Laser CW e laser QCW em soldagem

Características de distribuição de energia

Um atributo notável dos lasers CW é sua distribuição de energia gaussiana, onde a distribuição de energia da seção transversal de um feixe de laser diminui do centro para fora em um padrão gaussiano (distribuição normal). Essa característica de distribuição permite que os lasers CW alcancem precisão de foco e eficiência de processamento extremamente altas, especialmente em aplicações que exigem implantação de energia concentrada.

Diagrama de distribuição de energia do laser CW

Vantagens da soldagem a laser de onda contínua (CW)

Perspectiva Microestrutural

O exame da microestrutura dos metais revela vantagens distintas da soldagem a laser de onda contínua (CW) em relação à soldagem por pulso de onda quase contínua (QCW). A soldagem por pulso QCW, limitada pelo seu limite de frequência, normalmente em torno de 500 Hz, enfrenta um compromisso entre a taxa de sobreposição e a profundidade de penetração. Uma baixa taxa de sobreposição resulta em profundidade insuficiente, enquanto uma alta taxa de sobreposição restringe a velocidade de soldagem, reduzindo a eficiência. Em contraste, a soldagem a laser CW, através da seleção de diâmetros de núcleo de laser e cabeças de soldagem apropriados, alcança uma soldagem eficiente e contínua. Este método se mostra particularmente confiável em aplicações que exigem alta integridade de vedação.

Consideração sobre impacto térmico

Do ponto de vista do impacto térmico, a soldagem a laser pulsado QCW sofre com o problema de sobreposição, levando ao aquecimento repetido da costura de solda. Isto pode introduzir inconsistências entre a microestrutura do metal e o material original, incluindo variações nos tamanhos das discordâncias e nas taxas de resfriamento, aumentando assim o risco de trincas. A soldagem a laser CW, por outro lado, evita esse problema ao proporcionar um processo de aquecimento mais uniforme e contínuo.

Facilidade de ajuste

Em termos de operação e ajuste, a soldagem a laser QCW exige um ajuste meticuloso de vários parâmetros, incluindo frequência de repetição de pulso, potência de pico, largura de pulso, ciclo de trabalho e muito mais. A soldagem a laser CW simplifica o processo de ajuste, concentrando-se principalmente na forma de onda, velocidade, potência e quantidade de desfocagem, facilitando significativamente a dificuldade operacional.

Progresso Tecnológico em Soldagem a Laser CW

Embora a soldagem a laser QCW seja conhecida por sua alta potência de pico e baixa entrada térmica, benéfica para soldagem de componentes sensíveis ao calor e materiais de paredes extremamente finas, os avanços na tecnologia de soldagem a laser CW, especialmente para aplicações de alta potência (normalmente acima de 500 watts) e soldagem de penetração profunda baseada no efeito buraco de fechadura, expandiu significativamente sua gama de aplicação e eficiência. Este tipo de laser é particularmente adequado para materiais com espessura superior a 1 mm, alcançando altas proporções (acima de 8:1), apesar da entrada de calor relativamente alta.

Soldagem a laser de onda quase contínua (QCW)

Distribuição de Energia Focada

QCW, que significa "Onda Quase Contínua", representa uma tecnologia de laser onde o laser emite luz de maneira descontínua, conforme representado na figura a. Ao contrário da distribuição uniforme de energia dos lasers contínuos monomodo, os lasers QCW concentram sua energia de forma mais densa. Esta característica confere aos lasers QCW uma densidade de energia superior, traduzindo-se em capacidades de penetração mais fortes. O efeito metalúrgico resultante é semelhante ao formato de um "prego" com uma relação profundidade-largura significativa, permitindo que os lasers QCW se destaquem em aplicações que envolvem ligas de alta refletância, materiais sensíveis ao calor e microssoldagem de precisão.

Estabilidade aprimorada e interferência de pluma reduzida

Uma das vantagens marcantes da soldagem a laser QCW é sua capacidade de mitigar os efeitos da pluma metálica na taxa de absorção do material, levando a um processo mais estável. Durante a interação laser-material, a evaporação intensa pode criar uma mistura de vapor metálico e plasma acima da poça de fusão, comumente chamada de pluma metálica. Essa pluma pode proteger a superfície do material do laser, causando instabilidade no fornecimento de energia e defeitos como respingos, pontos de explosão e buracos. No entanto, a emissão intermitente de lasers QCW (por exemplo, uma explosão de 5 ms seguida por uma pausa de 10 ms) garante que cada pulso de laser atinja a superfície do material sem ser afetado pela pluma metálica, resultando em um processo de soldagem notavelmente estável, particularmente vantajoso para soldagem de chapas finas.

Dinâmica estável do pool de fusão

A dinâmica da poça de fusão, especialmente em termos das forças que atuam no buraco da fechadura, é crucial na determinação da qualidade da solda. Lasers contínuos, devido à sua exposição prolongada e zonas maiores afetadas pelo calor, tendem a criar poças de fusão maiores cheias de metal líquido. Isto pode levar a defeitos associados a grandes poças de fusão, como o colapso do buraco da fechadura. Em contraste, a energia concentrada e o tempo de interação mais curto da soldagem a laser QCW concentram a poça de fusão ao redor do buraco da fechadura, resultando em uma distribuição de força mais uniforme e em uma menor incidência de porosidade, rachaduras e respingos.