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O que é soldagem a laser?

O que é soldagem a laser

O que é soldagem a laser?

A soldagem a laser é um processo que usa um feixe de laser de alta precisão para unir metais ou termoplásticos para formar uma solda. Como uma fonte de calor concentrada, a soldagem a laser pode soldar materiais finos em altas velocidades de soldagem. Em materiais mais espessos, no entanto, soldas estreitas e profundas podem ser produzidas entre peças com arestas quadradas.
Índice
máquina de solda a laser

O que é soldagem a laser?

Soldagem a laser ou soldagem por feixe de laser (LBW) é um processo que utiliza uma fonte de calor concentrada na forma de laser para derreter materiais que se fundem à medida que esfriam. A soldagem a laser é um processo versátil porque pode soldar materiais finos rapidamente e, ao mesmo tempo, formar soldas estreitas e profundas em materiais mais espessos.
A soldagem a laser usa um feixe de laser de alta precisão para derreter metais e termoplásticos, de modo que a exatidão e a precisão do processo resultam em baixa distorção térmica, tornando-o ideal para soldar materiais sensíveis. Este processo é geralmente automatizado, permitindo altas taxas de soldagem.
Embora as máquinas de solda a laser custem mais do que os processos de soldagem tradicionais, os custos operacionais são menores porque a soldagem a laser não requer necessariamente material de enchimento adicional e pós-processamento. Além disso, velocidades de soldagem mais altas permitem que mais peças sejam produzidas por hora. A tecnologia de soldagem a laser é significativamente diferente dos processos tradicionais de soldagem a arco, como TIG, MIG e SMAW. Aplicações de soldagem modernas usam robôs programáveis com ótica avançada para identificar uma área na peça de trabalho.
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Tipos de soldagem a laser

A soldagem a laser opera em dois modos diferentes: soldagem por condução de calor e soldagem de furo profundo. Todos eles têm princípios operacionais exclusivos adequados para aplicações específicas, e o modo no qual o feixe de laser interage com o material que está soldando dependerá da densidade de potência com que o feixe atinge a peça de trabalho.

Soldagem por Condução de Calor

Neste método, um feixe de laser focado é usado para derreter a superfície do substrato. Este processo geralmente é feito com um laser de baixa potência abaixo de 500W e é usado principalmente para produzir soldas que não requerem alta resistência de soldagem. Quando a junta esfria e solidifica, ela produz uma solda precisa e suave. As soldas criadas usando métodos de transferência de calor geralmente não requerem nenhum acabamento adicional e estão prontas para uso.
Nos métodos de soldagem por condução de calor, a energia entra na zona de solda apenas por condução de calor, o que limita a profundidade da solda, portanto, o processo é ideal para unir materiais finos. Este tipo de soldagem é frequentemente usado para soldas visíveis onde a estética é desejada.
Existem duas subcategorias de soldagem por condução de calor:
  • Aquecimento direto – A capacidade de aplicar um feixe de laser diretamente a uma superfície de metal.
  • Transferência de energia – A tinta absorvente é aplicada à costura para absorver a energia aplicada pelo feixe de laser.

Soldagem de furo profundo

A execução do processo no modo de solda de furo profundo produz soldas profundas e estreitas com uma estrutura uniforme. Durante esse processo, o feixe de laser aquece o metal de tal forma que ele evapora da superfície de contato e penetra profundamente no metal. Isso não apenas derrete o metal, mas também o vaporiza, criando uma cavidade estreita e cheia de vapor chamada cavidade de fechadura ou capilar de vapor. À medida que o feixe de laser passa pela peça de trabalho, ele se enche de metal fundido. A soldagem Keyhole é um processo de alta velocidade, portanto, a deformação e a formação da zona afetada pelo calor são mínimas.
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Processo de Soldagem a Laser

