Conjunto de soldagem
1. Folga de montagem e desalinhamento
A qualidade da montagem é crucial para garantir a qualidade da soldagem. Folgas excessivas ou desalinhamento na montagem podem facilmente causar defeitos como perfuração, má formação da solda e penetração incompleta. A folga na montagem para juntas de filete e de topo deve ser a menor possível. A Tabela 8-2 lista os requisitos para folgas e desalinhamento na soldagem autógena a laser manual.
Para garantir as dimensões da peça, reduzir a deformação e evitar o desalinhamento da área a ser soldada devido à deformação por torção durante a soldagem, geralmente é necessário realizar uma soldagem de fixação antes da soldagem principal. O mesmo método de processo da soldagem principal é utilizado para a soldagem de fixação. O comprimento dos pontos de solda é de 20 a 30 mm, e os requisitos de qualidade para pontos de solda (por exemplo, profundidade e largura de penetração) são menores do que os da soldagem principal. Geralmente, utiliza-se uma velocidade de deslocamento maior para a soldagem de fixação do que para a soldagem principal. Para garantir uma conexão confiável dos pontos de solda, estes devem ser planos, longos e finos, e não devem ser excessivamente grandes, largos ou altos. Os pontos de solda também requerem proteção adequada para evitar a oxidação.
3. Fixadores e Braçadeiras
A soldagem a laser é usada principalmente parasoldagem de chapas finasNa soldagem de chapas finas, a soldagem geralmente é realizada na face frontal da peça, com fusão suficiente na face posterior para obter uma solda de fundo bem formada. Para a seleção de parâmetros: baixa entrada de calor pode causar fusão incompleta na face posterior; alta entrada de calor, embora garanta penetração total na face posterior, pode levar à perfuração devido à gravidade do metal fundido ou a uma largura de fusão desproporcional em relação à espessura da peça. Para evitar a perfuração, se a peça permitir fixação, devem ser utilizados dispositivos de fixação para prendê-la durante a soldagem de chapas finas — pressionando a face frontal e colocando uma placa de apoio de cobre ou aço inoxidável na face posterior. Isso evita alterações nas folgas de montagem ou desalinhamento causados pela deformação da soldagem e evita o colapso térmico. Quando a peça apresenta dissipação de calor desigual em diferentes regiões devido a razões estruturais, o uso de dispositivos de fixação para equilibrar a dissipação de calor também é eficaz, visando formar soldas com dimensões uniformes nas faces frontal e posterior.
Seleção de parâmetros de soldagem
De forma geral, os parâmetros de soldagem a laser incluem potência do laser, largura do pulso do laser, grau de desfocagem, velocidade de soldagem e gás de proteção.
1. Potência do laser
Existe uma densidade de potência limite para a soldagem a laser. Abaixo desse limite, a profundidade de penetração é pequena; uma vez atingido ou ultrapassado, a profundidade de penetração aumenta significativamente. O plasma é gerado somente quando a densidade de potência do laser na peça de trabalho excede o limite, indicando uma soldagem estável com penetração profunda. Abaixo do limite, ocorre apenas a fusão superficial (soldagem estável por condução de calor). Próximo à condição crítica para a formação do orifício de penetração, a soldagem com penetração profunda e a soldagem por condução de calor se alternam, resultando em um processo instável com grandes flutuações na profundidade de penetração. A potência do laser é um dos parâmetros mais críticos no processamento a laser e um determinante fundamental da profundidade de penetração da solda. Para um diâmetro de ponto focalizado fixo, a densidade de potência do laser é proporcional à potência do laser: maior potência aumenta a profundidade de penetração e a velocidade de soldagem. No entanto, potência excessiva causa superaquecimento severo da poça de fusão, aumenta a largura da solda e a zona afetada pelo calor (ZAC), e leva a mais respingos, que podem contaminar a lente de soldagem. Com alta potência, a camada superficial pode ser aquecida até o ponto de ebulição e vaporizada significativamente em microssegundos, tornando-a ideal para processos de remoção de material, como furação, corte e gravação. Com menor potência, a superfície leva milissegundos para atingir o ponto de ebulição, e a camada subjacente derrete antes da vaporização da superfície, facilitando uma boa soldagem por fusão.
