SOLDAGEM E CORTE A LASER www.ivanilzafelizardo.com // [email protected] MATERIAL DIDÁTICO – APOSTILA (coletânea de informações retiradas de diversas bibliografias) Profa. Ivanilza Felizardo, Dra Prof. Alexandre Queiroz Bracarense, PhD SOLDAGEM E CORTE A LASER
PROCESSO DE SOLDAGEM A LASER
Laser Welding - LW
1. INTRODUÇÃO
Os primeiros trabalhos de pesquisa que conduziram à invenção do feixe de laser foram realizados
por Albert Einstein e datam de 1917: versam sobre os fenômenos físicos de emissão espontânea
e estimulada subjacentes ao funcionamento do laser. Townes confirmou experimentalmente em
1954 o fenômeno através da aplicação da emissão estimulada à amplificação de ondas ultracurtas.
O primeiro LASER, um sólido de rubi, excitado por uma lâmpada fluorescente de vapor de mercúrio e filamento helicoidal, foi construído em 1960 por Maimann. Poucos meses depois os Laboratórios da AT&T Bell desenvolveram um laser gasoso de He-Ne, e somente alguns anos depois surgiria um LASER de CO2. O feixe LASER se propaga no ar com pouca divergência, orientando-se
por óticas sem perder ou alterar suas características físicas, fato este que impulssionou seu desenvolvimento. Existem hoje vários tipos, indo do sólido ao gasoso, com comprimentos de onda
na faixa do Infravermelho (IF) até o Ultravioleta (UV).
2. FUNDAMENTOS DO PROCESSO
O processo de soldagem a laser (Laser Welding) é caracterizado pela fusão localizada da junta
através de um bombardeamento por feixe de luz concentrada, coerente e monocromática de alta
intensidade. A vantagem deste processo sobre os demais métodos convencionais de soldagem é
o grande potencial da produção de juntas espessas com penetração completa, a partir de um único passe e de forma autógena. Além disto, garante uma alta reprodutibilidade e qualidade da junta
e alta velocidade de soldagem.
A palavra LASER é um acrônimo do inglês: “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”, que significa “Amplificação da luz através da emissão estimulada de radiação”. A luz ou radiação eletromagnética de um LASER representa um fluxo luminoso de alta intensidade de energia. A energia a LASER não existe na natureza e é produzida a partir de algum tipo de fonte de
energia, como uma lâmpada, que estimula um grande número de elétrons em repouso, os quais
são capazes de produzir fótons de luz e este processo desencadeia uma ação repetida de emissão de energia gerando uma luz intensa. Esta luz gerada deverá passar por um meio ativo para
que possa adquirir as três principais características dos LASERs, que são:
•
Raios colimados: todos os raios de luz caminham na mesma direção, permitindo que uma
grande quantidade de energia seja transmitida a um alvo preciso;
SOLDAG
GEM E CORTTE A LASER
•
•
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(
(coletânea de
e informações retiradas dee diversas bib
bliografias) Lu
uz monocro
omática: a lu
uz do LASE
ER, ao conttrário das lu
uzes naturais, tem uma
a única cor,
qu
ue correspo
onde a um compriment
c
to de onda do espectro
o electroma
agnético. De
essa forma,
te
em-se difere
entes tipos de aparelho
o LASER, d
dependendo
o do comprrimento de onda emiti-do
o;
Raios coeren
ntes: todos os raios da
a luz do LAS
SER caminham parale
elos no temp
po e no es-aço.
pa
CÍPIO FÍSIC
CO DO LAS
SER
3 – PRINC
nder o funccionamento do LASER
R, se faz necessário re
elembrar sobre o átom
mo. Sabe-se
e
Para enten
que sistem
mas atômico
os são man
ntidos por meio de um
m conjunto de forças. O sistema
a atômico é
composto por um núccleo, positivvamente carregado e orbitados
o
po
or elétrons, negativam
mente carre-m ao redor do núcleo se posicion
nam em certos níveis de energia
a
gados. Oss elétrons que circulam
bem definiidos, denom
minados orbitais. As orbitais
o
são chamadas
s de camad
das eletrôniicas, repre-sentadas p
pelas letras K,L,M,N,O,P e Q.
ovimentarem
m numa cam
mada eletrô
ônica não absorvem
a
e nem emite
em energia.