A soldagem a laser funciona usando um laser de densidade de alta potência para aplicar calor à junta entre duas superfícies metálicas. O material derreterá nas costuras e permitirá a fusão entre os metais à medida que solidifica.
A soldagem a laser é normalmente realizada por robôs de soldagem que podem aplicar grandes quantidades de energia em alta velocidade e com precisão, guiados por fibras ópticas flexíveis. Isso resulta na fusão de uma quantidade suficiente de metal na junta para produzir uma solda estreita com distorção mínima. Máquinas de solda a laser portáteis são uma ótima alternativa para máquinas industriais volumosas, mas a segurança dos soldadores a laser pode ser desafiada e requer o uso de equipamento de proteção especializado.
O processo de soldagem pode ser realizado em condições atmosféricas, mas para materiais mais reativos é recomendado um escudo de gás inerte para eliminar o risco de contaminação. Semelhante à soldagem por feixe de elétrons, a soldagem a laser pode ser realizada no vácuo, mas não foi considerada economicamente viável. Portanto, os soldadores a laser são equipados com bicos de gás que fornecem gás inerte para a área de soldagem.
Muitas aplicações de soldagem a laser não requerem material de enchimento adicional. No entanto, alguns materiais e aplicações desafiadores exigem materiais de enchimento para produzir soldas satisfatórias. A adição de material de enchimento melhora o perfil da solda, reduz as fissuras de solidificação, confere melhores propriedades mecânicas à solda e permite um ajuste mais preciso da junta. O material de enchimento pode ser em pó ou em arame de enchimento. No entanto, como o pó é geralmente mais caro para a maioria dos materiais, é mais comum usar pasta de arame. Os quatro tipos mais comuns de juntas usadas na soldagem a laser são soldas de topo, soldas de flange de borda, soldas sobrepostas de enchimento e soldas sobrepostas.
A soldagem a laser pode ser realizada em uma variedade de materiais metálicos, incluindo aço macio, aço inoxidável, alumínio, titânio e muito mais. A soldagem a laser de aço com alto teor de carbono geralmente não é recomendada devido à rápida taxa de resfriamento e à tendência a rachaduras.
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Tipo de Laser

máquinas de solda a laser para processos de soldagem são divididos principalmente em 3 tipos: laser de gás (CO2), laser de estado sólido e laser de fibra.

Laser a gás (CO2)

A fonte do laser de CO2 é um gás misto, no qual o CO2 é o componente principal, além de nitrogênio e hélio. Esses lasers podem ser operados em modo contínuo ou pulsado em baixas correntes e altas voltagens para excitar moléculas de gás. Os lasers de CO2 também são usados em casos especiais, como soldagem a laser de feixe duplo, onde dois feixes são gerados e dispostos em série ou lado a lado.

Laser de estado sólido

Os lasers de estado sólido usam a tecnologia de estado sólido bombeado por diodo (DPSS) para bombear minerais como rubi, vidro ou ítrio, alumínio e granada (YAG) ou cristais de vanadato de ítrio (YVO4) através de diodos laser para produzir luz laser. Esses lasers operam em modo de onda contínua ou feixe pulsado. O modo de pulso produz uma junta semelhante a uma solda a ponto, mas com penetração total. Comparado com os lasers de fibra modernos, este tipo de laser tem muitas desvantagens, mas não podemos negar que os lasers de estado sólido ainda têm excelente estabilidade e qualidade do feixe, bem como alta eficiência.
Os lasers baseados em semicondutores também estão no estado sólido, mas geralmente são considerados uma classe diferente dos lasers de estado sólido. Esses lasers só são bons para projetos menores e mais baratos. No entanto, às vezes são usados para soldagem em áreas de difícil acesso porque o equipamento é mais compacto. A qualidade do feixe é muito inferior à de outros tipos de laser, por isso não é comum em ambientes industriais.

laser de fibra

Os lasers de fibra são uma nova classe de lasers de estado sólido que oferecem maior potência de laser, melhor qualidade e operação mais segura. Em um laser de fibra, o feixe de laser é produzido quando a fibra absorve a luz bruta do diodo laser da bomba. Para conseguir essa transição, a fibra é dopada com elementos de terras raras. Usando diferentes elementos de dopagem, é possível gerar feixes de laser com uma ampla gama de comprimentos de onda, o que torna os lasers de fibra ideais para uma variedade de aplicações, incluindo soldagem a laser e corte a laser. No entanto, vale a pena notar que as cabeças de corte a laser padrão não podem ser usadas para soldagem e as cabeças de solda a laser não podem atender à velocidade de corte e aos requisitos de qualidade da maioria das aplicações industriais.
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Quais são as diretrizes de segurança para o uso de soldagem a laser?

Embora um soldador a laser portátil seja fácil de usar e tenha recursos de segurança integrados, é importante lembrar que é um poderoso equipamento industrial. Ao trabalhar em uma máquina de solda a laser, lembre-se de que o feixe de laser pode ser perigoso para o corpo e os olhos. Feixes de solda a laser são luz invisível, então você não pode confiar em pistas visuais para segurança.
Embora as máquinas de solda a laser sejam lasers de Classe IV e os recursos de segurança estejam integrados ao sistema, os requisitos tradicionais de segurança de soldagem também precisam ser implementados ao estabelecer um programa de segurança a laser. Aqui estão algumas regras gerais a seguir:
  • Use roupas não inflamáveis, mangas compridas ou traje de solda. Qualquer pessoa em uma área controlada por laser deve usar equipamento de proteção individual, incluindo óculos de proteção contra laser apropriados para o tipo de laser e capacete de soldagem convencional.
  • Siga os procedimentos de segurança operacional, levando em consideração que a luz do laser pode ser refletida.
  • Nunca opere uma máquina de solda a laser portátil até estar totalmente familiarizado com os requisitos e procedimentos de segurança documentados no manual do equipamento fornecido pelo fabricante.
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Vantagens da soldagem a laser

