Como selecionar a melhor mistura de gases para sua soldagem a laser?
Tipos, benefícios e aplicações
Introdução:
Pontos-chave a considerar antes de começar
A soldagem a laser é um método de soldagem de alta precisão que utiliza um feixe de laser para fundir o material da peça de trabalho e, em seguida, formar uma solda após o resfriamento. Na soldagem a laser, o gás desempenha um papel fundamental.
O gás protetor não afeta apenas a formação, a qualidade, a penetração e a largura da solda, mas também influencia diretamente a qualidade e a eficiência da soldagem a laser.
Quais gases são necessários para a soldagem a laser?Este artigo analisará detalhadamente...A importância dos gases de soldagem a laser, os gases utilizados e suas funções.
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Por que é necessário gás para a soldagem a laser?
Soldagem por feixe de laser
Durante o processo de soldagem a laser, um feixe de laser de alta densidade de energia é focalizado na área de soldagem da peça de trabalho.
Provoca o derretimento instantâneo do material da superfície da peça de trabalho.
É necessário o uso de gás 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 adequados são fatores importantes para garantir a eficiência.
E um processo de soldagem a laser estável, obtendo resultados de soldagem de alta qualidade.
1. Proteção das 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 presentes no ar.
O oxigênio desencadeia reações de oxidação que podem levar à redução da qualidade da solda e à formação de poros e inclusões. A solda pode ser protegida eficazmente da contaminação por oxigênio através do fornecimento de um gás apropriado, geralmente um gás inerte como o argônio, à área de soldagem.
2. Controle de temperatura
A seleção e o fornecimento de gás podem ajudar a controlar a temperatura da zona de soldagem. Ajustando a vazão e o tipo de gás, é possível influenciar a taxa de resfriamento da zona de soldagem. Isso é importante para controlar a zona termicamente afetada (ZTA) durante a soldagem e reduzir a distorção térmica.
3. Qualidade de solda aprimorada
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, além de influenciar o formato e a profundidade da solda.
4. Resfriamento a gás
Na soldagem a laser, a área de soldagem geralmente é afetada por altas temperaturas. O uso de um sistema de resfriamento a gás pode ajudar a controlar a temperatura da área de soldagem e evitar o superaquecimento. Isso é essencial para reduzir o estresse térmico na área de soldagem e melhorar a qualidade da solda.
Soldagem automatizada por feixe de laser
5. Proteção contra gases em sistemas ópticos
O feixe de laser é focalizado na área de soldagem por meio 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 isola o ar da placa a ser soldada, impedindo a reação entre os dois. Dessa forma, a superfície da solda fica mais branca e com melhor acabamento. O uso de gás também protege as lentes da poeira da soldagem. Normalmente, os seguintes gases são utilizados:
1. Gás protetor:
Os gases de proteção, também chamados de "gases inertes", desempenham um papel importante no processo de soldagem a laser. Os processos de soldagem a laser frequentemente utilizam gases inertes para proteger a poça de fusão. Os gases de proteção mais comuns na soldagem a laser incluem o argônio e o neônio. Suas propriedades físicas e químicas são diferentes, portanto, seus efeitos na solda também são diferentes.
Gás protetor:Argônio
O argônio é um dos gases inertes mais comumente usados.
Apresenta um alto grau de ionização sob a ação do laser, o que não é favorável ao controle da formação de nuvens de plasma, impactando, portanto, a eficácia do uso de 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.
Gás protetor:Néon
O néon é frequentemente usado como um gás inerte, semelhante ao argônio, e é utilizado principalmente para proteger a área de soldagem do oxigênio e de outros poluentes do ambiente externo.
É importante ressaltar que o néon não é adequado para todas as aplicações de soldagem a laser.
É utilizado principalmente para algumas tarefas especiais de soldagem, como soldar materiais mais espessos ou quando são necessárias juntas de solda mais profundas.