Os elétrons ao se mo
Apenas um
m número de
d elétrons pode ocupa
ar um dado
o nível de energia e ne
enhuma form
ma de radi-ação ocorrre quando os
o elétrons se mantém
m em seus níveis
n
orbita
ais. Os elétrrons de um átomo ten-dem a ocu
upar as cam
madas eletrô
ônicas mais
s próximas do
d núcleo, isto é, as que apresen
ntam menorr
quantidade
e de energia. Um átom
mo está no seu
s estado fundamenttal quando seus elétro
ons ocupam
m
as camada
as menos energéticas.
e
Quando um
m átomo re
ecebe energ
gia (térmica
a ou elétrica
a), o elétron
n
pode saltar para uma camada mais
m
externa
a (mais energética) e nessas
n
cond
dições o áto
omo se tor-el. Os elétro
ons de um átomo exccitado tende
em a voltarr para as camadas
c
de
e origem e,,
na instáve
quando istto ocorre, ele
e devolve
e, sob form
ma de onda
a eletromag
gnética a en
nergia, ante
eriormente,,
recebida.
no de absorrção de ene
ergia ocorre
e quando uma estruturra atômica estável
e
reag
ge com um
m
O fenômen
fóton, passsando a um
m estado ma
ais energiza
ado. A enerrgia de excitação pode
e ser causad
da por cho-que entre átomos, pa
artículas e moléculas
m
e ainda, po
e,
or ondas ele
etromagnétiicas. O esta
ado estávell
omo corresp
pondente ao
a nível mín
nimo de en
nergia e ao
o receber mais
m
energia
a, o átomo
o
de um áto
passa ao e
estado excittado (absorrção de ene
ergia externa
a ao sistem
ma atômico).
de excitaçã
ão não é no
ormal e o átomo
á
excitado fica insstável e de
eve retornarr ao estado
o
O estado d
estável (re
epouso), liberando esp
pontaneame
ente a enerrgia adicion
nal. Essa en
nergia pode
e ser trans-formada em
m energia cinética
c
durrante as collisões, resu
ultando em um
u aumentto de tempe
eratura. Es-sa perda d
de energia do sistema
a poderá, ta
ambém, orig
ginar uma radiação
r
ele
etromagnéttica. A pas-sagem de um estado atômico exxcitado para
a o estado de repouso
o se dá porr meio de lib
beração de
e
e
esp
pontânea de
e radiação.
fótons de luz, isto é, emissão
o espontâne
ea de radiaçção é consiiderada inc
coerente, po
orque os áttomos libera
am energia
a
A emissão
independe
entemente entre
e
si, sem
m relação de fase, dire
eção ou pola
aridade entre as emisssões. Desta
a
maneira, a radiação é multidirec
cional. Ape
enas a freqü
üência é fixxada pelo in
ntervalo entre as emis-sões.
oposto por Niels Bohrs
s em 1913 diz que: “Enquanto um
m elétron de
e um deter-O modelo atômico pro
omo estiverr na mesma
a orbita, ele
e não emite
e nem rece
ebe energia
a – átomo está
e
no seu
u
minado áto
estado fun
ndamental. Ao receberr uma quan
ntidade bem
m definida de
d energia (denomind
da quantum
m
ou, no plural, quanta de energia
a), o elétron
n salta para
a uma órbitta mais externa – átom
mo está no
o
este volta para sua órb
bita de orige
em, ele devvolve a energia recebi-estado de excitação; e quando e
ão bem definida, denomindada fó
óton”. Este modelo
m
exp
plica que os
s
da, sob forrma de luz de coloraçã
elétrons giiram ao red
dor do núcle
eo em orbittais fixas e com energ
gia definida.. Toda vez que ocorre
e
2
3
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(
(coletânea de
e informações retiradas dee diversas bib
bliografias) um movimento de um
m nível de energia
e
para
a outro, há um ganho ou perda de
d uma qua
antidade de
e
u um quantum ou, aind
da, um fóton
n (Fig. 1).
energia, ou
No processo de emissão esponttânea de en
nergia, tem--se que um
m átomo pod
de ser eleva
ado a partirr
gia estável para um nível excitad
do, através da absorça
aõ de um quantum
q
de
e
do seu nívvel de energ
energia. Po
or ser o nív
vel excitado, inerentem
mente menos estável, então
e
o átom
mo tende a cair para o
nível de en
nergia estável, emitind
do o mesmo quantum de energia
a, inicialmen
nte fótons, que viajam
m
em ondas (Fig. 2).
são estimullada de ene
ergia, princíípio da ação
o do laser, um quantum
m adicionall
No processso de emiss
de energia
a é absorvid
do por um átomo
á
já no seu estado
o elevado de
d energia, causando a libertação
o
de dois qu
uanta de energia, quan
ndo este rettorna para o seu estad
do mais esttável. Trata
a-se do pro-cesso de e
estimulação
o ou amplificação de energia,
e
o qual
q
ocorre quando há
á um maior número de
e
átomos exxcitados do que não excitados,
e
u
uma
condição conhecida como in
nversão de população
o
(Fig. 3).