  • Excelente qualidade de solda devido à baixa entrada de calor e controle preciso da potência do laser.
  • Velocidade de soldagem rápida e baixo custo unitário.
  • Profundidades de soldagem maiores formam soldas de alta resistência.
  • Permite combinações de materiais de soldagem que não podem ser unidos por outros métodos.
  • Equipamentos de soldagem simples permitem a soldagem em condições especiais.
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Desvantagens da soldagem a laser

  • O investimento inicial é alto.
  • Tolerâncias apertadas requerem ajuste perfeito da peça e alinhamento a laser.
  • Materiais com alta refletividade e condutividade (alumínio e cobre) podem produzir resultados de soldagem complexos (no caso de lasers de CO2).
  • A solidificação rápida pode resultar em porosidade e fragilidade.
  • A ótica do laser é muito frágil e pode ser facilmente danificada.
Amostra de soldagem a laser

Soldagem Híbrida a Laser

A soldagem híbrida a laser combina os métodos de soldagem de arco elétrico e feixe de laser. Os dois métodos de soldagem atuam na mesma área de soldagem ao mesmo tempo, portanto, o efeito de soldagem tem as vantagens da soldagem a arco e laser, criando um processo de soldagem exclusivo. Embora a soldagem a laser possa ser usada em conjunto com quase todos os processos de soldagem a arco, existem alguns processos que se destacam e são mais comumente usados.
Existem três tipos principais de soldagem híbrida a laser:
  • Soldagem aditiva MIG (geralmente sinônimo de soldagem híbrida a laser)
  • Soldagem aditiva TIG
  • Soldagem a arco plasma
O processo de soldagem híbrida oferece a penetração profunda da soldagem a laser e um perfil de capa de solda comparável aos processos de soldagem a arco. O uso de gás de proteção e outros consumíveis de soldagem a arco permite um melhor controle das características da solda do que a própria soldagem a laser. A soldagem híbrida a laser é, sem dúvida, um processo emergente que será cada vez mais usado na construção naval, ferroviária, nas indústrias automotiva e em grandes projetos de soldagem de dutos no futuro.

perguntas frequentes

A soldagem a laser precisa de gás?
Os lasers podem ser executados com ou sem gás, dependendo da aplicação e do material a ser soldado. Em alguns casos, um gás de proteção como argônio, hélio ou nitrogênio pode ser usado para criar uma atmosfera de proteção ao redor da área de soldagem. Isso é especialmente importante ao soldar materiais sensíveis à oxidação, como titânio ou alumínio. O tipo de gás utilizado depende do material a ser soldado, do processo de soldagem e do equipamento utilizado.
Em alguns casos, uma mistura de gás pode ser usada para obter um efeito de soldagem específico. Por exemplo, uma mistura de hélio e argônio pode ser usada para soldar aço inoxidável, enquanto o nitrogênio é frequentemente usado para soldar alumínio. O uso de gás é um aspecto importante da soldagem a laser e contribui para a qualidade e confiabilidade da solda.
Sim, a soldagem a laser é um método de soldagem robusto e confiável. A soldagem a laser usa um feixe de laser altamente focado para derreter e fundir superfícies metálicas para formar uma ligação forte e de alta qualidade. O calor gerado pelo feixe de laser de alta potência é altamente concentrado, resultando em deformação mínima e em uma zona afetada pelo calor muito estreita.
A força da soldagem a laser depende de uma variedade de fatores, incluindo o tipo de metal que está sendo soldado e o processo de soldagem específico usado. A preparação adequada e os parâmetros de soldagem, como potência do laser, velocidade e duração do pulso, devem ser cuidadosamente controlados para garantir uma solda forte e confiável. Em geral, a soldagem a laser é particularmente eficaz para soldar materiais finos porque minimiza o calor e a distorção gerados durante o processo de soldagem.
A soldagem a laser é comumente usada em aplicações onde a força e a precisão são críticas, como a fabricação de dispositivos aeroespaciais, automotivos e médicos. Vale a pena notar, no entanto, que a resistência da solda também depende do projeto e execução adequados da solda, por isso é fundamental envolver soldadores e engenheiros experientes no processo.

