introdução de gás pode resultar em proteção insuficiente da junta de solda ou até mesmo ter um efeito negativo na formação da mesma.
5. Redução da porosidade da solda
A introdução correta de gás protetor pode minimizar eficazmente a formação de poros de gás na junta de solda. Selecionando o tipo de gás, a vazão e o método de introdução adequados, é possível obter resultados ideais.
5. Influência na profundidade da solda
A introdução de gás protetor pode ter um certo impacto na profundidade da solda, especialmente na soldagem de chapas finas, onde tende a reduzir a profundidade da solda.
Vários tipos de gás protetor
Os gases de proteção mais comuns na soldagem a laser são nitrogênio (N2), argônio (Ar) e hélio (He). Esses gases possuem diferentes propriedades físicas e químicas, o que resulta em efeitos variados na junta de solda.
1. Nitrogênio (N2)
O N2 possui uma energia de ionização moderada, superior à do Ar e inferior à do He. Sob a ação do laser, ioniza-se em grau moderado, reduzindo eficazmente a formação de nuvens de plasma e aumentando a utilização do laser. No entanto, o nitrogênio pode reagir quimicamente com ligas de alumínio e aço carbono em determinadas temperaturas, formando nitretos. Isso pode aumentar a fragilidade e reduzir a tenacidade da junta soldada, afetando negativamente suas propriedades mecânicas. Portanto, o uso de nitrogênio como gás de proteção para soldas de ligas de alumínio e aço carbono não é recomendado. Por outro lado, o nitrogênio pode reagir com o aço inoxidável, formando nitretos que aumentam a resistência da junta soldada. Portanto, o nitrogênio pode ser usado como gás de proteção para soldagem de aço inoxidável.
2. Gás argônio (Ar)
O gás argônio possui a energia de ionização relativamente mais baixa, resultando em um maior grau de ionização sob a ação do laser. Isso é desfavorável para o controle da formação de nuvens de plasma e pode ter um certo impacto na utilização eficaz dos lasers. No entanto, o argônio tem reatividade muito baixa e é improvável que sofra reações químicas com metais comuns. Além disso, o argônio tem um custo acessível. Ademais, devido à sua alta densidade, o argônio afunda acima da poça de fusão, proporcionando melhor proteção a esta. Portanto, ele pode ser usado como um gás de proteção convencional.
3. Gás Hélio (He)
O gás hélio possui a maior energia de ionização, resultando em um grau de ionização muito baixo sob a ação do laser. Isso permite um melhor controle da formação da nuvem de plasma, e os lasers podem interagir efetivamente com metais. Além disso, o hélio tem reatividade muito baixa e não reage facilmente com metais, tornando-o um excelente gás para proteção de soldagem. No entanto, o custo do hélio é alto, por isso geralmente não é usado na produção em massa de produtos. É comumente empregado em pesquisa científica ou para produtos de alto valor agregado.
Dois métodos de utilização de gás protetor
Atualmente, existem dois métodos principais para introduzir gás de proteção: sopro lateral fora do eixo e gás de proteção coaxial, conforme mostrado na Figura 1 e na Figura 2, respectivamente.
Figura 1: Gás de proteção soprado lateralmente fora do eixo
Figura 2: Gás de blindagem coaxial
A escolha entre os dois métodos de sopro depende de várias considerações.
Em geral, recomenda-se o uso do método de sopro lateral fora do eixo para o gás de proteção.
Como selecionar o gás protetor adequado?
Primeiramente, é importante esclarecer que o termo "oxidação" de soldas é uma expressão coloquial. Em teoria, refere-se à deterioração da qualidade da solda devido a reações químicas entre o metal de solda e componentes nocivos presentes no ar, como oxigênio, nitrogênio e hidrogênio.
Prevenir a oxidação da solda envolve reduzir ou evitar o contato entre esses componentes nocivos e o metal de solda em alta temperatura. Esse estado de alta temperatura inclui não apenas o metal fundido da poça de fusão, mas também todo o período desde a fusão do metal de solda até a solidificação da poça e a redução de sua temperatura abaixo de um determinado limite.