Figura 1
Figura 2
F
Figura
3
a de radiaçã
ão forneça raios coerrentes, monocramátic
cos e coli-Para que a emissão estimulada
mados, (características fundame
entais dos raios
r
lasers) necessita--se do aparrelho LASER. Por este
e
uitas vezes tem-se a definição:
d
“u
um laser é uma apare
elho que am
mplifica a luz para pro-motivo, mu
duzir um fe
eixe intenso
o e fino de ondas,
o
com um cor mu
uito pura”.
4. PRINCÍP
PIO DE FUNCIONAME
ENTO DE UM
U APARE
ELHO LASE
ER
entos são simultaneam
s
mente nece
essários parra que a maioria dos lasers posssam operar::
Três eleme
cavidade rressonante ou ressona
ador óptico; meio ativo e mecanism
mo de bomb
beamento.
Cavidade Óptica Res
ssonante
O raio lase
er é gerado
o dentro de
e uma cavid
dade resson
nante que contém
c
o meio
m
ativo. A cavidade
e
ressonante
e constitui de
d dois espelhos reflettores coloca
ados frente a frente. Esses espelh
hos enviam
m
a onda ele
etromagnéticca em múltiplas passa
agens de ida
a e volta no
o meio ativo
o, amplifican
ndo o cam-po eletrom
magnético no
o interior da
a cavidade. Um dos esspelhos é se
emitransparrente ou apresenta um
m
orifício, que permite o acoplamen
nto óptico em
e direção ao
a exterior. Uma fração do campo
o atravessa
a
onstituir o feixe
f
laser, Figura 4. O tamanho e a forma da
d cavidade
e variam de
e
esse espelho, para co
m o meio attivo e com a potência do
d aparelho
o laser.
acordo com
Figura 4 – Cavidade ressonante
r
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(
(coletânea de
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bliografias) Meio Ativo
o
Trata-se da base atômica do sisstema, faz a conversã
ão de energ
gia elétrica em radiante
e, uma vez
z
ção de inversão de população, po
ode-se prov
vocar emiss
são estimulada nestes
s
que, devido à excitaç
o que possu
ui níveis de energia exxcitáveis e capazes
c
de
e armazena
ar a energia
a
materiais. É um meio
erna. Muitos materiais podem serr utilizados como
c
meio ativo e parra cada um,
recebida da fonte exte
u tipo de laser. Os meios ativos podem serr:
se obtém um
a)
b)
c)
d)
e)
o = CO2, Arg
gônio, Criptônio, Hélio--Neônio;
Gasoso
sólido = Cr3+ , crisstais de Neo
odímio (Nd:YAG), Érbio
o (Er:YAG),, hólmio (Ho
o:YAG);
Corante
es - corante
es orgânicoss diluídos em solventess líqüido (R
Rodamina 6G
G e Cumariina 2);
semicon
ndutores - vários
v
tipos de diodo;
excímerros - moléculas diatôm
micas (KrF, XeCl)
X
e químicos - pro
oduzidos por reações e
exotérmicas
s
(HF, CO
O).
Bombeam
mento
É a fonte externa
e
de energia responsável pelo forneccimento de energia ao
o meio ativo
o. Pode serr
uma lâmpada flash ou
o até outro laser (b
bombeamen
nto óptico); podem se
er descarga
as elétricas
s
mento eletrô
ônico); reaçções químiccos (bombe
eamento qu
uímico); e partículas
p
p
pesadas
ou
u
(bombeam
radiações ionizantes ou térmicas. A fonte externa de energia alimenta o sistema de três
t
modos
s
distintos:
o - onda contínua;
a) contínuo
b) pulsada
a - onda com
m pulsos e
c) desenca
adeadas ou Q-switched
d.
A emissão
o contínua é resultante
e da excitaç
ção contínua de um meio ativado
o por descarga elétrica
a
(lasers gassosos). A em
missão pulssátil ou chamada de "re
elaxada" é a resultante
e do bomba
ardeamento
o
pulsátil do meio ativo.. Esse meio
o é progresssivamente bombardead
b
do até cheg
gar a um nívvel de exci-missão laser.
tação suficciente para produzir em
A emissão
o desencad
deada ou "d
destravada"" Q-switche
ed ocorre em
e lasers pulsáteis
p
e se verifica
a
quando o bombardea
amento é fe
eito além do
d limiar de
e funcionam
mento, perm
mitindo que a emissão
o
ando tiver alcançado
a
u nível sufficiente. Pro
um
oduz, dessa
a forma, um
m pulso de energia de
e
ocorra qua
curta duraçção e picoss bem maiores. Todos os processsos de dese
encadeamento utilizam
m um dispo-sitivo atenu
uador ou ob
bturador de passagem de radiaçã
ão na cavida
ade.