A soldagem a laser é um método de soldagem de alta precisão que pode ser usado para unir diversos tipos de metais, incluindo:

  • Aço: A soldagem a laser é comumente usada para soldar vários tipos de aço, incluindo aço macio, aço inoxidável e aço de alta resistência, pois pode fornecer soldas de alta qualidade com baixa entrada de calor.
  • Alumínio: A soldagem a laser é um método eficaz para soldar alumínio devido à sua alta refletividade e condutividade térmica.
  • Cobre: A soldagem a laser também é eficaz para soldar cobre e latão, enquanto as técnicas de soldagem tradicionais são difíceis de soldar cobre, elas são frequentemente usadas em aplicações eletrônicas e hidráulicas.
  • Titânio: A soldagem a laser é frequentemente usada para soldar titânio devido ao seu alto ponto de fusão e reatividade.
  • Ouro e prata: A soldagem a laser também pode ser usada para soldar metais preciosos, como ouro e prata, que são frequentemente usados na fabricação de joias e outras aplicações de alta qualidade.
  • Níquel e suas ligas: A soldagem a laser pode ser usada para soldar níquel e suas ligas, como Inconel, que é frequentemente usado na indústria aeroespacial e outras aplicações de alto desempenho.
  • Magnésio: O magnésio é um metal leve que pode ser soldado com lasers, especialmente nas indústrias automotiva e aeroespacial.

A soldagem a laser é um método de soldagem versátil que pode ser usado para unir uma ampla variedade de metais, ferrosos e não ferrosos. No entanto, a adequação exata da soldagem a laser para um determinado metal dependerá das propriedades específicas do metal e dos requisitos da aplicação de soldagem.

Geralmente, a soldagem a laser não usa arame de solda. Ao contrário de outros tipos de processos de soldagem, como MIG (gás inerte de metal) ou TIG (gás inerte de tungstênio), a soldagem a laser não requer um material de enchimento como arame de solda para unir duas peças de metal. A soldagem a laser usa um feixe de laser focado e de alta intensidade para derreter e unir duas peças de metal. O calor gerado pelo feixe de laser geralmente é suficiente para derreter o metal sem material de solda adicional.
Em alguns casos, no entanto, uma pequena quantidade de material de enchimento pode ser adicionada à junta para aumentar sua resistência ou para ajudar a preencher a lacuna entre as duas partes que estão sendo unidas. Este material de enchimento é geralmente em forma de arame ou pó e é adicionado à junta por um processo manual ou automatizado. Além disso, algumas técnicas de soldagem a laser, como a soldagem a laser híbrida, podem usar arame de solda para criar um arco mais estável e reduzir os respingos.

A soldagem a laser é um processo amplamente utilizado em vários setores, incluindo automotivo, aeroespacial e médico. Embora a soldagem a laser tenha muitas vantagens, como alta precisão, velocidade rápida e pequena deformação, também existem alguns defeitos potenciais no processo de soldagem. Algumas armadilhas da soldagem a laser incluem:

  • Porosidade: Formação de pequenos vazios ou poros no material de soldagem, causados por gases aprisionados durante o processo de soldagem, que podem enfraquecer a junta soldada e reduzir sua resistência.
  • Rachaduras: A soldagem a laser pode criar uma zona afetada pelo calor altamente concentrada, que pode levar à rachadura do material soldado, especialmente se o material tiver um alto coeficiente de expansão térmica ou a velocidade de soldagem for muito lenta.
  • Fusão incompleta: A potência insuficiente do laser para fundir totalmente o metal base ou o metal de adição resultará na fusão incompleta da solda, resultando em uma junta fraca ou incompleta.
  • Rebaixo: O derretimento excessivo do material de base pode causar ranhuras ou cortes na borda da solda, enfraquecendo a resistência da junta.
  • Empenamento: A soldagem a laser gera muito calor, fazendo com que o material de soldagem se expanda e se contraia. Isso pode causar deformação ou empenamento do material soldado, o que pode afetar a precisão dimensional e a qualidade do produto, especialmente para materiais finos ou frágeis.
  • Oxidação: A exposição ao oxigênio durante a soldagem a laser pode causar oxidação do material de base, resultando em juntas enfraquecidas e resistência à corrosão reduzida.
  • Sensibilidade à montagem da junta: A soldagem a laser requer um alinhamento preciso das duas peças que estão sendo soldadas. Qualquer desalinhamento ou variação nas dimensões da folga afetará a qualidade da solda.

Para minimizar esses defeitos, os parâmetros do processo de soldagem a laser, incluindo potência do laser, velocidade de soldagem e foco do feixe, devem ser otimizados e materiais de adição adequados e gases de proteção devem ser usados. Além disso, o tratamento adequado da superfície, o projeto da junta e o tratamento térmico pós-soldagem também podem ajudar a reduzir a ocorrência de defeitos na soldagem a laser.

Resumir

A soldagem a laser é usada para soldagem de alta precisão e, como não usa nenhum eletrodo, o resultado final da soldagem será leve, mas forte. O investimento inicial é caro, mas a qualidade e as características da soldagem a laser não podem ser facilmente replicadas. À medida que os lasers se tornam mais poderosos e eficientes em termos de energia, o futuro da soldagem a laser parece brilhante!
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