1. Gás de soldagem a laser
Na soldagem a laser, um gás de proteção é empregado para melhorar os resultados da soldagem e evitar o acúmulo de sedimentos nas ferramentas a laser. O gás de proteção pode ser dividido em três categorias: gás auxiliar (gás MDE), gás de proteção e gás de jato.
O gás auxiliar, particularmente útil na soldagem com laser granada de ítrio-alumínio, ajuda a reduzir a absorção do feixe de laser no plasma de vapor metálico. O gás de proteção, por sua vez, expulsa o ar da área de soldagem para evitar qualquer reação com os componentes do ar.
O gás jato é utilizado em processos de soldagem que produzem quantidades excessivas de respingos e vapor. A cortina de ar direciona o gás da cortina de ar para o cabeçote de usinagem em um ângulo de 90 graus através de um bico, protegendo o cabeçote de usinagem contra respingos e névoa durante a soldagem. A cortina de ar não tem efeito sobre o metal fundido ou sobre o gás de proteção.
2. Qual é o papel do gás de proteção?
O laser produz um feixe de energia necessário para o processo de soldagem. Esta energia é direcionada para a posição conjunta da peça de trabalho através de uma combinação de um espelho de direção, cabo óptico de laser e dispositivo de foco.
Para garantir uma orientação precisa do feixe de laser focado, a peça de trabalho deve ser posicionada e fixada corretamente. O elemento óptico de foco é então movido ao longo da posição da costura, direcionando o feixe de laser para a peça de trabalho.
A alta densidade de potência do feixe de laser no ponto de foco faz com que o material derreta e uma pequena porção vaporize. A pressão do vapor metálico que flui é tão forte que forma um pequeno orifício conhecido como “buraco de fechadura”. Este buraco de fechadura penetra no material com vários milímetros de profundidade.
Quando a lente de foco é movida acima da peça de trabalho, o buraco da fechadura também se move sob a lente de foco. Isso permite que o metal derretido flua junto, resultando na solidificação do material derretido em uma solda estreita.
No entanto, muitos metais podem reagir com componentes presentes no ar em estado fundido, levando a uma redução na qualidade da soldagem. O gás de proteção expulsa esses componentes de ar, afetando positivamente as características da solda.
3. Gás de proteção
O gás inerte é comumente usado na soldagem a laser de metal devido às suas propriedades de não reagir, ou raramente reagir, com o material da matriz. Alguns gases de proteção recomendados incluem nitrogênio (N2), argônio (AR) e hélio (He).
É importante observar que os gases industriais geralmente contêm pequenas quantidades de impurezas. A pureza do gás é indicada através de um sistema digital, onde o primeiro número representa o número de noves do valor percentual e o segundo número representa o último dígito do valor percentual. Por exemplo, He 4,6 indica uma pureza de hélio de 99,996% (em volume).
A vida útil de um cilindro de gás pode ser facilmente calculada. O gás de soldagem é armazenado em cilindros de gás, sendo que um cilindro de armazenamento de gás típico contém 50 litros de gás a uma pressão de 200 bar.
- T: Vida útil
- V: Volume do cilindro de gás
- P: Pressão de inflação
- P: Consumo unitário de gás
Exemplo:
V = 50l,p = 200bar,Q =40l/h → T = 50l • 200bar/40l/h = 250 h
Nitrogênio (N2)
O nitrogênio é um gás inerte incolor e inodoro adequado para soldagem de aço cromo-níquel. Porém, não é recomendado para uso com ligas de zircônio e materiais de titânio, pois embora seja inativo, pode formar compostos com estes materiais.
É importante notar que ao soldar aço com nitrogênio, a presença de nitrogênio pode reduzir ligeiramente a resistência à ferrugem ao dissolver o cromo e o níquel do aço.
Recomendação
A tabela a seguir fornece uma visão geral dos gases de proteção recomendados.
| Ar | Ele | N2 | Observação | |
| Alumínio e liga de alumínio | – | + | – | Soldas lisas e brilhantes podem ser formadas com hidrogênio ou mistura de hidrogênio.