5. SOLDAGEM A LASER
ápida definição, pode--se dizer qu
ue o LASER é um disspositivo qu
ue produz um
u feixe de
e
Em uma rá
radiação. A
Ao contrário
o do que se
e pensa, o que
q torna esste processso altamente
e interessan
nte não é a
quantidade
e de radiaçã
ão emitida, e sim a qualidade dessta. Devido à qualidade
e da radiação LASER,
sua utilizaçção em soldagem posssibilitará a obtenção de
d determin
nadas caraccterísticas impossíveis
s
de se obte
er com outro
os processo
os. Entre esstas caracte
erísticas pod
de-se citar:
dade de soldagem
· elevadísssima velocid
· ausência de contato
o entre a fon
nte de calorr e a peça a soldar.
o e ZTA
· baixa enttrega térmicca, distorção
gem e corte
e são o tipo sólido que
e
Os equipamentos LASERs que estão sendo utilizadoss na soldag
Nd) dissolvid
do (“dopado
o”) numa grranate de íttrio (Y) e alu
umínio (de-utiliza princcipalmente o niódio (N
nominado YAG): Nd:Y
YAG; o tipo
o gasoso que
q
utiliza como
c
meio ativo o CO
O2 e o LAS
SER do tipo
o
m
diatômica, as-EXCIMER, que deve seu nome ao meio ativo, o qual é formado por uma molécula
o estado esstimulado e no estado estável. In
ndependente
e do equipa
amento, de
e
sociada à elétrons no
u feixe LA
ASER, a solldagem oco
orre da segu
uinte maneira: a radiaç
ção do feixe
e ao intera-posse de um
4
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(coletânea de
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bliografias) gir com a matéria
m
é parte absorvvida, parte refletida.
r
A parte absorrvida é de tal
t ordem de
e grandeza
a
que aquecce o materia
al, levando-o
o a fusão ou vaporizaçção dependendo da de
ensidade de
e energia.
v
o do materia
al, forma-se
e uma colun
na de vapores metálicos partindo
o
No caso de ter-se a vaporização
de interação
o do feixe com
c
o mate
erial e avan
nçando em direção ao interior da peça. Esta
a
do ponto d
coluna,sem
melhante a um furo, re
ecebe o nom
me de Key--hole e abs
sorverá gran
nde parte da
d radiação
o
incidente n
na peça disttribuindo-a posteriorme
ente.
d
o deslocame
ento da peçça garantirá
á a sustentação do ke
ey-hole, po-Como o prrocesso é dinâmico,
rém existirrá uma velo
ocidade de avanço
a
mín
nima para q
que o proce
esso se susttente. Com o desloca-mento do kkey-hole, a massa de material
m
líqu
uido vai se solidificando ocorrendo assim a soldagem.
s
o acima cita
ado, quando
o a densida
ade de energia não for suficiente para a va-Em oposiçção ao caso
porização (e for apen
nas para fussão), ocorre
erá a soldag
gem por condução, qu
ue terá um m
mecanismo
o
ente semelhante aos processos de soldage
em convenccionais, com
m o calor sendo dissi-extremame
pado latera
almente.
Assim, no primeiro ca
aso então a forma do cordão
c
será
á mais próxiima de um furo, enqua
anto que no
o
á mais pare
ecida com um
u "V".
segundo, a forma será
Meio ativo
Figura 5 - Desenho esquemático do equipamento de
d produção
o a laser
5.1 Parâm
metro de Co
ontrole do Processo
P
d Soldage
de
em a LASER
Potência d
do feixe
Sem dúvid
da, a potênc
cia do feixe é o fator mais
m
importa
ante a ser considerado
c
o, uma vez que, deve-se conside
erar qual é a sua apliccação, o material
m
a se
er soldado, ou mesmo
o cortado e verificar a
espessura do materia
al para espe
ecificar o tip
po de laserr a ser usad
do. A potência do lase
er está dire-gado com a espessura
a máxima a ser soldada ou cortad
da. Além de
este, é impo
ortante tam-tamente lig
bém conhe
ecer o comp
primento de
e onda da radiação
r
em
mitida uma vez
v que um
m mesmo co
omprimento
o
de onda apresentará facilidade em
e soldar alguns
a
mate
eriais e dificuldade pa
ara outros. O modo do
o
orma como a potência é distribuíd
da ao longo
o do feixe. O sistema óptico
ó
é o qu
ue determi-feixe é a fo
nará a dife
erença entre
e a potência gerada e a que efettivamente vai
v atingir a peça, uma
a vez que o
feixe perde
e potência em
e cada esspelho reflettor utilizado
o.
Além disto
o, este siste
ema atua ta
ambém na determinaçção do diâm
metro do feiixe na zona
a de intera-ção. Por último o mod
do de funcio
onamento do
d LASER determinará
d
á a potência
a máxima e a simetria
a
do feixe.
