A soldagem por pontos é um método de união rápido e econômico. É adequada para conectar componentes de chapa fina com juntas sobrepostas que não exigem estanqueidade. Existem muitos tipos de soldagem por pontos, como soldagem por resistência, soldagem a arco e soldagem adesiva.soldagem por pontos compostae soldagem a laser por pontos. Atualmente, a soldagem por resistência por pontos é amplamente utilizada na produção. Tomando como exemplo a indústria automotiva, são necessários de 3.000 a 4.000 pontos de solda durante a montagem de componentes de painéis de carroceria, o que requer de 250 a 300 robôs, juntamente com sistemas de controle de suporte e outros equipamentos auxiliares. No entanto, a soldagem por resistência por pontos apresenta baixa flexibilidade. Com o rápido desenvolvimento econômico, o ciclo de atualização das formas e estruturas geométricas dos componentes automotivos tornou-se muito curto. A atualização de novos produtos e modelos exige um novo tipo de tecnologia de soldagem por pontos que seja eficiente e flexível. Portanto, a tecnologia de soldagem a laser por pontos tem se tornado gradualmente o foco de atenção e espera-se que seja amplamente aplicada na produção industrial automotiva. No setor aeroespacial, a soldagem a laser por pontos também está sendo testada como uma tecnologia alternativa. Por muito tempo, as juntas sobrepostas de produtos aeroespaciais foram geralmente feitas por rebitagem, o que envolve muitos processos de produção e grande carga de trabalho. Com a crescente aplicação de novos materiais, como ligas de alumínio, ligas de titânio e materiais compósitos, a adoção de novas tecnologias de soldagem para substituir os métodos de união tradicionais tornou-se uma tendência dominante. Isso não só melhora a eficiência da produção, como também reduz o peso estrutural e atende aos novos requisitos de projeto estrutural, o que é de grande importância para produtos aeroespaciais. A alta precisão e a grande flexibilidade da soldagem a laser por pontos conferem-lhe vantagens significativas na produção prática, especialmente na indústria da aviação, onde pode substituir processos tradicionais como a soldagem por resistência a pontos e a rebitagem.
I. Definição e características da soldagem a laser por pontos
Definição
A soldagem a laser por pontos refere-se ao processo de fusão e união de peças utilizando um único pulso de laser (t > 1ms) ou uma série de pulsos de laser na mesma posição.
A soldagem a laser por pontos é basicamente semelhante a outros processos de soldagem a laser; a única diferença é que não há deslocamento relativo entre o feixe de laser e a peça de trabalho durante a soldagem por pontos. A soldagem a laser por pontos divide-se em dois tipos: soldagem por condução térmica e soldagem por penetração total. Na soldagem por condução térmica por pontos, o laser apenas funde o metal, sem vaporizá-lo. Este método é mais adequado para soldar metais com espessura inferior a 0,5 mm, como a soldagem a laser Nd:YAG por pontos em componentes eletrônicos. Na soldagem a laser por penetração total, o laser penetra diretamente no interior do material através do orifício, aumentando a taxa de utilização da energia do laser e atingindo uma maior profundidade de penetração. A soldagem por resistência tradicional funde as peças de trabalho para formar pontos de solda utilizando o calor gerado pela corrente elétrica, enquanto a fonte de calor da soldagem a laser por pontos provém da radiação laser, resultando em formatos de pontos de solda significativamente diferentes.
Os parâmetros ajustáveis da soldagem a laser por pontos geralmente incluem potência do laser, tempo de soldagem e grau de desfocagem. Para soldagem por pontos em modo pulsado, os parâmetros também incluem forma de onda do pulso, frequência e ciclo de trabalho. Dentre esses, a potência do laser afeta principalmente a profundidade de penetração do ponto de solda, enquanto o tempo de soldagem tem um impacto maior na dimensão lateral do ponto de solda. Geralmente, quanto maior o tempo de ação do laser, maiores serão as dimensões das superfícies superior e inferior do ponto de solda e a área de fusão. Alterações no grau de desfocagem afetam principalmente o diâmetro do ponto e a densidade de energia que atua na superfície da peça, tendo, portanto, um impacto significativo no formato geral do ponto de solda.
Características
- Utilizando laser como fonte de calor, a soldagem por pontos oferece alta velocidade, alta precisão, baixo aporte térmico e mínima deformação da peça.