O uso de hidrogênio causará poros no material O gás contendo hidrogênio causará poros no material Soldas de altíssima qualidade podem ser formadas ao soldar com dióxido de carbono (CO2) ou mistura de hidrogênio/dióxido de carbono. No entanto, a suavidade e o brilho destas soldaduras são ligeiramente pobres. |
| Aço cromo níquel | + | – | + | Recomenda-se o uso de argônio em dispositivos propensos a transbordamento de gás porque é mais pesado que o nitrogênio. Para evitar a corrosão, o argônio deve ser usado porque o nitrogênio reage com o cromo e o níquel no material. |
| Titânio e ligas de titânio | + | – | + | O titânio reage fortemente com os componentes do ar. Contanto que a temperatura da solda após o resfriamento ainda seja de 200 ℃, é necessário cobrir completamente o pool de solução com argônio (por exemplo, um porta-luvas pode ser usado) |
| Liga de cromo | + | – | – | – |
| Cobre | – | – | – | Geralmente não é necessário usar gás de proteção ao soldar cobre. |
Sugestões para gás de proteção de matérias-primas: “+” = sim, “-” = não
Nota: Ao soldar em dispositivos estreitos, a autoproteção ocorre à medida que o vapor metálico expulsa o oxigênio do ambiente circundante. Neste caso, não é necessária a utilização de gás de proteção.
4. Entrada de gás de proteção
As formas de inserir gás de proteção na posição de processamento são:
- Passe pelos bicos
- Dispositivo de fixação através de bancada
Os seguintes parâmetros devem ser configurados de forma ideal para uso:
- Tipo de gás, gás puro ou gás misto
- Ângulo de incidência
- Faixa de incidente
- fluxo de ar
- Geometria do bico.
A quantidade de entrada de gás de proteção deve ser ajustada com base no tipo de laser (contínuo ou pulsado), na velocidade de soldagem e na solda. A TRUMPF fornece alguns bicos padrão, que serão descritos mais detalhadamente nas informações subsequentes.
Fornecimento linear de gás
O bocal linear é uma versão avançada do tubo composto, onde cada tubo é montado individualmente.
O bico linear tem as seguintes vantagens:
- Melhor qualidade de solda.
- A estrutura é mais compacta, resultando em menor interferência no contorno.
- Pode ser usado mesmo se o bico estiver longe da peça de trabalho.
pré-requisito:
- Laser CW
- Distâncias focais da lente objetiva f = 150 mm, f = 200 mm, f = 250 mm e F = 300 mm.
Aplicação de soldagem:
O bico linear é adequado para soldagem linear:
- Solda de topo.
- Cordão de solda.
Fornecimento linear de gás com bocal MDE lateral
Usando este bocal, o gás de proteção pode ser direcionado em linha reta e a influência do vapor metálico pode ser reduzida através do uso de um bocal MDE lateral.
pré-requisito:
- Laser CW
- Distâncias focais da lente objetiva f = 150 mm, f = 200 mm, f = 250 mm e F = 300 mm.
Aplicação de soldagem:
O bico linear é adequado para soldagem linear:
- Solda de topo.
- Cordão de solda.
Fornecimento de gás do bocal borbulhante
O bico cônico possui regulador de raio, que garante fluxo laminar e distribuição uniforme do gás de proteção.
Bicos borbulhantes podem ser usados quando as seguintes pré-condições forem atendidas:
- Laser CW
- Laser pulsado.
- Distâncias focais da lente objetiva f = 150 mm, f = 200 mm, f = 250 mm e F = 300 mm.
Aplicação de soldagem:
O bocal borbulhante pode fornecer um suprimento de gás laminar de grande área quando a potência do feixe e a velocidade de soldagem são baixas. Por outro lado, os bicos cônicos oferecem uma distribuição uniforme do gás de proteção, especialmente em áreas de difícil acesso.
Recomenda-se manter uma distância de 8 – 12 mm e um ângulo de 30° – 50° da peça de trabalho, dependendo da aplicação.
Outros métodos
Nas situações em que seja necessário garantir a cobertura completa e uniforme do material com gás de proteção, recomenda-se a utilização de porta-luvas. O porta-luvas envolve completamente a área de trabalho e evita o transbordamento do gás protetor.
