Quais gases são necessários para soldagem a laser?

A soldagem a laser é um método de soldagem de alta precisão que usa um feixe de laser para derreter o material da peça e, em seguida, forma uma solda após o resfriamento. Na soldagem a laser, o gás desempenha um papel fundamental. O gás protetor não afeta apenas a formação do cordão de soldagem, a qualidade do cordão de soldagem, a penetração do cordão de soldagem e a largura de penetração, mas também afeta diretamente a qualidade e a eficiência da soldagem a laser. Quais gases são necessários para soldagem a laser? Este artigo analisará em profundidade a importância dos gases de soldagem a laser, os gases usados e o que eles fazem.

Por que o gás é necessário para soldagem a laser?

Durante o processo de soldagem a laser, um feixe de laser de alta densidade de energia é focado na área de soldagem da peça, causando a fusão instantânea do material da superfície da peça. O gás é necessário durante a soldagem a laser para proteger a área de soldagem, controlar a temperatura, melhorar a qualidade da solda e proteger o sistema óptico. A escolha do tipo de gás e dos parâmetros de fornecimento apropriados são fatores importantes para garantir um processo de soldagem a laser eficiente e estável e obter resultados de soldagem de alta qualidade.

Proteção de áreas de soldagem

Durante o processo de soldagem a laser, a área de solda fica exposta ao ambiente externo e é facilmente afetada pelo oxigênio e outros gases do ar. O oxigênio desencadeia reações de oxidação que podem levar à redução da qualidade da solda e à criação de poros e inclusões. A solda pode ser efetivamente protegida da contaminação por oxigênio fornecendo um gás apropriado, geralmente um gás inerte como o argônio, para a área de soldagem.

Controle de calor

A seleção e o fornecimento de gás podem ajudar a controlar a temperatura da área de soldagem. Ao ajustar a vazão e o tipo de gás, a taxa de resfriamento da área de soldagem pode ser afetada. Isto é importante para controlar a zona afetada pelo calor (ZTA) durante a soldagem e reduzir a distorção térmica.

Melhor qualidade de solda

Alguns gases auxiliares, como oxigênio ou nitrogênio, podem melhorar a qualidade e o desempenho das soldas. Por exemplo, a adição de oxigênio pode melhorar a penetração da solda e aumentar a velocidade de soldagem, ao mesmo tempo que afeta a forma e a profundidade da solda.

Resfriamento de gás

Na soldagem a laser, a área de soldagem geralmente é afetada por altas temperaturas. Usar um sistema de resfriamento a gás pode ajudar a controlar a temperatura da área de soldagem e evitar o superaquecimento. Isto é essencial para reduzir o estresse térmico na área de soldagem e melhorar a qualidade da soldagem.

Proteção de gás de sistemas ópticos

O feixe de laser é focado na área de soldagem através de um sistema óptico. Durante o processo de soldagem, o material fundido e os aerossóis gerados podem contaminar os componentes ópticos. Ao introduzir gases na área de soldagem, o risco de contaminação é reduzido e a vida útil do sistema óptico é prolongada.

Quais gases são usados na soldagem a laser?

Na soldagem a laser, o gás pode isolar o ar da placa de soldagem e evitar que reaja com o ar. Desta forma, a superfície de soldagem da placa metálica ficará mais branca e bonita. O uso de gás também protege as lentes do pó de soldagem. Geralmente são utilizados os seguintes gases:

Gás protetor

Os gases de proteção, às vezes chamados de “gases inertes”, desempenham um papel importante no processo de soldagem a laser. Os processos de soldagem a laser geralmente usam gases inertes para proteger a poça de fusão. Os gases de proteção comumente usados na soldagem a laser incluem principalmente argônio e néon. Suas propriedades físicas e químicas são diferentes, portanto seus efeitos na solda também são diferentes.

Argônio: O argônio é um dos gases inertes mais comumente usados. Possui alto grau de ionização sob a ação do laser, o que não favorece o controle da formação de nuvens de plasma, o que terá certo impacto no uso eficaz dos lasers. A natureza inerte do argônio o mantém fora do processo de soldagem, ao mesmo tempo que dissipa bem o calor, ajudando a controlar a temperatura na área de soldagem.
Néon: O néon é frequentemente usado como gás inerte, semelhante ao argônio, e é usado principalmente para proteger a área de soldagem do oxigênio e outros poluentes do ambiente externo. É importante observar que o néon não é adequado para todas as aplicações de soldagem a laser. É usado principalmente para algumas tarefas especiais de soldagem, como soldagem de materiais mais espessos ou quando são necessárias costuras de solda mais profundas.

gás auxiliar

Durante o processo de soldagem a laser, além do gás protetor principal, gases auxiliares também podem ser utilizados para melhorar o desempenho e a qualidade da soldagem. A seguir estão alguns gases auxiliares comuns usados na soldagem a laser:

Oxigênio: O oxigênio é comumente usado como gás auxiliar e pode ser usado para aumentar o calor e a profundidade da solda durante a soldagem. A adição de oxigênio pode aumentar a velocidade e a penetração da soldagem, mas precisa ser cuidadosamente controlada para evitar que o excesso de oxigênio cause problemas de oxidação.
Nitrogênio: O nitrogênio também é frequentemente usado como gás auxiliar na soldagem a laser. A energia de ionização do nitrogênio é moderada, superior à do argônio e inferior à do hidrogênio. O grau de ionização geralmente ocorre sob a ação de um laser. Pode reduzir melhor a formação de nuvens de plasma, fornecer soldas e aparência de maior qualidade e reduzir o impacto do oxigênio nas soldas. O nitrogênio também pode ser utilizado para controlar a temperatura da área de soldagem e reduzir a formação de bolhas e poros.
Mistura Hidrogênio/Hidrogênio: O hidrogênio melhora a qualidade das soldas e reduz a formação de porosidade. Misturas de argônio e hidrogênio são usadas em algumas aplicações especiais, como soldagem de aço inoxidável. O teor de hidrogênio da mistura normalmente varia de 2% a 15%.
Hélio: O hélio é normalmente usado para soldagem a laser de alta potência porque tem baixa condutividade térmica e não é facilmente ionizado, permitindo que o laser passe suavemente e a energia do feixe alcance a superfície da peça sem quaisquer obstáculos. Propício para soldagem de maior potência. O hélio também pode ser usado para melhorar a qualidade da solda e controlar as temperaturas de soldagem. Este é o gás de proteção mais eficaz usado na soldagem a laser, mas é relativamente caro.

Gás de resfriamento

O gás de resfriamento é frequentemente usado durante a soldagem a laser para controlar a temperatura da área de soldagem, evitar superaquecimento e manter a qualidade da soldagem. A seguir estão alguns gases de resfriamento comumente usados:

Água: A água é um meio de resfriamento comum, frequentemente usado para resfriar geradores de laser e sistemas ópticos de soldagem a laser. Os sistemas de resfriamento de água podem ajudar a manter uma temperatura estável do gerador de laser e dos componentes ópticos para garantir a estabilidade e o desempenho do feixe de laser.
Gases atmosféricos: Em alguns processos de soldagem a laser, gases atmosféricos ambientais podem ser usados para resfriamento. Por exemplo, no sistema óptico de um gerador de laser, o gás da atmosfera circundante pode proporcionar um efeito de resfriamento.
Gases inertes: Gases inertes como argônio e nitrogênio também podem ser usados como gases de resfriamento. Possuem menor condutividade térmica e podem ser utilizados para controlar a temperatura da área de soldagem e reduzir a zona afetada pelo calor (ZTA).
Nitrogênio líquido: O nitrogênio líquido é um meio de resfriamento de temperatura extremamente baixa que pode ser usado para soldagem a laser de potência extremamente alta. Proporciona um efeito de resfriamento muito eficaz e garante o controle da temperatura na área de soldagem.

Seleção de gás em diferentes aplicações

Em diferentes aplicações de soldagem a laser, a escolha do gás apropriado é crucial, porque diferentes combinações de gases podem produzir diferentes qualidades, velocidades e eficiências de soldagem. Aqui estão algumas diretrizes para ajudá-lo a escolher o gás certo para sua aplicação específica:

Tipo de material de soldagem

Diferentes materiais requerem diferentes combinações de gases. De modo geral:

O aço inoxidável normalmente usa argônio ou uma mistura de argônio/hidrogênio.
O alumínio e as ligas de alumínio costumam usar argônio puro.
As ligas de titânio costumam usar nitrogênio.
Os aços com alto teor de carbono costumam usar oxigênio como gás auxiliar.

Velocidade de soldagem e penetração

Se for necessária uma velocidade de soldagem mais alta ou uma penetração de soldagem mais profunda, a combinação de gases pode ser ajustada. A adição de oxigênio geralmente melhora a velocidade e a penetração, mas precisa ser cuidadosamente controlada para evitar problemas de oxidação.

Qualidade de solda

Algumas combinações de gases podem melhorar a qualidade e a aparência das soldas. Por exemplo, o nitrogênio pode proporcionar uma melhor aparência e qualidade de superfície.

Controle de poros e bolhas

Para aplicações que exigem soldas de altíssima qualidade, atenção especial deve ser dada à formação de poros e bolhas. A seleção adequada do gás pode reduzir o risco desses defeitos.

Controle da Zona Afetada pelo Calor (HAZ)

Dependendo do material a ser limpo, resíduos perigosos que requerem procedimentos especiais de manuseio podem ser gerados durante o processo de limpeza. Isso pode aumentar o custo geral do processo de limpeza a laser.

Considerações sobre equipamentos e custos

A seleção do gás também é influenciada pelo tipo e custo do equipamento. Alguns gases podem exigir sistemas de abastecimento especiais ou custos mais elevados.

Para aplicações específicas, é recomendado trabalhar com um engenheiro de soldagem ou um fabricante profissional de equipamentos de soldagem a laser para obter aconselhamento profissional e otimizar o processo de soldagem. Geralmente são necessárias alguma experimentação e otimização antes que a combinação final de gases seja selecionada. Dependendo da aplicação específica, diferentes combinações e parâmetros de gases podem ser testados para encontrar as condições ideais de soldagem.

Resumir

Resumindo, a soldagem a laser precisa usar gás para proteger as áreas de soldagem, controlar a temperatura, melhorar a qualidade da solda e proteger os sistemas ópticos. A seleção de tipos de gás e parâmetros de fornecimento apropriados é um fator importante para garantir um processo de soldagem a laser eficiente e estável e obter resultados de soldagem de alta qualidade. Diferentes materiais e aplicações podem exigir diferentes tipos e proporções mistas para atender a requisitos específicos de soldagem.
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