2. Gás Auxiliar:
Durante o processo de soldagem a laser, além do gás de proteção principal, gases auxiliares também podem ser utilizados para melhorar o desempenho e a qualidade da soldagem. A seguir, alguns gases auxiliares comuns usados na soldagem a laser.
Gás auxiliar:Oxigênio
O oxigênio é comumente usado como gás auxiliar e pode ser utilizado para aumentar o calor e a profundidade da solda durante o processo de 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.
Gás auxiliar:Hidrogênio/Mistura de Hidrogênio
O hidrogênio melhora a qualidade das soldas e reduz a formação de porosidade.
Misturas de argônio e hidrogênio são utilizadas em algumas aplicações especiais, como a soldagem de aço inoxidável. O teor de hidrogênio na mistura normalmente varia de 2% a 15%.
Gás protetor:Azoto
O nitrogênio também é frequentemente usado como gás auxiliar na soldagem a laser.
A energia de ionização do nitrogênio é moderada, maior que a do argônio e menor que a do hidrogênio.
O grau de ionização geralmente é controlado pela ação do laser. Isso permite reduzir a formação de nuvens de plasma, proporcionando soldas de maior qualidade e melhor aparência, além de minimizar o impacto do oxigênio nas soldas.
O nitrogênio também pode ser usado para controlar a temperatura da área de soldagem e reduzir a formação de bolhas e poros.
Gás protetor:Hélio
O hélio é geralmente usado para soldagem a laser de alta potência porque possui baixa condutividade térmica e não se ioniza facilmente, permitindo que o laser passe suavemente e que a energia do feixe atinja a superfície da peça de trabalho sem obstáculos.
Favorece soldagem de alta 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.
3. Gás de Refrigeração:
O gás refrigerante é frequentemente usado durante a soldagem a laser para controlar a temperatura da área de soldagem, evitar o superaquecimento e manter a qualidade da solda. A seguir, alguns gases refrigerantes comumente usados:
Gás/fluido refrigerante:Água
A água é um meio de refrigeração comum, frequentemente usado para resfriar geradores de laser e sistemas ópticos de soldagem a laser.
Os sistemas de refrigeração a água podem ajudar a manter uma temperatura estável do gerador de laser e dos componentes ópticos, garantindo a estabilidade e o desempenho do feixe de laser.
Gás/fluido refrigerante:Gases atmosféricos
Em alguns processos de soldagem a laser, os gases atmosféricos ambientes podem ser usados para resfriamento.
Por exemplo, no sistema óptico de um gerador de laser, o gás atmosférico circundante pode proporcionar um efeito de resfriamento.
Gás/fluido refrigerante:Gases inertes
Gases inertes como o argônio e o nitrogênio também podem ser usados como gases refrigerantes.
Possuem menor condutividade térmica e podem ser utilizadas para controlar a temperatura da área de soldagem e reduzir a zona afetada pelo calor (ZAC).
Gás/fluido refrigerante:Nitrogênio líquido
O nitrogênio líquido é um meio de resfriamento de temperatura extremamente baixa que pode ser usado para soldagem a laser de altíssima potência.
Proporciona um efeito de resfriamento muito eficaz e garante o controle da temperatura na área de soldagem.
4. Gás Misto:
Misturas gasosas são comumente usadas na soldagem para otimizar diversos aspectos do processo, como velocidade de soldagem, profundidade de penetração e estabilidade do arco. Existem dois tipos principais de misturas gasosas: misturas binárias e misturas ternárias.
Misturas binárias de gases:Argônio + Oxigênio
A adição de uma pequena quantidade de oxigênio ao argônio melhora a estabilidade do arco, refina a poça de fusão e aumenta a velocidade de soldagem. Essa mistura é comumente usada para soldar aço carbono, aço de baixa liga e aço inoxidável.
Misturas binárias de gases:Argônio + Dióxido de Carbono
A adição de CO₂ ao argônio aumenta a resistência da solda e a resistência à corrosão, além de reduzir os respingos. Essa mistura é frequentemente usada para soldar aço carbono e aço inoxidável.