- O grau de liberdade nas posições de soldagem por pontos foi bastante aprimorado, permitindo a soldagem por pontos em todas as posições e facilitando a sua realização.soldagem por pontos unilateral, aumentando significativamente a liberdade de design do produto.
- A soldagem a laser por pontos apresenta baixos requisitos quanto ao tamanho das juntas sobrepostas. Há restrições mínimas em parâmetros como a quantidade de sobreposição das juntas e a distância entre os pontos de solda, e não há necessidade de considerar o impacto do desvio de corrente.
- Para a soldagem de chapas com espessuras desiguais, materiais diferentes e materiais especiais (ligas de alumínio, chapas galvanizadas), a soldagem a laser por pontos apresenta melhor desempenho do que os métodos tradicionais de soldagem por pontos.
- Não requer um grande número de equipamentos auxiliares, pode se adaptar rapidamente às mudanças de produto e atender às demandas do mercado.
II. Análise de defeitos na soldagem a laser por pontos
Rachaduras, poros e deformações são os defeitos mais comuns na soldagem a laser por pontos, e serão analisados um a um a seguir.
1. Rachaduras
As fissuras são divididas em fissuras superficiais e fissuras longitudinais. As taxas de aquecimento e resfriamento durante a soldagem a laser por pontos são muito rápidas, resultando em um grande gradiente de temperatura entre a área aquecida e o metal circundante, o que facilita a formação de fissuras. A ocorrência de fissuras está intimamente relacionada ao material; por exemplo, as ligas de alumínio têm uma tendência muito maior a fissurar durante a soldagem a laser por pontos do que o aço inoxidável. Um método eficaz para suprimir a formação de fissuras é otimizar a forma de onda do pulso para controlar a taxa de resfriamento do processo de solidificação do metal e reduzir a tensão interna.
2. Poros
Os defeitos porosos (poros) em soldas a laser por pontos podem ser divididos em poros pequenos e poros grandes. Os poros pequenos são causados principalmente pela diminuição da solubilidade do hidrogênio no metal líquido durante a solidificação, bem como pela rápida evaporação do metal no orifício e pela perturbação da poça de fusão. Os poros grandes devem-se principalmente à taxa de resfriamento muito rápida durante a soldagem a laser por pontos, que não dá tempo suficiente para o metal ao redor do orifício preencher o espaço vazio. Geralmente, os poros pequenos tendem a se formar em soldagens por pontos com pulsos longos, enquanto os poros grandes são mais comuns em soldagens por pontos com pulsos curtos.
Existem dois locais onde é mais provável que apareçam poros na soldagem a laser por pontos: um próximo à zona de fusão, no meio do ponto de solda, e o outro na raiz da solda. Imagens de fusão capturadas por raios X mostram que os poros próximos à zona de fusão são causados principalmente pelo estreitamento do orifício quando este se fecha; já os poros na raiz da solda são formados principalmente pelo colapso do orifício devido ao rápido desaparecimento do laser após a sua formação.
3. Flacidez
A deformação é um fenômeno evidente na soldagem a laser por pontos. A deformação central na superfície do ponto de solda e o acúmulo de metal ao seu redor são causados pela força de recuo gerada pela vaporização do metal, que empurra o metal líquido para a superfície do ponto de solda. Durante o processo de resfriamento, o metal acumulado na superfície solidifica rapidamente e não pode ser totalmente preenchido. Além disso, a perda de material causada pela rápida evaporação do metal e respingos é outro fator que contribui para a deformação central. O tempo de pulso tem um impacto significativo tanto na deformação da superfície do ponto de solda quanto na formação de poros. Pontos de solda satisfatórios podem ser obtidos otimizando-se a forma de onda e o tempo do pulso.
