Ao escolher uma fonte de luz para soldagem a laser, vários fatores como material de soldagem, geometria da junta, velocidade e outros devem ser levados em consideração.
Na indústria de manufatura, a seleção correta de uma fonte de laser é um desafio prático que os fabricantes devem enfrentar devido ao uso generalizado da soldagem a laser.
Atualmente, as fontes de laser disponíveis no mercado incluem fibra óptica, Nd: YAG pulsado, diodo, disco e CO2 fontes de laser. (Nota: A fonte de laser CW Nd: YAG foi amplamente substituída por fibra óptica e lasers de disco e, portanto, não é discutida neste artigo).
A escolha de uma fonte de laser deve considerar vários fatores, incluindo o material de soldagem, geometria da junta, velocidade de soldagem, tolerância geométrica, requisitos de integração do sistema e, claro, restrições orçamentárias.
Cada fonte de laser possui características únicas que podem atender a diferentes requisitos de soldagem. Em alguns casos, eles também podem ser substituídos.
4 tipos de laser
CO2 laser
O CO2 O laser, que opera em um comprimento de onda de 10.604 nm e tem uma faixa de potência de 1 a 20 kW, é uma tecnologia de laser altamente desenvolvida. Tem sido a principal fonte de laser para processamento de alta potência desde a década de 1980.
Laser de fibra
Este eficiente laser bombeado por diodo usa uma fibra à base de silício com pequeno diâmetro de núcleo.
A fonte do laser está alojada dentro da fibra óptica, eliminando a necessidade de correção adicional. Com a fibra óptica de pequeno diâmetro do núcleo mapeada para a lente de foco, o tamanho mínimo do foco pode chegar a 10 mícrons.
O laser compacto está disponível em duas configurações: soldagem de baixa potência (menos de 300 W) e multimodo para soldagem de alta potência.
Laser de diodo
A melhoria na potência dos dispositivos laser de diodo de superfície única, o advento da nova tecnologia de canal de resfriamento e o avanço da tecnologia de elementos micro ópticos que podem focar o feixe em fibras ópticas com diâmetro inferior a 1000 mícrons levaram ao aumento de Lasers de diodo como fontes de soldagem.
Laser de disco
O disco fino de cristal YD YAG plano no centro do laser CW, conhecido como laser de disco, foi projetado para eliminar os problemas inerentes ao laser de haste. Um disco com espessura de 0,01 polegada é utilizado e mantido resfriado por um dispositivo de resfriamento de suporte. Este design permite que o laser atinja uma potência de 10 kW, mantendo uma excelente qualidade de feixe.
Laser Nd: YAG pulsado
Este laser emprega uma única haste de laser Nd:YAG para gerar alta potência de pico e baixa potência média para soldagem através da excitação da lâmpada flash. Por exemplo, um laser de potência média de 35W pode produzir uma potência de pico de 6kW. A combinação de alta potência de pico e largura de pulso estreita não apenas garante a qualidade da soldagem do material, mas também oferece controle eficaz sobre a entrada de energia.
Selecione o laser de acordo com o tamanho da penetração
A escolha do laser pode ser categorizada em três grupos com base na penetração: menos de 0,01 polegada, entre 0,01 a 0,03 polegada e mais de 0,03 polegada.
Geralmente, múltiplas fontes de laser podem ser usadas para completar a soldagem, porém, por razões de desempenho e orçamento, apenas uma ou duas fontes de luz podem ser escolhidas.
A decisão final também pode ser influenciada por vários outros fatores, como a qualidade da amostra, considerações geográficas, serviço pós-venda, preferências dos integradores de sistemas e popularidade.
Penetração de solda inferior a 0,01 pol.
O laser Nd:YAG pulsado é o laser mais comumente usado, seguido pelo laser de fibra. Em termos de montagem dos componentes, formato da junta, material e revestimento, todo o processo de soldagem deve ser controlado com precisão, tornando o laser Nd:YAG pulsado a melhor escolha.
Com sua alta potência de pico, o laser Nd:YAG Pulsado pode produzir um feixe de soldagem com tamanho de ponto maior que 1000 mícrons, proporcionando grande flexibilidade na escolha do tamanho do ponto e maximizando a janela do processo de soldagem, garantindo ao mesmo tempo as tolerâncias necessárias no ambiente de produção.
O laser de fibra é o único laser de onda contínua nesta categoria e pode produzir um tamanho de ponto após o foco do feixe inferior a 25 mícrons, proporcionando a alta densidade de potência necessária para soldagem. No entanto, para manter a competitividade de custos na área de microusinagem, a potência dos lasers de fibra é geralmente limitada a 200W, o que restringe o tamanho máximo do ponto e a densidade de potência.
O tamanho da junta soldada normalmente não excede 75 mícrons, o que é uma das maiores limitações dos lasers de fibra. Na produção real, muitas vezes é difícil garantir uma faixa de erro de ± 15 mm ao ajustar juntas ou componentes de acordo com a tolerância de ajuste e tolerância de sobreposição.
Os lasers de fibra são usados principalmente na soldagem sobreposta de materiais finos com altos requisitos para juntas de soldagem para garantir estabilidade. O laser de fibra usa uma lente de distância focal de 150 mm que pode produzir pontos de luz com diâmetro inferior a 25 mícrons, proporcionando amplo espaço de processamento. Com a soldagem sobreposta, o laser de fibra pode produzir uma solda com uma profundidade de penetração de 0,01 pol. ou superior em alta velocidade, com uma profundidade de penetração de 0,004 pol. obtida por um laser de fibra monomodo de 200 W em velocidades de até 50 pol./s.
