Ao escolher uma fonte de luz de soldadura a laser, devem ser tidos em conta vários factores, como o material de soldadura, a geometria da junta, a velocidade e outros. Na indústria transformadora, a seleção correcta de uma fonte laser é um desafio prático que os fabricantes têm de enfrentar devido à utilização generalizada da soldadura a laser. Atualmente, o laser disponível [...]
Ao escolher uma fonte de luz de soldadura a laser, devem ser tidos em conta vários factores, como o material de soldadura, a geometria da junta, a velocidade e outros.
Na indústria transformadora, a seleção correcta de uma fonte de laser é um desafio prático que os fabricantes têm de enfrentar devido à utilização generalizada da soldadura a laser.
Atualmente, as fontes de laser disponíveis no mercado incluem fibra ótica, Nd: YAG pulsado, díodo, disco e CO2 fontes laser. (Nota: A fonte laser Nd: YAG em ondas contínuas foi largamente substituída por lasers de fibra ótica e de disco, pelo que não é abordada no presente documento).
A escolha de uma fonte de laser deve ter em conta vários factores, incluindo material de soldaduraA geometria da junta, a velocidade de soldadura, a tolerância geométrica, os requisitos de integração do sistema e, claro, as restrições orçamentais.
Cada fonte de laser tem características únicas que podem satisfazer diferentes requisitos de soldadura. Em alguns casos, podem também ser substituídas.
CO2 laser
As emissões de CO2 que funciona a um comprimento de onda de 10604nm e tem uma gama de potência de 1 a 20kW, é uma tecnologia 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 díodo utiliza uma fibra de silício com um pequeno diâmetro de núcleo.
A fonte de laser está alojada na fibra ótica, eliminando a necessidade de correção adicional. Com o pequeno diâmetro do núcleo da fibra ótica mapeado para a lente de focagem, o tamanho mínimo de focagem pode atingir 10 microns.
O laser compacto está disponível em duas configurações: baixo soldadura eléctrica (menos de 300 W) e multimodo para soldadura de alta potência.
Laser de díodo
A melhoria da potência dos dispositivos laser de díodo de superfície única, o advento da nova tecnologia de canais de arrefecimento e o avanço da tecnologia de microelementos ópticos que podem focar o feixe em fibras ópticas com um diâmetro inferior a 1000 microns levaram ao aumento dos lasers de díodo como fontes de soldadura.
Disco laser
O disco fino de cristal YD YAG plano no centro do laser CW, conhecido como laser de disco, foi concebido para eliminar os problemas inerentes ao laser de vareta. É utilizado um disco com uma espessura de 0,01 polegadas, que é mantido frio por um dispositivo de arrefecimento de suporte. Esta conceção permite que o laser atinja uma potência de saída de 10 kW, mantendo uma excelente qualidade do feixe.
Laser Nd: YAG pulsado
Este laser utiliza uma única vareta laser Nd:YAG para gerar uma potência de pico elevada e uma potência média baixa para soldadura através da excitação de lâmpadas de flash. Por exemplo, um laser de potência média de 35W pode produzir uma potência de pico de 6kW. A combinação de uma potência de pico elevada e uma largura de impulso estreita não só garante a qualidade da soldadura do material, como também oferece um controlo eficaz da entrada de energia.
A escolha do laser pode ser categorizada em três grupos com base na penetração: menos de 0,01 polegadas, entre 0,01 e 0,03 polegadas e mais de 0,03 polegadas.
Geralmente, podem ser utilizadas várias fontes de laser para completar a soldadura, no entanto, por razões de desempenho e de orçamento, podem ser escolhidas apenas uma ou duas fontes de luz.
A decisão final pode também ser influenciada por vários outros factores, como a qualidade da amostra, considerações geográficas, serviço pós-venda, preferências dos integradores de sistemas e popularidade.
O laser Nd: YAG pulsado é o laser mais utilizado, seguido do laser de fibra. Em termos de montagem de componentes, forma da junta, material e revestimento, todo o processo de soldadura deve ser controlado com precisão, o que faz do laser Nd: YAG pulsado a melhor escolha.
Com a sua elevada potência de pico, o laser Nd: YAG pulsado pode produzir um feixe de soldadura com um tamanho de ponto superior a 1000 microns, proporcionando uma grande flexibilidade na escolha do tamanho do ponto e maximizando a janela do processo de soldadura, assegurando simultaneamente 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 a focalização do feixe inferior a 25 microns, proporcionando a elevada densidade de potência necessária para a soldadura. No entanto, para manter a competitividade dos custos no domínio da micro-usinagem, a potência dos lasers de fibra é geralmente limitada a 200 W, o que restringe a dimensão máxima do ponto e a densidade de potência.
O tamanho da junta soldada não excede normalmente 75 microns, o que constitui uma das maiores limitações dos lasers de fibra. Na produção real, é muitas vezes difícil assegurar um intervalo de erro de ± 15 mm quando se ajustam juntas ou componentes de acordo com a tolerância de ajuste e a tolerância de sobreposição.
