Considerações essenciais para soldagem a laser

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 derretida para fundir os materiais. É um processo sem contato, tem baixo aporte de calor em relação a outros processos de fusão, oferece altas velocidades de processamento e produz zonas de fusão profundas em uma única passagem.

É claro que, 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 design de juntas e fixações também desempenha um papel. Tal como acontece com qualquer tecnologia de fabricação de metal, a implementação inteligente começa com uma boa compreensão dos fundamentos do processo.

A soldagem a laser usa um feixe de luz focado em um pequeno ponto da peça de trabalho. Gerada a partir de algum tipo de meio, a luz sai da fonte do laser e começa a divergir. Em seguida, é colimado para que o feixe fique 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 ficar focado em seu ponto menor. A distância da superfície de foco até o menor ponto é chamada de distância focal. O tamanho do ponto de foco é determinado pela seguinte equação: Diâmetro da fibra × Distância 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 desta área, espere que os resultados do processo mudem. Quanto maior a relação entre a distância focal e a distância de colimação, maior se torna a profundidade do foco para uma determinada fibra.

Fibras maiores têm maior profundidade de foco em comparação com diâmetros de fibra menores. As proporções e fibras maiores possuem 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 tipo buraco de fechadura. Na soldagem por condução de calor, o feixe de laser derrete as peças correspondentes ao longo de uma junta comum, e os materiais fundidos fluem juntos e solidificam para formar a solda. Usada para unir peças de paredes finas, 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 somente através da 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 a sua profundidade. A soldagem a laser por condução de calor é usada para soldas de cantos nas superfícies visíveis de invólucros de dispositivos, bem como em outras aplicações em eletrônica.

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

Neste processo, o feixe de laser não apenas derrete o metal, mas também produz vapor. O vapor dissipado 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 buraco de fechadura, cercado por metal fundido.

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

À medida que o feixe de laser avança ao longo da junta soldada, 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. Isto 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 quase completamente o feixe de laser 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 de penetração profunda se distingue pela grande eficiência e altas velocidades de soldagem. Graças à alta velocidade, a zona afetada pelo calor (ZTA) é pequena e a distorção é mínima.