Ao contrário dos demais processos de soldagem, com exceção do feixe de elétrons, o processo de soldagem por laser apresenta diferentes parâmetros de soldagem: os parâmetros do feixe laser, os parâmetros do próprio processo, que são os primários e os secundários, e os parâmetros do material.

parâmetros do feixe laser

A potência do feixe é um fator importante a ser considerado, uma vez que está diretamente ligado à espessura máxima a ser soldada. Outro fator importante é o comprimento da onda de radiação emitida, uma vez que um mesmo comprimento de onda apresenta facilidade em soldar alguns materiais e dificuldade em soldar outros.

modo do feixe

O modo do feixe é a forma como a potência é distribuída ao longo do feixe. O sistema óptico é o que determina a diferença entre a potência gerada e a que efetivamente vai atingir a peça, pois o feixe perde potência em cada espelho refletor utilizado. Além disto, o sistema óptico atua também na determinação do diâmetro do feixe na zona de interação. Por último, o modo de funcionamento do laser determina a potência máxima e a simetria do feixe.

Para melhor determinar o diâmetro incidente, é necessário conhecer as características e a estrutura do modo. Na cavidade ressonante existem o modo axial e o modo transversal; nos axiais, as ondas circulam exatamente ao longo do eixo dos espelhos; nos transversais, as ondas giram circularmente a este eixo, refletindo indiretamente entre os espelhos. No modo axial, as ondas estão sempre no centro; já no modo transverso, existem muitas variáveis que são determinadas pelo modo transverso eletromagnético ou TEM_. A identificação dos dois dígitos “m” e “n” mostra como a energia se distribui para melhor qualidade do raio; cita-se como exemplo TEM₀₀.

parâmetros primários e secundários

Os parâmetros primários de soldagem são: potência do raio laser, diâmetro do raio incidente, absorção, velocidade de soldagem, gás de proteção, distância focai, pulso e configuração da junta. Os secundários são profundidade de penetração e propriedades físicas e metalúrgicas.

potência do raio laser

A penetração é diretamente relacionada com a densidade do raio laser, a qual está relacionada com a potência e o diâmetro do raio. Para medir a energia de saída da cavidade ressonante, usam-se calorímetros de corpos negros.

diâmetro do raio incidente

O diâmetro do raio incidente é o parâmetro mais importante porque determina a densidade de energia; no entanto, o diâmetro do raio incidente é muito difícil de ser medido quando se trata de altas potências de laser. Considera-se que a distribuição gaussiana do feixe, TE M^, é o modo mais vantajoso; para uma determinação exata, são feitas medições experimentais.

absorção

A absorção é o parâmetro que determina a eficiência do feixe de luz incidente na peça; qualquer cálculo da energia transferida para a soldagem laser é baseada na energia absorvida pela peça. No caso de superfícies polidas, determinou-se que absorção é proporcional à raiz quadrada da resistividade elétrica do material que está sendo soldado. Outros fatores também influenciam, como a temperatura, qualidade da superfície e o gás de proteção, o que dificulta muito a determinação experimental; para aços, por exemplo, a absorção é de 90% no estado fundido.

A absortividade é muito importante porque indica quanto de radiação será refletida ou absorvida pelo material; a partir desta indicação, será possível determinara potência necessária de feixe, e se deverá ser pulsado ou não.

velocidade de soldagem

Para uma dada potência, um decréscimo na velocidade de soldagem origina um aumento da penetração. Elevadas velocidades podem originar insuficientes penetrações, enquanto que baixas velocidades conduzem a fusões excessivas do metal, provocando vaporização e perda de material com a consequente formação de defeitos. Um gráfico mostra a influência da velocidade para diferentes potências de laser.

gás de proteção

O gás de proteção serve para remover o plasma formado na fusão ou vaporização do material. Caso não seja feita esta remoção, o plasma absorve e desvia o raio laser. A composição e a vazão do gás influenciam a penetração. O tipo de gás utilizado e seus diferentes potenciais de ionização proporcionam diferenças na interação feixe-matéria,alterando a transferência da energia.

Nos casos de soldagem de materiais reativos como titânio ou na soldagem em que partes da poça de fusão ficam expostas sem proteção, como no caso de soldagem de raiz, utilizam-se os mesmos mecanismos conhecidos nos processos MIG/M AG e TIG para proteções adicionais. No processo laser, o gás de proteção pode ser argônio ou hélio e recebe o nome de gás de assistência, para diferenciar do outro gás utilizado.

distância focal

A distância focal é considerada como o máximo ponto de convergência do feixe. Considera-se que 1 mm abaixo do nível da superfície da peça é o ponto ótimo, mas esta localização pode variar, dependendo da espessura a ser soldada.

pulso

O pulso é usado principalmente para aumentar a penetração; os parâmetros de pulso são a duração, geralmente em metros por segundo, e a frequência de pulso, medida em Hertz.

parâmetros do material

Os parâmetros do material são a localização da peça em relação ao feixe laser, a configuração das juntas e as propriedades do material.

A localização da peça a soldar na direção perpendicular ao feixe é extremamente importante pois a focalização do feixe faz com que este tenha sua densidade ótima a uma dada distância. Fora dela, o feixe já não é tão concentrado e consequentemente, para a mesma potência, apresentará maior dimensão de sangria e menor penetração.

configuração das juntas

A configuração das juntas a soldar e as tolerâncias dimensionais da preparação assumem fundamental importância no processo a laser, uma vez que, como o feixe é extremamente colimado ou dirigido, qualquer falha na preparação da junta fará o feixe passar pela falha sem interagir com a peça.

propriedades do material

O material a ser soldado apresenta diferentes propriedades, dentre as quais se destaca a absortividade que é de fundamental importância para o processo. A absortividade indica a quantidade de radiação que será refletida ou absorvida pelo material, o que determina a potência necessária do feixe e se será pulsado ou não.

 Link Relacionado:

Soldagem – Coleção tecnológica SENAI – 1ª ed. 1997