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Aug 22, 2023

Considerações essenciais para soldagem a laser

A soldagem a laser envolve uma infinidade de variáveis ​​de processo. mas com criatividade

A soldagem a laser envolve uma infinidade de variáveis ​​de processo. Mas com pensamento criativo, também oferece oportunidades significativas.

Em todos os setores, os produtos estão sendo projetados, redesenhados ou reavaliados para obter melhores materiais ou funcionalidades. Os produtos finais são feitos de muitos componentes e esses componentes precisam ser unidos de alguma forma. Um desses métodos de união é a soldagem a laser.

A soldagem a laser usa um feixe de luz de alta intensidade para criar uma poça de fusão fundida para fundir os materiais. É um processo sem contato, tem baixa entrada de calor em relação a outros processos de fusão, oferece altas velocidades de processamento e produz zonas de fusão profundas em uma única passagem.

Obviamente, para aproveitar ao máximo todos esses benefícios e garantir um processo repetível e de alta qualidade, os fabricantes precisam considerar como a soldagem a laser se compara a outros processos de soldagem por fusão. O projeto de juntas e dispositivos de fixação também desempenha um papel. Como acontece com qualquer tecnologia de fabricação de metal, a implementação inteligente começa com um bom entendimento dos fundamentos do processo.

A soldagem a laser usa um feixe de luz focado em um pequeno ponto na peça de trabalho. Gerada a partir de alguma forma de meio, a luz sai da fonte do laser e começa a divergir. É então colimado para que o feixe seja paralelo e não cresça. A distância da saída até a superfície de colimação é chamada de comprimento de colimação. O feixe permanece colimado até atingir uma superfície de foco. Em seguida, o feixe se estreita em forma de ampulheta até que fique focado em seu menor ponto. A distância da superfície de foco ao menor ponto é chamada de distância focal. O tamanho do ponto de foco é determinado pela seguinte equação: Diâmetro da fibra × Comprimento focal/Comprimento de colimação = Diâmetro do foco

A distância em que o diâmetro do foco está dentro de 86% da área focal é chamada de profundidade de foco. Se a posição do foco mudar para fora dessa área, espere que os resultados do processo mudem. Quanto maior a razão entre o comprimento focal e o comprimento de colimação, maior se torna a profundidade de foco para uma determinada fibra.

Fibras maiores têm maior profundidade de foco em comparação com diâmetros de fibra menores. As razões e fibras maiores têm um tamanho de ponto maior que causa uma diminuição na densidade de potência e, portanto, uma diminuição na penetração.

Existem duas formas de soldagem a laser: soldagem por condução de calor e soldagem por fechadura. Na soldagem por condução de calor, o feixe de laser funde as partes correspondentes ao longo de uma junta comum e os materiais fundidos fluem juntos e solidificam para formar a solda. Usado para unir peças de parede fina, a soldagem por condução de calor usa lasers de estado sólido pulsados ​​ou de onda contínua.

Na soldagem por condução de calor, a energia é acoplada à peça de trabalho apenas por condução de calor. Por esta razão, a profundidade da solda varia de apenas alguns décimos de milímetro a 1 mm. A condutividade térmica do material limita a profundidade máxima da solda, e a largura da solda é sempre maior que sua profundidade. A soldagem a laser por condução de calor é usada para soldas de canto nas superfícies visíveis de caixas de dispositivos, bem como outras aplicações em eletrônica.

Soldagem em buraco de fechadura (consultefigura 1 ) requer densidades de potência extremamente altas de cerca de 1 megawatt por centímetro quadrado. É usado em aplicações que requerem soldas profundas ou onde várias camadas de material devem ser soldadas simultaneamente.

Nesse processo, o feixe de laser não apenas derrete o metal, mas também produz vapor. O vapor que se dissipa exerce pressão sobre o metal fundido e o desloca parcialmente. O material, entretanto, continua a derreter. O resultado é um buraco profundo, estreito e cheio de vapor, ou fechadura, cercado por metal fundido.

FIGURA 1A soldagem Keyhole requer densidades de potência extremamente altas e é usada em aplicações que requerem soldas profundas.

À medida que o feixe de laser avança ao longo da junta de solda, o buraco da fechadura se move com ele através da peça de trabalho. O metal fundido flui ao redor do buraco da fechadura e se solidifica em seu rastro. Isso produz uma solda profunda e estreita com uma estrutura interna uniforme. A profundidade da solda pode exceder 10 vezes a largura da solda. O material fundido absorve o feixe de laser quase completamente e a eficiência do processo de soldagem aumenta. O vapor no buraco da fechadura também absorve a luz do laser e é parcialmente ionizado. Isso resulta na formação de plasma, que também coloca energia na peça de trabalho. Como resultado, a soldagem por penetração profunda se distingue pela grande eficiência e altas velocidades de soldagem. Graças à alta velocidade, a zona afetada pelo calor (HAZ) é pequena e a distorção é mínima.