2. Largura do pulso do laser
A largura do pulso do laser, ou "largura do pulso", é um parâmetro fundamental na soldagem a laser pulsado. Ela é determinada pela profundidade de penetração e pela ZTA (Zona Termicamente Afetada): pulsos mais longos aumentam a ZTA, e a profundidade de penetração aumenta com a raiz quadrada da largura do pulso. No entanto, pulsos mais longos reduzem a potência de pico, sendo geralmente utilizados para soldagem por condução de calor, formando soldas largas e rasas — especialmente adequadas para juntas sobrepostas de chapas finas e grossas. Contudo, a baixa potência de pico resulta em excesso de calor, e cada material possui uma largura de pulso ideal para máxima profundidade de penetração.
3. Seleção da quantidade de desfoque
A posição do ponto focalizado é crucial emsoldagem por fusão a laserQuando o foco está acima da superfície da peça, a profundidade de penetração é pequena, dificultando a soldagem de penetração profunda. Quando o foco está abaixo da superfície, a densidade de potência dentro da peça é maior do que na superfície, promovendo uma fusão e vaporização mais intensas, permitindo que a energia seja transferida para camadas mais profundas da peça e aumentando a profundidade de penetração. Existem dois modos de desfocagem: desfocagem positiva (plano de foco acima da peça) e desfocagem negativa (plano de foco abaixo da peça). Na prática, para chapas espessas que exigem grande profundidade de penetração, utiliza-se a desfocagem negativa, com o foco do laser tipicamente de 1 a 2 mm abaixo da superfície da peça. Para chapas finas, prefere-se a desfocagem positiva, com o foco de 1 a 1,5 mm acima da superfície.
4. Velocidade de soldagem
Mantendo-se os demais parâmetros fixos, a profundidade de penetração diminui com o aumento da velocidade de soldagem, enquanto a eficiência melhora. Velocidades excessivamente altas não atendem aos requisitos de penetração; velocidades excessivamente baixas causam fusão excessiva, soldas largas, superaquecimento da ZTA (Zona Termicamente Afetada) e maior tendência à fissuração a quente.soldagem a laser pulsadoA velocidade também é determinada pela frequência máxima do pulso e pela sobreposição necessária dos pontos — cada ponto de pulso subsequente deve se sobrepor até certo ponto. Assim, para uma determinada potência do laser e espessura do material, existe uma faixa de velocidade ideal, dentro da qual a profundidade máxima de penetração é alcançada a uma velocidade específica.
5. Gás de proteção
Gases inertes são frequentemente usados para proteger a poça de fusão durante a soldagem a laser. Embora alguns materiais possam não exigir proteção contra a oxidação superficial, a maioria das aplicações a requer. Tradicionalmente, Ar, N₂ e He são usados na soldagem a laser de ligas de alumínio para prevenir a oxidação. Teoricamente, o He é o mais leve e possui a maior energia de ionização, mas em baixa potência e altas velocidades, o plasma é fraco, minimizando as diferenças entre os gases. Estudos mostram que, sob as mesmas condições, o N₂ induz mais facilmente a formação de poros devido a reações exotérmicas com o Al; os compostos ternários Al-NO resultantes apresentam maior absorção do laser. No entanto, o N₂ puro forma fases Al-N frágeis e poros nas soldas. Os gases inertes, por serem leves, escapam sem causar poros, tornando as misturas de gases mais eficazes. Recentemente, a pesquisa sobre soldagem a laser de Al usando misturas de Ar-O₂ e N₂-O₂ tem aumentado.
6. Absorção do Material
A absorção de energia laser por um material depende de propriedades como absortividade, refletividade, condutividade térmica, temperatura de fusão e temperatura de evaporação, sendo a absortividade a mais crítica. Os fatores que afetam a absortividade incluem:
Resistividade elétrica: Para superfícies polidas, a absortividade é proporcional à raiz quadrada da resistividade, que varia com a temperatura.
Condições da superfície: Afetam significativamente a absortividade e, consequentemente, os resultados da soldagem.
Dicas e procedimentos a serem seguidos para soldagem a laser de fibra portátil
1. Evite a radiação do arco voltaico
Soldadores a laser de fibra portáteisUtilizamos lasers de fibra de classe 4 que emitem radiação de (1080±3)nm com potência de saída superior a 1000W (dependendo do modelo). A exposição direta ou indireta pode causar danos aos olhos ou à pele. Embora invisível, o feixe pode causar danos irreversíveis à retina ou à córnea. Use sempre óculos de proteção a laser certificados quando o laser estiver em funcionamento. Nunca olhe diretamente para a cabeça de saída enquanto o laser estiver ligado, mesmo com óculos de proteção.
