Tecnologia de cabeça laser
A aplicação da tecnologia de cabeçote laser na indústria de transformação é tema de pesquisa em diversos países.
Com uma demanda crescente por alta eficiência, proteção ambiental e automação no desenvolvimento industrial, o uso da tecnologia de cabeçote laser está rapidamente se difundindo em vários campos da indústria de manufatura.
Com esta base, a tecnologia do cabeçote de soldagem a laser está se tornando um aspecto crucial da aplicação do cabeçote a laser.
O cabeçote de soldagem a laser é uma parte significativa da aplicação da tecnologia de processamento de cabeçote a laser e é considerado a tecnologia de cabeçote de soldagem mais promissora do século XXI.
Os países europeus e americanos já integraram totalmente as cabeças de soldadura a laser na produção industrial desde o final do século passado.
À medida que a produção industrial continua a desenvolver-se, tecnologias de processamento eficientes, flexíveis e amigas do ambiente serão cada vez mais favorecidas.
A cabeça de soldagem a laser utiliza um modo de foco de feixe de alta energia, que permite soldagem de penetração profunda e soldagem rápida, entre outras formas que são difíceis de alcançar com processos de soldagem tradicionais.
Além disso, o equipamento de cabeça de soldagem a laser é altamente flexível e possui tecnologia madura de detecção on-line em tempo real, o que permite a alta automação da produção em massa.
Atualmente, muitas linhas de produção de cabeçotes de soldagem a laser foram implementadas na produção industrial e provaram ser amplamente utilizadas na indústria de processamento.
Em geral, os cabeçotes de soldagem a laser são capazes de funcionar nas mesmas aplicações que os cabeçotes de soldagem tradicionais, mas com maior qualidade e eficiência de processamento mais rápida.
Processo de soldagem usando tecnologia de cabeçote laser
A cabeça de soldagem a laser é um método de soldagem que utiliza a energia radiante da cabeça do laser.
O princípio de funcionamento envolve excitar o meio ativo da cabeça do laser, como uma mistura de CO2 e outros gases ou um cristal de granada YAG de ítrio e alumínio, de uma maneira específica para fazê-lo oscilar para frente e para trás dentro do ressonador. Isto produz um feixe de radiação de excitação.
Quando a viga entra em contato com a peça, sua energia é absorvida, fazendo com que a temperatura do material atinja seu ponto de fusão, possibilitando a soldagem.
1. Modo de soldagem da cabeça de soldagem a laser
As cabeças de soldagem a laser podem ser classificadas em dois tipos: cabeças de soldagem por condução de calor e cabeças de soldagem de penetração profunda.
As cabeças de soldagem por condução de calor difundem o calor na peça de trabalho por meio da transferência de calor, fazendo com que a fusão ocorra apenas na superfície de soldagem. O interior da peça de trabalho não é totalmente penetrado e há vaporização mínima. Este tipo de cabeçote de soldagem é usado principalmente para soldagem de materiais de baixa velocidade e paredes finas.
Por outro lado, as cabeças de soldagem de penetração profunda não apenas derretem totalmente o material, mas também fazem com que ele evapore, resultando em uma grande quantidade de plasma. A grande quantidade de calor produzida cria um buraco de fechadura na extremidade frontal da poça de fusão.
As cabeças de soldagem de penetração profunda são atualmente o método de soldagem de cabeça de soldagem a laser mais comumente usado, pois são capazes de soldar totalmente a peça de trabalho com uma grande energia de entrada e rápida velocidade de soldagem.
2. Forma, estrutura e desempenho de cabeças soldadas a laser
Devido ao pequeno ponto focal produzido pela cabeça do laser, a zona afetada pelo calor durante a soldagem é significativamente menor em comparação com os métodos de soldagem tradicionais. Na maioria dos casos, a soldagem a laser não requer metal de adição.
A superfície soldada deve ter aparência uniforme e lisa, sem poros ou rachaduras visíveis. Isto torna a soldagem a laser ideal para aplicações onde a aparência da solda é um fator crítico. Apesar do pequeno ponto focal, a soldagem a laser é caracterizada pela alta densidade de energia do feixe de laser, geralmente variando de 103-108 W/cm2.
Durante o processo de soldagem, o metal é rapidamente aquecido e resfriado, resultando em um grande gradiente de temperatura ao redor da poça fundida. Isto resulta em uma maior resistência da solda em comparação ao metal base, mas com plasticidade reduzida.
Para melhorar ainda mais a qualidade da solda, podem ser utilizadas tecnologias de cabeça de soldagem bifocal ou composta.
3. Vantagens e desvantagens das cabeças soldadas a laser
Suas vantagens exclusivas:
(1) A soldagem a laser resulta em resistência de solda de alta qualidade, com a capacidade de atingir uma proporção de aspecto maior e velocidades de soldagem mais rápidas.
(2) Ao contrário dos métodos tradicionais de soldagem, a soldagem a laser não requer ambiente de vácuo, o que permite controle remoto e automação através do uso de lentes e fibras ópticas.
(3) A cabeça do laser tem uma alta densidade de potência, tornando-a ideal para soldar materiais desafiadores, como titânio e quartzo, e pode soldar com eficácia materiais com propriedades diferentes.
É claro que as cabeças soldadas a laser também têm suas desvantagens:
(1) Os componentes do cabeçote do laser e do sistema do cabeçote de soldagem são caros, resultando em um investimento inicial e custo de manutenção mais elevados em comparação com os métodos de soldagem tradicionais, levando a menores benefícios econômicos.
(2) A eficiência do cabeçote de soldagem a laser é normalmente baixa, variando de 5% a 30%, devido à baixa taxa de absorção de materiais sólidos pelo cabeçote do laser, especialmente após a geração do plasma, pois o plasma absorve o laser.
(3) O pequeno foco do cabeçote de soldagem a laser exige alta precisão do equipamento e requer adesão estrita a tolerâncias rígidas para minimizar desvios e erros de usinagem.
Conclusão
À medida que o cabeçote de soldagem a laser se torna mais amplamente utilizado e produzido comercialmente, o custo do equipamento do cabeçote a laser diminuiu significativamente.
Além disso, o avanço dos cabeçotes laser de alta potência e o desenvolvimento e implementação de novas técnicas de soldagem de compósitos ajudaram a melhorar a eficiência de conversão anteriormente baixa da soldagem a laser.
Num futuro próximo, é provável que as cabeças de soldagem a laser substituam gradualmente os métodos tradicionais de soldagem, como soldagem a arco e soldagem por resistência, e se tornem o principal método de soldagem industrial.