Como o porta-luvas é totalmente preenchido com gás de proteção, não há necessidade de um bico de gás de proteção separado.
5. Layout do bico de gás de proteção
Existem dois processos de soldagem diferentes para soldagem a laser:
- Soldagem por condutividade térmica
- Soldagem de penetração profunda
Na soldagem por condutividade térmica, apenas a superfície do material derrete, resultando em uma solda com apenas alguns décimos de milímetro de profundidade. Este processo de soldagem é usado principalmente com lasers Nd:YAG pulsados.
Em contraste, a soldagem de penetração profunda cria soldas profundas e estreitas. Este processo é realizado usando um laser Nd:YAG em modo de operação de onda contínua.
Laser pulsado
Para obter os melhores resultados ao soldar com laser pulsado, o fio de soldagem (se usado) é normalmente inserido lentamente. A direção da entrada do gás de proteção pode ser escolhida livremente.
Laser CW
Para obter resultados ideais ao soldar com laser de onda contínua, é necessário inserir o gás de proteção para frente e desacelerar a inserção do fio de soldagem (se utilizado).
Soldagem nas bordas
O bocal de entrada do gás de proteção deve ser disposto de modo a produzir um fluxo de ar suave e uniforme. Ao soldar ao longo da borda, pode ser criado um vórtice, trazendo oxigênio do ambiente circundante para a área de soldagem.
Se o teor de oxigênio exceder 0,5%, o material poderá reagir com o oxigênio. Para evitar o vórtice do fluxo de ar ao longo das bordas durante a soldagem, placas amortecedoras podem ser instaladas.
6. Medição de gás de proteção
Medir com precisão o gás de proteção é crucial para obter resultados de soldagem ideais. Idealmente, um fluxo de ar laminar suave e uniforme deve estar presente acima do ponto de processamento.
Se a quantidade de entrada de gás de proteção for muito baixa, pode não fornecer proteção adequada, permitindo que a umidade do gás ou do ar entre na solda. Por outro lado, se for utilizado muito gás de proteção, pode criar vórtices que trazem ar para a área de soldagem.
A cor da solda pode fornecer informações sobre a quantidade de gás de proteção usado durante a soldagem. Se a solda aparecer cinza, isso sugere que nenhum gás de proteção foi utilizado. Se a solda aparecer amarela, a medição do gás de proteção precisa ser otimizada.
Se a medição do gás de proteção for otimizada, será produzida uma solda de alto brilho.
Um bico de gás de proteção com regulador de raio pode garantir um fluxo uniforme de gás de proteção. O mesmo resultado pode ser alcançado utilizando lã de aço no bico.
Cortina de ar transversal:
As cortinas de vento são úteis em aplicações de soldagem que geram uma quantidade significativa de respingos e vapor. A cortina de ar deve ser ajustada de modo que o fluxo da cortina de ar não interfira com o gás de proteção.
Sugestão:
Um teste simples pode determinar se o gás do jato foi ajustado de maneira ideal. Coloque um pedaço de papel acima da peça de trabalho e ajuste a pressão do ar do jato para que o papel não seja empurrado para baixo ou puxado pelo jato.
7. Papel do gás de proteção
Diferentes gases de proteção podem produzir resultados diferentes, afetando o formato da solda e criando uma superfície de solda mais lisa e polida. A escolha do gás de proteção também pode impactar na formação de poros e respingos na solda, além de dificultar o acoplamento do feixe laser.
| Ar | Ele | N2 | Sem gás de proteção | |
| Forma de soldagem
b = largura T = profundidade |
 |
 |
 |
 |
| Superfície de solda | ++ | + | + | – |
| Respingos | + | + | 0 | – |
| Estômago | ++ | + | + | – |
| Acoplamento de feixe laser | – | – | – | + |
| Custo | – | – | 0 | Menos |
Para otimizar o efeito do gás de proteção, é necessário abrir brevemente o gás de proteção antes e depois da soldagem. Após a abertura do gás de proteção, há um intervalo de tempo antes que o gás chegue à peça de trabalho. O fundido ainda resfriado após a soldagem também requer uma breve cobertura com gás de proteção.