2. Configuração dos parâmetros de soldagem
Defina a potência do laser para um nível baixo na tela sensível ao toque (conforme mostrado na Figura 8-2). Posicione o bocal de cobre da cabeça de soldagem contra a peça de trabalho e pressione o interruptor da tocha para emitir o laser para soldagem. Parâmetros típicos: frequência do laser de 5000 Hz, velocidade do galvanômetro de 300 a 600 rpm, atraso do gás superior a 100 ms e ciclo de trabalho de 100% para emissão contínua. Ajuste a largura da solda com base nas folgas de montagem; a potência é ajustável de 0 a 1000 W (0 a 100% da potência máxima). Após inserir os parâmetros, clique em “OK” e salve para que as configurações entrem em vigor.
4. Não aumente excessivamente a velocidade de soldagem.
As soldas são formadas pelo movimento da fonte de laser (ver Figura 8-3). A profundidade e a largura dependem da velocidade e da potência, com velocidades típicas de 1 a 3 m/min, produzindo superfícies lisas e sem escamas, com uma relação de aspecto <1. Para corrente e tensão fixas, a variação da velocidade afeta diretamente a entrada de calor, alterando a penetração e a largura. Velocidades excessivamente altas causam aquecimento insuficiente, levando à redução da penetração, largura estreita, mordeduras, poros e penetração incompleta.
Limpeza mecânica: Utilize escovas de aço inoxidável ou rodas pneumáticas para remover os óxidos até obter um acabamento branco brilhante. Solde imediatamente após o polimento; repita o polimento caso a soldagem seja adiada por mais de 36 horas.
Limpeza química: Remova os óxidos usando reações químicas (os métodos variam de acordo com o material). A Tabela 8-3 lista os métodos de limpeza química para ligas de alumínio. Remova óleo/poeira com solventes orgânicos (gasolina, álcool isopropílico) por imersão, limpeza e secagem.
5. Minimizar a porosidade
A formação de poros de hidrogênio é comum na soldagem a laser de ligas de alumínio. Reduza-os removendo a umidade, o óleo e os óxidos da superfície. Aumentar o tempo de resfriamento da poça de fusão (aumentando a largura do pulso) facilita a saída dos gases, já que o rápido ciclo térmico da soldagem a laser limita a liberação de gases. Evite posições de foco ou desfocagem negativa, onde as intensas reações na poça de fusão e a vaporização da liga aumentam a porosidade; utilize energia mais suave por meio do ajuste do desfoque para reduzir a vaporização.
6. Preste atenção à postura ao segurar a lanterna.
Tochas de solda a laser portáteis (veja a Figura 8-4) são mais pesadas que tochas TIG e possuem cabos grossos, causando fadiga ao operador. Para soldagem prolongada, segure a tocha com as duas mãos, mantenha o bocal em contato com a peça de trabalho, alinhe visualmente a solda e puxe a tocha firmemente em sua direção. Ajuste a postura de acordo com a posição de soldagem para minimizar a fadiga e o número de juntas.
7. Prevenir lesões causadas por laser
A operação incorreta pode causar acidentes. Siga estas regras:
Nunca olhe diretamente para a cabeça de saída do laser durante o funcionamento.
Não uselasers de fibraEm ambientes com pouca luz ou escuros.
Nunca aponte a lanterna para pessoas quando o dispositivo estiver ativo.
Utilize barreiras metálicas a uma distância de até 3 metros da área de soldagem.
Restrinja o acesso à zona de soldagem apenas aos operadores.
Use equipamento de proteção individual (óculos de proteção certificados, máscara e luvas). Nunca olhe diretamente para a cabeça de saída do laser enquanto ele estiver ligado, mesmo usando óculos de proteção.
Manuseie a lanterna e o cabo com cuidado (raio de curvatura mínimo >200mm).
Desative a tecla de emissão do laser quando não estiver em uso.
Garanta a qualidade do bico para uma proteção eficaz contra gases:
Paredes internas lisas, concêntricas com o laser.
Substitua imediatamente os bicos deformados para manter o movimento constante da tocha.