5
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(
(coletânea de
e informações retiradas dee diversas bib
bliografias) Considera--se também
m que os tipos de lase
er tem potê
ência difere
entes, por issso é necessário uma
a
especificaçção correta do equipamento, seja
a por nível econômico ou pela qu
ualidade fina
al da peça..
Neste aspecto, tem-sse laser de CO2 e Nd:YAG. Os lasers
l
de Nd:YAG
N
pod
dem forneccer até 500
0
uanto que os
o sistemass de CO2 po
odem facilm
mente fornec
cer 10.000 watts
w
ou ma
ais.
watts, enqu
Modo do ffeixe
Indica com
mo o modo do
d feixe rela
aciona com
m a potência
a distribuída
a ao longo do
d feixe laser. Como o
equipamen
nto é compo
osto por esspelhos, o sistema
s
ópttico é o que
e determina
ará a diferen
nça entre a
potência gerada e a que
q efetivamente vai atingir
a
a peça, uma ve
ez que o feixe perde potência em
m
A
disto, este sistem
ma atua na determinaç
d
metro do fei-cada espelho refletor utilizado. Além
ão do diâm
a de interação. Por úlltimo, o mo
odo de funccionamento do laser determinará a potência
a
xe na zona
máxima e a simetria do
d feixe.
veis do Processo de Soldagem
S
a LASER
5.2 Variáv
Potência d
do raio LAS
SER
A potência
a é um dos principais fatores
f
do la
aser, pois é a partir de
ele que iniciia-se todo o processo..
Para obterr um laser potente
p
é necessário saber
s
o seu
u tipo, gasoso ou sólido, o tipo de
e material a
ser soldado, a densid
dade e o diâ
âmetro do laser.
l
Estess fatores es
stão relacionados com a penetra-er na peça de trabalho
o, pois cada
a um tem o seu
s papel no
n processo
o de soldagem. Utiliza-ção do lase
se calorímetros de co
orpos negross para medir a energia
a de saída da
d cavidade
e.
Diâmetro do raio inc
cidente
Como o fe
eixe é concentrado e preciso
p
é necessário ter
t conhecim
mento desta variável, pois é res-ponsável p
pela densidade de ene
ergia dirigida a peça. Se
S o diâmettro for pequ
ueno, a qua
antidade de
e
energia se
erá maior, po
ois a sua área de atua
ação é meno
or, considerando uma fonte consttante. Caso
o
contrário, sse o diâmettro for maio
or, menor se
erá a energ
gia, devido ao aumento
o da área de
d atuação..
Outro fatorr interessan
nte é a habilidade em que
q se pode
e automatizzar sabendo
o destas ca
aracterística
a
do processso. A posiçã
ão focal, também deve
e ser consid
derado, poiis é onde ocorre
o
o máximo ponto
o
de converg
gência do fe
eixe, localizzado a 1 mm
m abaixo do
o nível da superfície da
a peça. Este
e valor ser-ve apenas como referrência, poiss dependendo de outro
os parâmetrros pode mudar, é o ca
aso do ma-m
espessso
terial ser mais
Absorção
A absorção é a que determina a eficiência
a do feixe d
de luz incidente na pe
eça. Deve-sse levar em
m
ateriais, ou seja, a con
ndutividade térmica, o calor espe-consideraçção, alguns fatores físicos dos ma
cífico e a difusão térrmica. Este
es fatores serão
s
respo
onsáveis po
or uma boa
a ou má ab
bsorção da
a
material. É a partir das propriedade
es do mate
erial que se determina-energia térrmica transfferida ao m
rá se será necessário
o aplicar um
ma densidade de enerrgia maior, ou menor e se será utilizado
u
em
m
m
pulsa
ado. Qualquer cálculo da energia
a transferida
a para a so
oldagem la-modo conttínuo, ou mesmo
ser é base
eada na ene
ergia absorrvida pela peça.
p
Para superfícies polidas, de
etermina-se
e que a ab-sorção é p
proporciona
al a raiz qua
adrada da resistividad
r
ores também
m influenci-e elétrica. Outros fato
am, como a temperattura, qualidade da sup
perfície, o gás
g de prote
eção, o que
e dificulta muito
m
a sua
a
mental.
determinaçção experim
Velocidad
de de solda
agem
Se a veloccidade do la
aser que se
e move ao longo da ju
unta for ele
evada, a pa
arte a ser so
oldada não
o
recebe ene
ergia suficie
ente e a sollda resultan
nte será estreita e rasa
a. Caso contrário, se a velocidade
e
de soldage
em for baixa
a, a energia
a é elevada
a sobre um período de tempo mais longo sob
bre a peça,,
podendo ocorrer
o
a evvaporação do
d metal. De
evido a este
e fator, pod
de aparecerr porosidade
e na super-fície. Porta
anto, para uma
u
dada potência,
p
um decréscimo na velo
ocidade de soldagem, origina um
m
aumento da
d penetração. Elevada
as velocidades podem
m originar ins
suficientes penetraçõe
es, enquan--
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(coletânea de
e informações retiradas dee diversas bib
bliografias) to baixas vvelocidades
s conduzem
m a fusões excessivas
e
do metal, provocando
o vaporizaçção e perda
a
de materia
al com a con
nsequente formação
f
de
e defeitos.
