Laser CW e laser QCW em soldagem

Características de Distribuição de Energia

Uma característica notável dos lasers CW é sua distribuição de energia gaussiana, na qual a distribuição de energia da seção transversal do feixe de laser diminui do centro para as bordas, seguindo 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 aplicação concentrada de energia.

Diagrama de distribuição de energia do laser CW

Vantagens da soldagem a laser de onda contínua (CW)

Perspectiva Microestrutural

A análise da microestrutura dos metais revela vantagens distintas da soldagem a laser por Onda Contínua (CW) em relação à soldagem por pulso por Onda Quase Contínua (QCW). A soldagem por pulso por QCW, limitada por seu limite de frequência, tipicamente em torno de 500 Hz, enfrenta um dilema entre taxa de sobreposição e 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, por meio da seleção de diâmetros de núcleo de laser e cabeças de soldagem adequados, proporciona uma soldagem eficiente e contínua. Este método se mostra particularmente confiável em aplicações que exigem alta integridade de vedação.

Consideração de 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 solda. Isso pode introduzir inconsistências entre a microestrutura do metal e o material de base, incluindo variações nos tamanhos de discordâncias e nas taxas de resfriamento, aumentando assim o risco de trincas. A soldagem a laser CW, por outro lado, evita esse problema, proporcionando 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 diversos parâmetros, incluindo frequência de repetição do pulso, potência de pico, largura do 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, reduzindo significativamente a dificuldade operacional.

Progresso tecnológico na soldagem a laser CW

Embora a soldagem a laser QCW seja conhecida por sua alta potência de pico e baixo aporte térmico, benéficos para a soldagem de componentes sensíveis ao calor e materiais com paredes extremamente finas, os avanços na tecnologia de soldagem a laser CW, especialmente para aplicações de alta potência (tipicamente acima de 500 watts) e soldagem de penetração profunda baseada no efeito buraco de fechadura, expandiram significativamente sua faixa de aplicação e eficiência. Este tipo de laser é particularmente adequado para materiais com espessura superior a 1 mm, alcançando altas relações de aspecto (acima de 8:1) apesar de um aporte térmico relativamente alto.

Soldagem a laser de onda quase contínua (QCW)

Distribuição de Energia Focada

QCW, sigla para "Quasi-Continuous Wave" (Onda Quase Contínua), representa uma tecnologia de laser em que o laser emite luz de forma descontínua, como ilustrado na figura a. Ao contrário da distribuição uniforme de energia dos lasers contínuos monomodo, os lasers QCW concentram sua energia de forma mais densa. Essa característica confere aos lasers QCW uma densidade de energia superior, o que se traduz em maior capacidade de penetração. O efeito metalúrgico resultante assemelha-se a 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, resultando em 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 corrosão por pites. No entanto, a emissão intermitente dos lasers QCW (por exemplo, um pulso de 5 ms seguido 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 de Poça de Fusão Estável

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