O tamanho da abertura do bocal (ver Figura 8-6) afeta a qualidade da solda: aberturas maiores aumentam o fluxo de gás, acelerando a solidificação e elevando os riscos de porosidade/trincas.
8. Evite altas velocidades para ligas sensíveis a trincas.
Soldagem a laser manualUtiliza tochas galvanométricas oscilantes, autógenas e sem fio. Altas velocidades reduzem a penetração, estreitam as soldas, causam mordeduras e interrompem a cobertura do gás de proteção, piorando a proteção. Use velocidades mais baixas para ligas sensíveis a trincas.
9. Garantir a qualidade das juntas
Diferenças de temperatura e soldagem sem arame podem causar perfuração, crateras ou fissuras nas crateras. Solde continuamente para minimizar as paradas; se as paradas forem inevitáveis (por exemplo, mudanças de posição, soldagem segmentada), diminua ligeiramente a velocidade (10 mm) antes de parar para evitar crateras. Reinicie a soldagem 20 mm atrás da cratera anterior para sobreposição e qualidade.
10. Siga o movimento correto da tocha
Puxe a tocha em sua direção (de longe para perto) sem oscilação lateral. Mantenha uma velocidade constante enquanto monitora a formação uniforme da solda. Para soldagem vertical, utilize o movimento descendente (não ascendente) para aproveitar a solidificação rápida e garantir um movimento estável.
11. Evite mordeduras, filetes pequenos e colapso em soldas sobrepostas.
Para soldas de sobreposição, ajuste o ângulo de incidência do laser de forma que o galvanômetro cubra 2/3 da chapa vertical (veja a Figura 8-7). Isso funde a chapa vertical (como material de enchimento) e 1/3 da chapa base por condução de calor, formando uma solda de tamanho suficiente após o resfriamento. Soldas de sobreposição de má qualidade enfraquecem a resistência da junta, reduzem a resistência a trincas ou causam falhas estruturais — evite mordeduras.
12. Reduzir a refletividade na soldagem de ligas de alumínio
O alumínio reflete de 60 a 98% da energia do laser. A refletividade cai drasticamente no ponto de fusão e se estabiliza quando fundido. A absortividade diminui com o aumento do ângulo de incidência; a absorção máxima ocorre na incidência normal (ajuste para proteção da lente). Reduza a refletividade removendo os óxidos por meio de limpeza mecânica/química.
13. Utilização adequada do gás de proteção
O gás de proteção afeta a formação, a penetração e a largura da solda. A maioria dos gases melhora a qualidade, mas pode apresentar desvantagens:
Ar: Baixa energia de ionização, alta formação de plasma (reduzindo a eficiência do laser), mas inerte, de baixo custo e denso — cobrindo efetivamente a poça de material fundido (ideal para uso geral).
N₂: Possui energia de ionização moderada (reduz o plasma melhor que o Ar), mas reage com alumínio/aço carbono formando nitretos frágeis, reduzindo a resistência (não recomendado para esses materiais). Adequado para aço inoxidável, onde os nitretos aumentam a resistência.
14. Vazão do gás de proteção
O gás é ejetado através do bocal a uma pressão específica. O design hidrodinâmico e o diâmetro de saída do bocal são cruciais: devem ser grandes o suficiente para cobrir a solda, mas restritos para evitar fluxo turbulento (que aspira ar e causa porosidade). Para soldagem a laser manual, a vazão típica é de 7 L/min. Vazão excessiva agita contaminantes na poça de fusão, comprometendo a pureza do gás — selecione a vazão correta.
15. Posição de foco do laser
Ponto focal: Menor ponto, maior energia — use parasoldagem por pontosou requisitos de baixa energia e tamanho mínimo do ponto (ver Figura 8-8).
Desfocagem negativa: Ponto maior (aumenta com a distância do foco) — adequado para soldagem contínua de penetração profunda e soldagem por pontos profundos.
Desfocagem positiva: Ponto focal maior (aumenta com a distância do foco) — adequado para selagem de superfícies ou soldagem contínua de baixa penetração.
Controle para soldagem com penetração total: Uma leve mudança de cor no verso indica boa qualidade; marcas/penetração óbvias causam respingos ou sulcos profundos na soldagem contínua. Ajuste o foco, a energia e a forma de onda com base em amostras. Use pontos menores para materiais mais finos para evitar perfuração.
Data da publicação: 21 de agosto de 2025