Gás de Prroteção
Os gases m
mais comum
mente utilizados na soldagem a la
aser são: hé
élio (He) e argônio
a
(Ar)).
O Hélio po
ossui propriiedades únicas, que o tornam o gás de proteção prefe
erido para soldagem
s
a
laser em alta
a velocida
ade e alta energia. O hélio possui::
• Alta condutivida
c
ade térmica,, produzindo soldagens com exce
elente acaba
amento
• Alto potencial de
e ionização
o, produzind
do excelente
e supressão
o de plasma
a e altas ve
elocidades
oldagem.
de so
d qualquer sistema lasser, seja pa
ara corte ou
u soldagem.
Os gases cconstituem uma parte essencial de
Um fornecimento de gás
g confiável de alta pureza é esssencial para
a se obter a máxima efficiência da
a
oteção serve
e para remo
over o plasma formado
o na fusão (ou vapori-tecnologia a laser. O gás de pro
C
não seja
s
feita es
sta remoção, o plasma absorve e desvia o raio laser,,
zação) do material. Caso
mover o plasma formad
do. O tipo de
d gás utilizzado e seuss diferentess potenciais
s
sendo neccessário rem
de ionizaçã
ão, proporccionarão differenças na
a interação feixe
f
- maté
éria, alteran
ndo a transfferência da
a
energia.
dagem a la
aser, o gás utilizado recebe
r
o nome de gá
ás de assisstência e a
No processso de sold
penetração
o depende também
t
do
o tipo de gás
s utilizado. Normalmen
nte os gases utilizados para solda
a
e corte neccessitam te
er uma alto nível de pu
ureza, pois as impurezzas encontrradas nas misturas
m
de
e
gases pod
dem baixar o desempe
enho do las
ser de CO2. Este fatorr diminui a potência de
d saída do
o
laser, torna
ando a desc
carga elétricca instável ou aumenta
ando o cons
sumo dos gases.
g
F
Posição Focal
É considerrada como o ponto má
áximo de co
onvergência
a do feixe, considera-s
c
se como um
m ponto óti-mo 1 mm a
abaixo do nível
n
da sup
perfície da peça,
p
mas pode
p
variarr dependend
do da espessura a serr
soldada.
Pulso
pregado na soldagem, é usado prrincipalmentte para aum
mentar a pe
enetração, o
os parâme-Muito emp
tros de pulso são a du
uração, gera
almente em
m ms, e a fre
equência de
e pulso em Hz.
paração da Peça a serr Soldada
5.3 – Prep
Algumas cconsideraçõ
ões são esssenciais parra obter o melhor
m
dese
empenho do equipame
ento e con-sequentem
mente da so
olda. A peça
a a ser sold
dada deve ser
s direcion
nada perpen
ndicularmen
nte ao feixe
e
de laser, p
pois neste caso
c
toda a densidade
e será focalizada e concentrado em
e apenass um ponto..
Caso contrrário, o feixe já não se
erá tão conccentrado e consequent
c
temente, pa
ara a mesma potência,
apresentarrá maior dim
mensão de sangria e menor
m
penettração.
A configura
ação das ju
untas a ser soldadas e as tolerân
ncias dimen
nsionais da preparação
o assumem
m
fundamenttal importân
ncia neste p
processo, uma
u
vez qu
ue, como o feixe é exttremamente
e colimado,
qualquer fa
alha na preparação da
a junta a soldar fará com que o feixe passe pela falha se
em interagirr
com a peça.
dado aprese
enta diferen
ntes proprie
edades e entre
e
elas a absortividade, que é
O materiall a ser sold
extremame
ente importante pois dará uma ind
dicação parra determin
nar quanto de
d radiação
o será refle-tida ou abssorvida pelo
o material e com isto qual a potê
ência de feixe necessá
ária e se se
erá pulsado
o
ou não. Um
m outro asp
pecto importtante, é a difusão
d
térm
mica do mate
erial, que ta
ambém influ
uenciará na
a
absorção do
d feixe na peça a ser soldada.
