Configuração para soldagem a laser (com diagrama)
Depois de ler este artigo, você aprenderá sobre a configuração da soldagem a laser com a ajuda de diagramas.
A palavra LASER significa 'Amplificação de Luz pela Emissão Estimulada de Radiação'. Na soldagem a laser, um feixe de luz concentrado e coerente colide com o ponto desejado para derreter e soldar o metal. Uma luz coerente é aquela em que as ondas são idênticas e paralelas e podem percorrer longas distâncias sem perda de intensidade ou desvio. A luz laser não é apenas intensa, mas também pode ser facilmente focalizada sem qualquer diminuição na intensidade. Lasers foram introduzidos na indústria em 1950.
A ação do laser é baseada no fato de que quando o átomo absorve um fóton (a luz consiste de partículas de energia chamadas de fóton), ele ganha energia e vai para um nível de energia elevado. Esse estado excitado do átomo tem vida curta e cai a um nível intermediário de estado metaestável. Nesta queda, o átomo perde sua energia térmica, mas retém sua energia de fótons.
Pouco tempo depois, o átomo cai espontaneamente para o seu nível original ou do solo liberando sua energia de fótons na forma de luz. O fenômeno de tal emissão de foto é mostrado esquematicamente na Fig. 2.44. A emissão do laser é obtida quando o nível superior é suficientemente preenchido em detrimento do nível inferior. Tal situação é chamada de inversão de população e o método de obtê-la é chamado de bombeamento.
Os elementos lasing podem ser sólidos, líquidos, gasosos ou semicondutores. Alguns dos materiais sólidos incluem rubi, granada de érbio, granada de ítrio-alumínio dopada com neodímio ou YAG. Lasers sólidos têm eficiência muito baixa, normalmente abaixo de 1%.
Os materiais de laser líquido, como o óxido de neodímio, são mais eficientes que o laser sólido em sua saída de energia de pulso.
Os gases utilizados para o laser incluem hidrogênio, hélio, nitrogênio, argônio e dióxido de carbono. Os lasers a gás têm a maior potência e podem ser usados como lasers de feixe contínuo com eficiência de até 25%.
Os materiais de estado sólido incluem monocristais de semicondutores, como arsênio de gálio e índio, ligas de cádmio, selênio e enxofre. Lasers semicondutores são pequenos em peso, baixo consumo de energia e têm eficiência muito alta até 70%.
Para fins industriais, o material de lasing usado com frequência é o rubi. O rubi é óxido de alumínio com átomos de cromo na extensão de 0 a 05%. Uma forma prática de laser pode consistir de uma haste de 10 mm de diâmetro e 100 mm de comprimento, com extremidades precisamente polidas e retificadas, sendo uma delas 100% e a outra 98% reflexiva.
Isto é conseguido praticando-os de acordo. Íons de cromo com o cristal de rubi emitem radiação estimulada e quando a intensidade da radiação se acumula por descargas repetidas, o feixe de luz monocromática passa através de menos reflexo do rubi que é focado através de uma lente para o local onde é necessário para a soldagem. A Fig. 2.45 mostra uma disposição de um laser de rubi. A eficiência de um laser de rubi é muito baixa da ordem de 01%. Apesar dos lasers de rubi serem amplamente utilizados como ferramenta de soldagem.
A duração de um pulso de laser é curta, sendo 10 a 9 segundos. Isto é conseguido através da descarga de um banco de capacitores através de um tubo de flash Xenon. O tubo de flash é energizado com carga de 18 kv. O raio laser é, assim, obtido em pulsos. É possível ter um grande número de bancos de capacitores para fazer a lâmpada de xenônio piscar continuamente, mas o rubi e o sistema refletivo ficam tão aquecidos que não é possível mantê-los dentro de seus limites de operação.
Mesmo com o resfriamento mais eficiente, pulsos com mais de 100 por minuto são difíceis de obter. Freqüência de repetição de pulso (PRF) para laser de rubi é normalmente de 10 a 15. Assim, a maior parte da energia de bombeamento é desperdiçada na forma de calor. No entanto, apesar da baixa produção de energia, é possível utilizá-lo para soldagem, pois é obtida uma concentração de energia muito alta da ordem de 10 9 W / mm 2 .
Uma lâmpada de arco de xenônio é uma lâmpada fabricada a partir de um quartzo opticamente transparente com dois eletrodos de tungstênio contidos nela. Na posição desligada, a pressão de xenônio na lâmpada é de 10 atmosferas. A energia para a lâmpada de xénon é fornecida a partir de uma fonte CC com uma tensão sem carga de pelo menos 70 volts e uma característica de volt-amperes de queda. As lâmpadas de arco de xenônio podem ser operadas continuamente por centenas de horas.
O laser mais útil para a soldagem é o laser de CO 2, no qual o meio de radiação é uma mistura de CO 2, nitrogênio e hélio na proporção de 1: 1: 10 a uma pressão de 20 a 50 torr (mm de mercúrio) com uma descarga elétrica de até 30.000 volts. Um laser de CO 2 pode operar continuamente com uma saída de até 20 kw. O feixe de laser consiste em radiação infravermelha com um comprimento de onda de 1, 06 µm, ou seja, 106, 00A (1 Angstrom, A = 10-10 m).
Um laser de CO 2 consiste em um tubo de vidro no qual flui a mistura de gás lasing. Existe um eletrodo em cada uma das duas extremidades entre as quais uma descarga de alta tensão é configurada. Como um laser sólido, há um refletor em cada uma das extremidades - uma delas é parcialmente refletida. O espaço entre os dois refletores é chamado de cavidade do laser. O raio laser emitido através da superfície semi-reflexiva é focado no ponto desejado, como mostra a Fig. 2.46.
A soldagem por feixe de laser é mais versátil do que o feixe de EBW, pois pode soldar metais no ar, em um escudo de gás e em um vácuo. Também pode soldar através de materiais transparentes, uma vez que o feixe de laser não é obstruído por eles. Atualmente, o feixe de laser tem sido usado com sucesso para soldagem de chapas com espessura de até 10 mm.
Comercialmente, a soldagem a laser está encontrando uso em engenharia de rádio e eletrônica, onde os fios finos são frequentemente conectados a filmes em placas de microcircuito, circuitos de estado sólido e micro-módulos. Um raio laser pode soldar as mais diversas combinações de metais usados em microeletrônica, como ouro e silício, germânio e ouro, níquel e tântalo, cobre e alumínio. Também se espera que seja usado em trabalhos de precisão de alta qualidade, como na indústria aeroespacial e em aplicações de produção em massa de alta velocidade, como na indústria automobilística.
Normalmente, a solda a laser tem sido usada com sucesso na soldagem de aços resistentes à concisão e ligas de titânio, nas quais soldas de alta qualidade foram produzidas em folhas de espessura de 0-1 a 2 mm. Verificou-se que as soldaduras eram estanques ao vácuo e tinham 90% de força do metal original. As velocidades de soldagem entre 10 e 15 m / hora foram usadas para soldagem a laser.
Embora a soldagem a laser tenha alto potencial e espera-se que ela possa competir com o EBW no futuro próximo, mas atualmente o laser de alta potência é um equipamento raro e extremamente caro.