Os lasers de fibra são utilizados principalmente na soldadura por sobreposição de materiais finos com elevados requisitos de juntas de soldadura para garantir a estabilidade. O laser de fibra utiliza uma lente de distância focal de 150 mm que pode produzir pontos de luz com um diâmetro inferior a 25 microns, proporcionando um amplo espaço de processamento. Com a soldadura por sobreposição, o laser de fibra pode produzir uma soldadura com uma profundidade de penetração de 0,01 in ou superior a uma velocidade elevada, com uma profundidade de penetração de 0,004in obtida por um laser de fibra monomodo de 200W a velocidades até 50 in/s.
Por outro lado, o laser Nd: YAG pulsado pode satisfazer quase todas as aplicações, exceto a soldadura de folhas finas. O seu grande tamanho de ponto, largura de impulso e gama de potência de pico permitem o ajuste e a otimização para satisfazer vários requisitos de soldadura.
A classificação da 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 os lasers de fibra com uma potência de aproximadamente 500W e um diâmetro de ponto de 0,01 μm podem ser usados na soldagem a topo e soldadura em ângulo com baixa tolerância. O desempenho em termos de custos do laser Nd: YAG pulsado é relativamente elevado.
Lasers com níveis de potência de 500W e 25W produzem diferentes penetração da soldadura a diferentes velocidades de soldadura. A potência de pico assegura o desempenho da penetração, enquanto a potência média determina a velocidade de soldadura de soldadura por costura.
Os lasers de díodo com potência entre 500W e 800W são adequados para soldar componentes com grandes tolerâncias, mas a velocidade é geralmente mais lenta do que a dos lasers de fibra e de disco. No entanto, a sua grande tolerância pode compensar este inconveniente.
Todos tipos de lasers são adequados para esta gama. A profundidade de penetração do laser Nd: YAG pulsado é de cerca de 1,27 mm (0,05 pol.), enquanto outros tipos de laser podem atingir 6,35 mm (0,25 pol.) e alguns excedem mesmo 12,5 mm (0,5 pol.).
De um modo geral, as peças adequadas para Nd: YAG pulsado soldadura a laser nesta gama são relativamente pequenos, como é o caso dos sensores de pressão com soldadura por costura.
A indústria automóvel exige uma vasta gama de aplicações de soldadurae fibra ótica, CO2Podem ser utilizados lasers de disco e de díodo. Em termos de velocidade e penetração, a indústria automóvel abrange quase todos os aplicações de soldadura.
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 focagem do laser e a luminosidade refere-se à densidade de potência no feixe focado.
Por exemplo, o CO2 e o laser de fibra têm uma qualidade de feixe semelhante, pelo que, se os outros parâmetros forem iguais, podem produzir pontos de luz com o mesmo diâmetro.
No entanto, o comprimento de onda do fonte de laser de fibra é um décimo do valor do CO2 o que significa que o diâmetro do ponto que pode produzir é também um décimo do diâmetro da fonte de luz de CO2 fonte de luz. A fonte de laser de fibra também tem melhor qualidade de feixe e brilho.
Na soldadura a laser, a qualidade e o brilho do feixe têm um impacto direto na profundidade e velocidade de penetração, mas não têm um efeito tão direto na estabilidade e tolerância da soldadura.
Assim, é importante encontrar um equilíbrio entre o desempenho e a qualidade da soldadura e a largura da janela do processo. É importante notar que, embora a qualidade do feixe possa ser reduzida para satisfazer necessidades específicas, uma má qualidade do feixe não pode ser melhorada.
Com uma penetração de 0,25 polegadas, as velocidades de soldadura dos lasers acima mencionados são bastante semelhantes. As fibras ópticas e os discos são mais rápidos do que os lasers de CO2enquanto os díodos são mais lentos.
A soldadura com lasers de alta potência requer normalmente dois turnos, o que faz com que o custo de aquisição do laser seja um fator a considerar no processo de seleção. Enquanto o CO2 é amplamente utilizado e familiar para muitos utilizadores, o seu custo de soldadura simples é significativamente mais elevado do que o dos lasers de fibra, de disco e de díodo.
Em comparação com a soldadura por plasma e por arco, a soldadura a laser tem mais vantagens em aplicações de soldadura que requerem penetrações superiores a 0,25 polegadas, uma vez que pode reduzir significativamente a deformação térmica. Esta redução ajuda a manter a forma geométrica da peça, eliminando a necessidade de remodelação. No entanto, a correspondência de peças pode causar problemas nesta espessura. Para ultrapassar este problema, pode ser utilizado um fluxo de processo de enchimento de arame ou uma combinação de soldadura a laser, soldadura por plasma e soldadura por arco.
Existem vários tipos de fontes de laser disponíveis para a soldadura a laser, cada um com as suas características únicas e adequação a requisitos específicos.
É fundamental que os utilizadores compreendam bem qual a fonte de laser que melhor pode satisfazer as suas necessidades de soldadura.
Para obter um sistema de soldadura, a melhor abordagem é colaborar com o fornecedor do sistema, que pode determinar o laser mais adequado para si.
Pode também contactar vários fabricantes de laser e fornecer-lhes amostras de soldadura para determinar a solução óptima.
Ao selecionar um laser, é importante ter em conta que a soldadura deve ser equilibrada em termos de penetração, velocidade, estabilidade, acomodação das peças de produção e tolerância.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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