7
SOLDAG
GEM E CORTTE A LASER
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(
(coletânea de
e informações retiradas dee diversas bib
bliografias) 5.4 – APLIICAÇÕES
A alta concentração do feixe de
e LASER proporciona uma radiaç
ção de exccelente qualidade, que
e
ões entre as
a quais, apenas na área
á
metal--mecânica pode-se cittar: corte e
terá diverssas aplicaçõ
furação de
e materiais 60% (peça
as de geom
metrias comp
plexas), soldagem 25%
% (ex. Bate
erias de Lí-tio), marca
ação 10% (instrumento
os de mediçção), tratam
mento térmiico de componentes (vválvulas de
e
motores de
e combustã
ão) e demaiss utilizações 5%.
m a laser possui um aporte de en
nergia muito
o concentra
ado, produzindo uma solda estrei-A soldagem
ta e profun
nda. A pene
etração é fa
acilmente co
ontrolada pelo
p
ajuste dos
d principa
ais parâmetros, como::
potência e taxa de pu
ulso. Fazendo isto é po
ossível executar uma solda
s
intern
na ou externa aos pai-utomóvel, sem
s
distorçõ
ões ou desscoloração da parte ex
xterna do painel
p
do mesmo.
m
Em
m
néis do au
algumas aplicações, o uso do robô para lasser de CO2 tem propiciado uma movimentaçã
m
ão e posici-eça de traba
alho muito precisa. Essta vantage
em da solda
agem com laser
l
é que
e
onamento sobre a pe
ularização d
de sua utiliz
zação na ind
dústria auto
omobilística
a.
tem propicciado a popu
agem laser de chapas
s metálicas tem aumen
ntado consideravelmente, devido
o
O interessse em solda
possuir um
m alto poten
ncial de redução de cu
ustos. Algum
mas vantagens resulta
am da alta flexibilidade
f
e
do processso, outras resultam
r
da
a natureza do processso de não possuir con
ntato com a peça, en-quanto que
e outras ad
dvém do ressultado de soldas
s
de qualidade
q
co
om altas ve
elocidades. Outros be-nefícios inccluem o fatto da inexisstência de retrabalho.
r
O processo
o laser perm
mite soldagem por um
m
só lado, co
om isto abre
em-se nova
as soluções em projetos.
da flange de
e
d 15 mm necessário à soldagem
m por resisstência. Isto
o
Outra vanttagem é a eliminação
pode caussar redução
o de peso da
d ordem de 40 Kg em
m um corpo
o de um ca
arro típico. Acredita-se
A
e
que será p
possível elim
minar uma parcela
p
sign
nificativa do
os 2.000 a 4.000
4
ponto
os de solda a resistên-cia por carro. A flang
ge não é ne
ecessário quando
q
a soldagem la
aser é usad
da. Uma so
olda a laserr
ambém aum
menta a inte
egridade estrutural. A rresistência da
d solda é usualmente
e maior que
e
contínua ta
a resistênccia do metal base
S
a LASER
5.5 – Vanttagens da Soldagem
• Feixe
e com alta densidade
d
d potência
de
a;
• Solda
a realizada com baixa energia;
• Pequ
uena Zona Termicame
T
a;
nte Afetada
• Mínim
ma distorçã
ão e tensão residual;
• Altass propriedad
des mecânicas da junta;
• Altísssimas veloccidades de soldagem
s
e corte;
• Facillidade de au
utomatizaçã
ão e controlle;
• O feiixe não é pe
erturbado por
p campos magnéticoss;
• Posssibilidade de
e operar em
m juntas de difícil acessso;
• Alto nível de qualidade da junta;
j
• Capa
acidade de soldar mate
eriais dissim
milares;
• Gera
almente é desnecessárrio o uso de
e material de adição;
• Óxidos, silicatos
s e outras impurezas são seletivvamente va
aporizadas, o feixe pro
ovoca uma
a
a “purificaçã
ão”do metal de solda.
certa
• Não necessita de
d vácuo pa
ara a realiza
ação da solda;
S
a LASER
5.6 – Limittações da Soldagem
• São necessários meios pre
ecisos e eficientes parra posiciona
ar a junta, pois
p
as tolerrâncias são
o
o estreitas;
muito
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(coletânea de
e informações retiradas dee diversas bib
bliografias) • Custto de investtimento rela
ativamente elevado
e
(co
omparado às
à técnicas convencion
nais de sol-dage
ens);
• São consumidos
s gases, len
ntes especiais e que são gastos in
nerentes ao
o processo;
• Indusstrialmente,, a máxima espessura
a considerad
da prática para
p
ser soldada se en
ncontra au-talme
ente em torrno de 20 mm;
m
• É relativamente baixa a eficiência de conversão
c
d energia (cerca de 10%);
da
• Por sse tratar de
e um processso que envvolve a transformação de fase sóllido-líquido em materi-ais, o processo de soldage
em a laser também ap
presenta pro
oblemas sim
milares aoss processos
s
convvencionais, como a sensibilidade à formação
o de trincass, principalm
mente para
a o caso do
o
alum
mínio.