Processo de soldagem
Por exemplo, na soldagem de ligas de titânio, quando a temperatura está acima de 300°C, ocorre rápida absorção de hidrogênio; acima de 450°C, ocorre rápida absorção de oxigênio; e acima de 600°C, ocorre rápida absorção de nitrogênio.
Portanto, é necessária uma proteção eficaz para a solda de liga de titânio durante a fase de solidificação, quando sua temperatura cai abaixo de 300 °C, para evitar a oxidação. Com base na descrição acima, fica claro que o gás de proteção injetado precisa proteger não apenas a poça de fusão no momento apropriado, mas também a região recém-solidificada da solda. Assim, o método de injeção lateral fora do eixo, mostrado na Figura 1, é geralmente preferido por oferecer uma área de proteção mais ampla em comparação com o método de proteção coaxial mostrado na Figura 2, especialmente para a região recém-solidificada da solda.
No entanto, para certos produtos específicos, a escolha do método precisa ser feita com base na estrutura do produto e na configuração da junta.
Seleção específica do método de introdução de gás protetor
1. Solda em linha reta
Se o formato da solda do produto for reto, como mostrado na Figura 3, e a configuração da junta incluir juntas de topo, juntas sobrepostas, soldas de filete ou soldas empilhadas, o método preferido para esse tipo de produto é o método de sopro lateral fora do eixo mostrado na Figura 1.
Figura 3: Solda em linha reta
2. Soldagem de Geometria Plana Fechada
Conforme ilustrado na Figura 4, a solda neste tipo de produto apresenta um formato plano fechado, como uma linha circular, poligonal ou multissegmentada. As configurações das juntas podem incluir juntas de topo, juntas sobrepostas ou soldas empilhadas. Para este tipo de produto, o método preferencial é o uso do gás de proteção coaxial mostrado na Figura 2.
Figura 4: Solda com geometria plana fechada
A seleção do gás de proteção para soldas planas em geometrias fechadas afeta diretamente a qualidade, a eficiência e o custo da produção de soldagem. No entanto, devido à diversidade de materiais a serem soldados, a seleção do gás de soldagem é complexa nos processos reais de soldagem. Requer uma análise abrangente dos materiais, dos métodos de soldagem, das posições de soldagem e do resultado desejado. A seleção do gás de soldagem mais adequado pode ser determinada por meio de testes de soldagem para alcançar resultados ótimos.
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Perguntas frequentes
- Na soldagem a laser, o gás de proteção é um componente crítico usado para proteger a área de solda da contaminação atmosférica. O feixe de laser de alta intensidade usado nesse tipo de soldagem gera uma quantidade significativa de calor, criando uma poça de metal fundido.
O gás inerte é frequentemente usado para proteger a poça de fusão durante o processo de soldagem a laser. Em alguns materiais, a oxidação superficial pode não ser um problema. No entanto, para a maioria das aplicações, hélio, argônio, nitrogênio e outros gases são frequentemente usados como proteção. A seguir, vamos analisar por que as máquinas de soldagem a laser precisam de gás de proteção durante a soldagem.
Na soldagem a laser, o gás de proteção influencia o formato, a qualidade, a penetração e a largura da solda. Na maioria dos casos, a aplicação do gás de proteção tem um impacto positivo na solda.
- Misturas de argônio e hélioMisturas de argônio e hélio: geralmente recomendadas para a maioria das aplicações de soldagem a laser de alumínio, dependendo do nível de potência do laser. Misturas de argônio e oxigênio: podem proporcionar alta eficiência e qualidade de soldagem aceitável.
- Os gases utilizados no projeto e aplicação de lasers a gás são os seguintes: dióxido de carbono (CO2), hélio-neônio (H e Ne) e nitrogênio (N).
Tem alguma dúvida sobre soldagem a laser portátil?
Data da publicação: 19 de maio de 2023