Soldagem a laser

No método de soldagem a laser, um feixe de luz concentrado com alta densidade de energia (diâmetro do feixe de 0,1 ... 2 mm) é usado para conectar as peças. De acordo com o tipo de feixe de luz, a soldagem a laser pode ser pulsada e contínua. As juntas pontuais são soldadas de maneira pulsada, para costuras contínuas é usada radiação periódica pulsada ou contínua. A soldagem por pulso também é usada quando é necessário garantir deformações mínimas de aquecimento de temperatura e alta precisão, continuamente - para soldagem de alta velocidade em produção em série ou em massa.

A soldagem a laser é usada para unir vários materiais: aço, titânio, alumínio, metais refratários, cobre, ligas metálicas, metais preciosos, bimetais, com espessura de dezenas a vários milímetros. No entanto, a soldagem a laser de metais refletivos, como alumínio e cobre, é um pouco difícil. A soldagem a laser de metais é mostrada na fig. 2.

A soldagem de metais ativos é realizada com gás de proteção na forma de jato direcionado na área de exposição ao feixe de luz.

Foto 1 — Soldagem a laser de estado sólido: 1 — meio ativo (rubi, granada, neodímio), 2 — lâmpada de bomba, 3 — espelho opaco, 4 — espelho translúcido, 5 — fibra óptica, 6 — sistema óptico, 7 — detalhe, 8 — feixe de laser no ponto de foco, 9, 10 — divisores de feixe de laser.

Foto 2 — Soldabilidade dos materiais

De acordo com a profundidade de penetração, existem três tipos de soldagem a laser:

1) microssoldagem (menos de 100 mícrons),

2) mini-soldagem (0,1 ... 1 mm),

3) soldagem macro (mais de 1 mm).

Como a profundidade de penetração geralmente não excede 4 mm, a soldagem a laser é amplamente utilizada principalmente na fabricação de ferramentas de precisão, na fabricação de dispositivos eletrônicos, relógios, na construção de aeronaves, na indústria automotiva, na soldagem de tubos e também é amplamente utilizada em a indústria de joias.

Antes da soldagem de topo e sobreposição, certifique-se de uma folga de 0,1 ... 0,2 mm. Com grandes lacunas, pode ocorrer esgotamento e falta de síntese.

Os principais parâmetros do modo de soldagem a laser são:

1) duração e energia do pulso,

2) frequência de pulso,

3) o diâmetro do feixe de luz,

4) a distância da menor parte do feixe focalizado até a superfície,

5) velocidade de soldagem. Atinge 5 mm/s. Para aumentar a velocidade, a frequência de pulso é aumentada ou o modo contínuo é usado.

A indústria utiliza 2 tipos de lasers para soldagem a laser:

1) lasers de estado sólido - rubi, neodímio e YAG (à base de granada de ítrio e alumínio);

2) lasers de gás CO2.

Recentemente, surgiram também máquinas de solda a laser, cujo elemento ativo é uma fibra óptica de quartzo.Esses lasers permitem a soldagem de materiais "problemáticos" - cobre e latão com alta refletividade, titânio.

As capacidades de várias máquinas de solda a laser são mostradas nas Tabelas 1 e 2.

Exemplos de modos de soldagem a laser de gás CO2 são mostrados na Tabela 3.

Tabela 1 — Espessura da chapa e potência do laser de soldagem

Tabela 2 — Aplicabilidade dos lasers

Tabela 3 — Modos de soldagem a topo a laser com laser a gás

O diâmetro do feixe de laser é geralmente de 0,3 mm. Soldas de topo soldadas com uma viga menor que 0,3 mm podem apresentar falta de adesão e falta de penetração. A soldagem com lasers de até 10 kW geralmente é feita sem carga.

Devido à pequena área afetada pelo calor durante a soldagem a laser, a solda esfria muito rapidamente. Isso pode ter consequências negativas e positivas para a qualidade da junta soldada. Muitos metais apresentam as melhores propriedades físicas e mecânicas com resfriamento rápido das juntas. No entanto, ao soldar aço inoxidável, isso pode levar à fratura da solda. O aumento da largura de pulso para 10 ms e o pré-aquecimento ajudam a eliminar esse fenômeno.

Com a escolha certa de materiais e modos de soldagem, a soldagem a laser produz costuras da mais alta qualidade.

Os sistemas de laser podem ser divididos em 3 categorias:

1) Dispositivos de gabinete. Nesses dispositivos, as peças de trabalho são colocadas em um espaço fechado especial contendo uma atmosfera neutra protetora e um feixe de laser. O soldador pode controlar e monitorar o processo de soldagem usando um sistema óptico especial.

2) Dispositivos destinados à soldagem externa.O raio laser tem vários graus de liberdade e produz movimentos programados. A zona de soldagem é protegida por um fluxo de gás.

3) Dispositivos destinados à soldagem manual a laser. As tochas a laser são muito semelhantes às tochas de soldagem TIG. O feixe de laser é transmitido para a tocha usando uma fibra óptica. Durante a soldagem, o soldador segura a tocha a laser em uma mão e o material de adição na outra.

Tabela 4 — Comparação de diferentes tipos de soldagem a laser

As vantagens da soldagem a laser incluem:

1) uma pequena área de efeito térmico do feixe de laser no material e, como resultado, deformações térmicas insignificantes;

2) possibilidade de soldagem em locais de difícil acesso, em ambiente transparente à radiação laser (vidro, líquidos, gases);

3) soldagem de materiais magnéticos;

4) pequeno diâmetro do feixe de luz, possibilidade de microssoldagem, cordão de solda estreito com boas características estéticas;

5) a capacidade de automatizar o processo;

6) manipulação flexível do feixe de luz por transmissão óptica;

7) a versatilidade do equipamento a laser (possibilidade de uso para soldagem e corte a laser, marcação e furação);

8) a possibilidade de soldar diferentes materiais.

Desvantagens da soldagem a laser:

1. Alto custo e complexidade do equipamento a laser.

2. Altos requisitos para preparação, limpeza de bordas de solda.

3. Impossibilidade de soldar peças com paredes espessas, potência insuficiente.O aumento da potência dos lasers de soldagem é limitado pelo fato de que, com um efeito mais forte do feixe de laser no metal, ele se espalha ativamente na zona de soldagem, o que danifica o sistema óptico do dispositivo e desativa o laser em questão de horas .