• O rissco de acidentes está no processso, e danoss aos olhos
s podem re
esultar da exposição
e
a
algum
m tipo de fe
eixe, sendo então nece
essário o usso de equipamentos de
e proteção individual e
isolamento da área
á
de trab
balho.
• O op
perador devve ser treina
ado para executar as ta
arefas de so
oldagem a laser.
l
E A LASER
R
6 – CORTE
a soldagem, pois o proc
cesso de co
orte envolve
e uma con-Os equipamento lasers de corte diferem da
a maior que
e na soldag
gem. O feixxe de corte deve ser mais
m
conce
entrado e o
centração de energia
corte ocorrre a velocidades mais altas.
quipamento
o refere-se ao
a tipo de gás
g de assisstência utiliz
zado. Norm
malmente, o
Outra diferrença no eq
gás utilizad
do nos proc
cessos de corte
c
é o oxxigênio, devvido ao favorecimento
o à reação exotérmica,
e
,
ou seja, lib
beração de calor, aume
entando ain
nda mais a temperatura
t
a do processso e a velo
ocidade.
e o process
so de corte
e a laser po
odem cortarr chapas de
e aço-carbo
ono de até 20 mm de
e
Atualmente
espessura. Porém, su
ua capacida
ade de cortte de chapa
as de alumínio, por ex
xemplo, é bem
b
menor:
pas de 6 mm
m, no máxim
mo. Isso se explica pela
a tendência
a do alumínio ao empastamento e
corta chap
à reflexão da luz.
Valores muito elevados de velo-orte é sua velocidade.
v
Uma variável importante no proccesso de co
duzir estriass na superffície de cortte, rebarbas
s na parte posterior
p
da
a superfície
e
cidade tendem a prod
ela radiação
o e até me
esmo imposssibilidade de
d realizar o corte. Ve
elocidades baixas, porr
atingida pe
outro lado,, produzem
m um aumen
nto da zona
a termicame
ente afetada e um deccréscimo na
a qualidade
e
do corte. O gás de as
ssistência deve ter vazzão suficiente para rem
mover o matterial fundid
do, proveni-ente do co
orte. Materia
ais como plá
ásticos, ma
adeiras ou borrachas
b
p
permitem
utilizar vazõe
es mais ele-vadas.
ser tipo gassoso de CO
O2. Aços nã
ão ligados podem serr
Normalmente, se utiliiza para o corte, o las
ualidade de
e
facilmente cortados a laser, princcipalmente se o gás de assistênccia for o oxiigênio. A qu
ndo pequenas largurass de corte e bordas re
etas, sem re
ebarbas e livre de óxi-corte é boa, produzin
as finas de aços inoxid
dáveis pode
em ser cortadas com excelente
e
re
esultado. Não é possí-dos. Chapa
vel cortar chapas
c
tão espessas como
c
as de
e aços não ligados. Oss aços-ferra
amenta são
o difíceis de
e
cortar por outros méto
odos conve
encionais, por causa do
o alto teor de
d carbono,, mas apressentam boa
a
cie, quando
o cortados a laser. A e
espessura máxima
m
que
e o alumínio
o e suas li-qualidade de superfíc
m ser cortad
dos a laser situa-se
s
por volta de 4 mm a 6 mm, pois, o alumínio
a
refflete a luz e
gas podem
é bom con
ndutor de ca
alor, dificultando a con
ncentração de
d energia. Cobre e su
uas ligas, assim
a
como
o
o alumínio
o, também apresenta
a
te
endência a refletir a lu
uz. Para o corte
c
de pe
eças não pla
anas, é ex-tremamentte importante a proteçã
ão contra ra
adiação reffletida. Titân
nio e suas ligas
l
podem
m ser corta-do a laser,, desde que
e a zona de
e corte seja protegida por
p um gás inerte, que
e evita a oxidação pelo
o
ar.
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GEM E CORTTE A LASER
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(
(coletânea de
e informações retiradas dee diversas bib
bliografias) Vantagens
s do corte a laser:
• minim
miza a largu
ura de corte
e (típica de 0.12 mm);
• minim
miza a zona
a afetada pe
elo calor;
• minim
miza o temp
po de posiccionamento da peça;
• reduzz ou elimina
a perdas - contornos
c
lisos em velo
ocidades altas;
• corte
e com ladoss paralelos;
• ausê
ência de distorção por contato;
c
• pode
e cortar perffis de conto
ornos compllexos;
• pode
e iniciar o co
orte em qua
alquer posiçção;
• altass velocidade
es de corte;
• As to
olerâncias dimensiona
d
ais podem ser
s mantida
as consisten
ntemente dentro de +//- 0,02 mm
m
em m
materiais de
e espessura
as de até 3 mm.
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