Por outro lado, o laser Nd:YAG pulsado pode atender quase todas as aplicações, exceto soldagem de folhas finas. Seu grande tamanho de ponto, largura de pulso e faixa de potência de pico permitem ajuste e otimização para atender a vários requisitos de soldagem.
0,01 ~ 0,03 pol. (0,254-0,762 mm) de penetração de solda
A classificação de aplicação do laser Nd: YAG pulsado e do laser de fibra ainda é aplicável, mas o alcance é limitado. O laser Nd:YAG pulsado é usado principalmente para soldagem a ponto, enquanto lasers de fibra com potência de aproximadamente 500W e diâmetro de ponto de 0,01 μm podem ser usados em soldagem de topo e soldagem de filete com baixa tolerância. O custo-desempenho do laser Pulsado Nd:YAG é relativamente alto.
Lasers com níveis de potência de 500W e 25W produzem diferentes penetrações de solda em diversas velocidades de soldagem. A potência de pico garante o desempenho de penetração, enquanto a potência média determina a velocidade de soldagem da costura.
Lasers de diodo com potência variando entre 500W e 800W são adequados para soldar componentes com grandes tolerâncias, mas a velocidade é geralmente mais lenta que a dos lasers de fibra e disco. No entanto, a sua grande tolerância pode compensar esta desvantagem.
Penetração da solda maior que 0,03 pol. (0,762 mm)
Todos os tipos de lasers são adequados para esta faixa. A profundidade de penetração do laser Nd:YAG pulsado é de cerca de 0,05 pol. (1,27 mm), enquanto outros tipos de laser podem atingir até 0,25 pol. (6,35 mm) e alguns até excedem 0,5 pol. (12,5 mm).
De modo geral, as peças adequadas para soldagem a laser Nd: YAG pulsada nesta faixa são relativamente pequenas, como sensores de pressão com soldagem de costura.
A indústria automotiva requer uma ampla gama de aplicações de soldagem e fibra óptica, CO2lasers de disco e diodo podem ser usados. Em termos de velocidade e penetração, a indústria automotiva cobre quase todas as aplicações de soldagem.
Busque equilíbrio
As principais diferenças entre as fontes de laser são a qualidade do feixe, o brilho e o comprimento de onda.
A qualidade do feixe refere-se à capacidade de foco do laser e o brilho refere-se à densidade de potência no feixe focalizado.
Por exemplo, o CO2 o laser e o laser de fibra têm qualidade de feixe semelhante, portanto, se outros parâmetros forem iguais, eles podem produzir pontos de luz com o mesmo diâmetro.
No entanto, o comprimento de onda da fonte de laser de fibra é um décimo do comprimento de onda do CO2 fonte de luz, o que significa que o diâmetro do ponto que ela pode produzir também é um décimo do CO2 fonte de luz. A fonte de laser de fibra também possui melhor qualidade de feixe e brilho.
Na soldagem a laser, a qualidade e o brilho do feixe afetam diretamente a profundidade e a velocidade de penetração, mas não têm um efeito tão direto na estabilidade e tolerância da soldagem.
Assim, é importante encontrar um equilíbrio entre o desempenho e a qualidade da soldagem e a amplitude da janela do processo. Vale a pena notar que, embora a qualidade do feixe possa ser reduzida para atender a necessidades específicas, a baixa qualidade do feixe não pode ser melhorada.
Com uma penetração de 0,25 polegadas, as velocidades de soldagem dos lasers mencionados acima são bastante semelhantes. Fibras ópticas e discos são mais rápidos que CO2enquanto os diodos são mais lentos.
A soldagem com lasers de alta potência normalmente requer dois turnos, tornando o custo de aquisição do laser uma consideração no processo de seleção. Enquanto CO2 O laser é amplamente utilizado e familiar para muitos usuários, seu custo de soldagem único é significativamente maior do que o dos lasers de fibra, disco e diodo.
Em comparação com a soldagem a plasma e a arco, a soldagem a laser tem mais vantagens em aplicações de soldagem que exigem penetrações de mais de 0,25 polegadas, pois pode reduzir bastante a deformação térmica. Essa redução ajuda a manter a forma geométrica da peça, eliminando a necessidade de remodelagens. No entanto, peças correspondentes podem causar problemas nesta espessura. Para superar isso, um fluxo de processo de enchimento de arame ou uma combinação de soldagem a laser, soldagem a plasma e soldagem a arco pode ser usado.
Conclusão
Existem vários tipos de fontes de laser disponíveis para soldagem a laser, cada uma com suas características exclusivas e adequação a requisitos específicos.
É crucial que os usuários compreendam completamente qual fonte de laser pode atender melhor às suas necessidades de soldagem.
Para obter um sistema de soldagem, a abordagem ideal é colaborar com o fornecedor do sistema, que poderá determinar o laser mais adequado para você.
Você também pode entrar em contato com vários fabricantes de laser e fornecer amostras de soldagem para determinar a solução ideal.
Ao selecionar um laser, é importante ter em mente que a soldagem deve ser equilibrada em termos de penetração, velocidade, estabilidade, acomodação das peças de produção e tolerância.