4. Impacto da quantidade de desfocagem nos pontos de solda
Alterações no grau de desfocagem alteram diretamente o diâmetro do ponto de solda e a densidade de energia. Quando o grau de desfocagem aumenta, tanto para valores negativos quanto positivos, o diâmetro do ponto de solda aumenta e a densidade de energia diminui. Durante a soldagem a laser por pontos, existe uma relação de correspondência entre o diâmetro do ponto de solda e o tamanho do orifício inicial formado pelo laser incidente na peça de teste, enquanto a densidade de energia determina a taxa de expansão da poça de fusão. Quando o valor absoluto do grau de desfocagem é pequeno, o diâmetro do ponto de solda é pequeno, a densidade de potência do laser é alta e a taxa de expansão da poça de fusão no ponto de solda é rápida, mas o diâmetro do orifício inicial é pequeno. Por outro lado, quando o grau de desfocagem é grande, o diâmetro do orifício inicial é grande, mas a taxa de expansão da poça de fusão diminui e o tamanho do ponto de solda resultante pode não ser grande. Portanto, durante a variação do grau de desfocagem, o efeito combinado do diâmetro do ponto de solda e da densidade de potência na superfície do ponto de solda determina o tamanho do ponto de solda.
III. Aplicação da tecnologia de soldagem a laser por pontos
A soldagem a laser por pontos apresenta alta velocidade, grande profundidade de penetração, deformação mínima e pode ser realizada à temperatura ambiente ou sob condições especiais com equipamentos de soldagem simples. Além disso, o surgimento de lasers de pulso de alta frequência (com frequência superior a 40 pulsos por segundo) possibilitou a ampla aplicação da soldagem a laser por pontos na montagem e soldagem de micro e pequenos componentes em produção automatizada em massa. Ao soldar pequenos componentes eletrônicos que exigem uma pequena zona afetada pelo calor — como a junção entre vidro e metal, a conexão de juntas em circuitos semicondutores sensíveis ao calor e a conexão entre metais diferentes em fios — a soldagem a laser por pontos é mais vantajosa do que os processos tradicionais de soldagem por pontos (por exemplo, soldagem por resistência), com pontos de solda limpos e alta qualidade de soldagem. A Figura 6-60 mostra um exemplo de aplicação da soldagem a laser por pontos na produção de faróis automotivos: um laser de pulso de estado sólido de 500 W gera quatro pontos de solda semelhantes com uma frequência de pulso muito alta.
Na soldagem por pontos de alta precisão em microestruturas, utilizando alta energia de pulso, os lasers Nd:YAG pulsados apresentam vantagens técnicas e econômicas. Na maioria das aplicações industriais de soldagem por pontos, são utilizados lasers de estado sólido pulsados com potência média de 50 W e potência de pulso superior a 2 kW. O laser pode atuar diretamente na peça de trabalho através de fibras ópticas ou lentes de focalização combinadas.
A soldagem a laser por pontos é aplicável a uma ampla gama de materiais. Por exemplo, na soldagem por pontos de baterias de lítio, usando Nd:tecnologia de soldagem a laser YAGA soldagem a laser para unir diferentes metais é mais eficiente do que a soldagem TIG e a soldagem por resistência a ponto. Em particular, como fibras ópticas são usadas para transmitir lasers durante a produção, é conveniente mover-se de forma rápida e flexível entre várias bancadas de trabalho.
Em resumo, a soldagem a laser por pontos apresenta as seguintes características:
- Com o aumento da potência do laser, o diâmetro da superfície do ponto de solda oscila, enquanto o diâmetro da superfície de fusão e da superfície inferior aumentam lentamente. A mudança na forma da seção transversal do ponto de solda não é significativa. À medida que a duração do processo aumenta, o tamanho do ponto de solda cresce rapidamente, e a taxa de variação do diâmetro da superfície de fusão é maior do que a dos diâmetros das superfícies superior e inferior. A variação no grau de desfocagem tem um impacto significativo no tamanho do ponto de solda. Ela altera diretamente o diâmetro do ponto e a densidade de potência do laser, e o efeito combinado desses dois fatores determina o tamanho do ponto de solda.
- No caso de penetração total, observa-se uma deformação visível na superfície da solda a laser. Com o aumento da potência e da duração do laser, a profundidade da deformação na superfície da solda aumenta. Quando a duração ou a abertura são grandes, a superfície inferior também pode apresentar indentação.
- À medida que a distância aumenta, a deformação geral do ponto de solda, o afundamento central e a indentação tornam-se evidentes. A superfície de fusão encolhe e a resistência diminui rapidamente. Atualmente, na soldagem de resistores, baterias e na área de eletrônica, o processo de soldagem simultânea de dois pontos é comumente utilizado, geralmente com um projeto que emprega duas fontes de luz laser.
Data da publicação: 27/10/2025
