Noções básicas de soldagem a laser
A soldagem a laser é um processo sem contato que requer acesso à zona de solda de um lado das peças que estão sendo soldadas.
• A solda é formada quando a luz intensa do laser aquece rapidamente o material, normalmente calculado em milissegundos.
• Normalmente existem 3 tipos de soldas:
– Modo de condução.
– Modo de condução/penetração.
– Modo de penetração ou buraco de fechadura.
• A soldagem por condução é realizada em baixa densidade de energia, formando um pedaço de solda raso e largo.
• O modo de condução/penetração ocorre em densidade de energia média e mostra mais penetração do que o modo de condução.
• A soldagem por penetração ou buraco de fechadura é caracterizada por soldas estreitas e profundas.
– Neste modo, a luz do laser forma um filamento de material vaporizado conhecido como “buraco de fechadura” que se estende para dentro do material e fornece um canal para que a luz do laser seja entregue de forma eficiente ao material.
– Essa entrega direta de energia no material não depende de condução para atingir a penetração e, portanto, minimiza o calor no material e reduz a zona afetada pelo calor.
Soldagem por Condução
• A união por condução descreve uma família de processos nos quais o feixe de laser é focalizado:
– Para dar uma densidade de potência da ordem de 10³ Wmm⁻²
– Funde o material para criar uma junta sem vaporização significativa.
• A soldagem por condução possui 2 modos:
– Aquecimento direto
– Transmissão de energia.
Calor direto
• Durante o aquecimento direto,
– o fluxo de calor é governado pela condução térmica clássica de uma fonte de calor de superfície e a solda é feita pela fusão de porções do material base.
• As primeiras soldas de condução foram feitas no início da década de 1, utilizando rubi pulsado de baixa potência e CO2 lasers para conectores de fios.
• Soldas de condução podem ser feitas em uma ampla gama de metais e ligas na forma de fios e chapas finas em várias configurações usando.
- CO2 , Lasers Nd:YAG e de diodo com níveis de potência na ordem de dezenas de watts.
– Aquecimento direto por um CO2 O feixe de laser também pode ser usado para soldas de sobreposição e de topo em chapas de polímero.
Soldagem de Transmissão
• A soldagem por transmissão é um meio eficiente de unir polímeros que transmitem a radiação infravermelha próxima dos lasers Nd:YAG e de diodo.
• A energia é absorvida através de novos métodos de absorção interfacial.
• Os compósitos podem ser unidos desde que as propriedades térmicas da matriz e do reforço sejam semelhantes.
• O modo de transmissão de energia da soldagem por condução é usado com materiais que transmitem radiação infravermelha próxima, principalmente polímeros.
• Uma tinta absorvente é colocada na interface de uma junta sobreposta. A tinta absorve a energia do feixe de laser, que é conduzida para uma espessura limitada do material circundante para formar uma película interfacial fundida que se solidifica como a junta soldada.
• Juntas sobrepostas de seção espessa podem ser feitas sem derreter as superfícies externas da junta.
• Soldas de topo podem ser feitas direcionando a energia em direção à linha de junta em um ângulo através do material em um lado da junta, ou de uma extremidade se o material for altamente transmissivo.
Soldagem e brasagem a laser
• Nos processos de soldagem e brasagem a laser, o feixe é usado para derreter uma adição de enchimento, que molha as bordas da junta sem derreter o material de base.
• A soldagem a laser começou a ganhar popularidade no início dos anos 1980 para unir os fios de componentes eletrônicos por meio de furos em placas de circuito impresso. Os parâmetros do processo são determinados pelas propriedades do material.
Soldagem a laser de penetração
• Em altas densidades de potência, todos os materiais evaporarão se a energia puder ser absorvida. Assim, ao soldar dessa forma, um furo é geralmente formado por evaporação.
• Esse "buraco" é então atravessado através do material com as paredes derretidas selando atrás dele.
• O resultado é o que é conhecido como "solda em buraco de fechadura". Isso é caracterizado por sua zona de fusão de lados paralelos e largura estreita.
Eficiência da soldagem a laser
• Um termo para definir esse conceito de eficiência é conhecido como "eficiência de junção".
• A eficiência de união não é uma eficiência verdadeira, pois tem unidades de (mm2 unido /kJ fornecido).
– Eficiência=Vt/P (o recíproco da energia específica no corte) onde V = velocidade de deslocamento, mm/s; t = espessura soldada, mm; P = potência incidente, KW.
Juntando Eficiência
• Quanto maior o valor da eficiência de união, menos energia é gasta em aquecimento desnecessário.
– Zona afetada pelo calor (ZTA) inferior.
– Menor distorção.
• A soldagem por resistência é mais eficiente nesse aspecto porque a energia de fusão e da ZTA é gerada apenas na interface de alta resistência a ser soldada.
• O laser e o feixe de elétrons também têm boas eficiências e altas densidades de potência.
Variações de Processo
• Soldagem a laser com arco aumentado.
– O arco de uma tocha TIG montada perto do ponto de interação do feixe de laser travará automaticamente no ponto quente gerado pelo laser.
– A temperatura necessária para esse fenômeno é cerca de 300°C acima da temperatura ambiente.
– O efeito é estabilizar um arco que é instável devido à sua velocidade de deslocamento ou reduzir a resistência de um arco que é estável.
– O bloqueio só acontece para arcos com baixa corrente e portanto jato catódico lento; ou seja, para correntes menores que 80A.
– O arco está no mesmo lado da peça de trabalho que o laser, o que permite dobrar a velocidade de soldagem por um aumento modesto no custo de capital.
• Soldagem a laser de feixe duplo
– Se 2 feixes de laser forem usados simultaneamente, há a possibilidade de controlar a geometria da poça de solda e o formato do cordão de solda.
– Utilizando 2 feixes de elétrons, o buraco da fechadura pôde ser estabilizado causando menos ondas na poça de solda e proporcionando melhor penetração e formato do cordão.
– Um excimer e CO2 a combinação de feixes de laser mostrou um acoplamento melhorado para a soldagem de materiais de alta refletividade, como alumínio ou cobre.
– O acoplamento aprimorado foi considerado principalmente devido a:
• alterando a refletividade pela ondulação da superfície causada pelo excímero.
• um efeito secundário resultante do acoplamento através do plasma gerado pelo excímero.