Misturas binárias de gases:Argônio + Hidrogênio
O hidrogênio aumenta a temperatura do arco, melhora a velocidade de soldagem e reduz os defeitos de soldagem. É especialmente útil para soldar ligas à base de níquel e aço inoxidável.
Misturas gasosas ternárias:Argônio + Oxigênio + Dióxido de Carbono
Essa mistura combina os benefícios das misturas de argônio-oxigênio e argônio-CO₂. Ela reduz respingos, melhora a fluidez da poça de fusão e aprimora a qualidade da solda. É amplamente utilizada para soldagem de diversas espessuras de aço carbono, aço de baixa liga e aço inoxidável.
Misturas gasosas ternárias:Argônio + Hélio + Dióxido de Carbono
Essa mistura ajuda a melhorar a estabilidade do arco, aumenta a temperatura da poça de fusão e melhora a velocidade de soldagem. É utilizada em soldagem a arco de curto-circuito e em aplicações de soldagem pesada, oferecendo melhor controle sobre a oxidação.
Seleção de gás em diferentes aplicações
Soldagem a laser portátil
Em diferentes aplicações de soldagem a laser, a escolha do gás adequado é crucial, pois 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:
Aço inoxidávelnormalmente usaArgônio ou mistura de argônio/hidrogênio.
Alumínio e ligas de alumíniouso frequenteArgônio puro.
Ligas de titâniouso frequenteAzoto.
Aços de alto carbonouso frequenteOxigênio como gás auxiliar.
Velocidade e penetração na soldagem:
Se for necessária uma velocidade de soldagem mais alta ou uma penetração de solda 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.
Controle da Zona Afetada pelo Calor (ZAC):
Dependendo do material a ser limpo, resíduos perigosos que exigem procedimentos especiais de manuseio podem ser gerados durante o processo de limpeza. Isso pode aumentar o custo total do processo de limpeza a laser.
Qualidade da 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 da superfície.
Controle de poros e bolhas:
Para aplicações que exigem soldas de altíssima qualidade, é necessário prestar atenção especial à formação de poros e bolhas. A seleção adequada do gás pode reduzir o risco desses defeitos.
Considerações sobre equipamentos e custos:
A seleção do gás também é influenciada pelo tipo e custo do equipamento. Alguns gases podem exigir sistemas de fornecimento especiais ou ter custos mais elevados.
Para aplicações específicas, recomenda-se trabalhar com um engenheiro de soldagem ou um fabricante profissional de equipamentos de soldagem a laser para obter aconselhamento especializado e otimizar o processo de soldagem.
Geralmente, são necessários alguns processos de experimentação e otimização antes de se selecionar a combinação final de gases.
Dependendo da aplicação específica, diferentes combinações de gases e parâmetros podem ser testados para encontrar as condições ideais de soldagem.
Coisas que você precisa saber sobre: Soldagem a laser portátil
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Com um design compacto e pequeno, a máquina de solda a laser portátil está equipada com uma pistola de solda a laser manual e móvel, leve e prática para aplicações de soldagem a laser múltipla em qualquer ângulo e superfície.
A variedade opcional de bicos de solda a laser e os sistemas automáticos de alimentação de arame tornam a operação de soldagem a laser mais fácil e adequada para iniciantes.
A soldagem a laser de alta velocidade aumenta consideravelmente a eficiência e a produtividade da sua produção, além de proporcionar um excelente resultado.
Resumir
Em resumo, a soldagem a laser requer o uso de gás para proteger as áreas de soldagem, controlar a temperatura, melhorar a qualidade da solda e proteger os sistemas ópticos. A seleção adequada dos tipos de gás e dos parâmetros de fornecimento é um fator importante para garantir um processo de soldagem a laser eficiente e estável, além de obter resultados de alta qualidade. Diferentes materiais e aplicações podem exigir diferentes tipos de gás e proporções de mistura para atender aos requisitos específicos de soldagem.
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Data da publicação: 13/01/2025