A soldagem de penetração profunda da máquina de solda a laser geralmente usa feixes de laser contínuos de fibra óptica para completar a conexão dos materiais. O processo físico metalúrgico é muito semelhante à soldagem por feixe de elétrons, o que significa que o mecanismo de conversão de energia é completado através de uma estrutura em "buraco de fechadura".
Quando irradiado com um laser de densidade de potência suficientemente alta, o material evapora e forma pequenos orifícios. Este buraco cheio de vapor é como um corpo negro, absorvendo quase toda a energia do feixe incidente. A temperatura de equilíbrio na cavidade atinge aproximadamente 2.500 graus C. O calor é transferido da parede externa da câmara de alta temperatura para derreter o metal ao redor da câmara. O pequeno orifício é preenchido com vapor de alta temperatura, gerado pela evaporação contínua do material da parede sob a irradiação de um feixe de raios. As quatro paredes do pequeno orifício são cercadas por metal fundido, enquanto o metal líquido é rodeado por materiais sólidos. Na maioria dos processos de soldagem convencionais e na soldagem por condução a laser, a energia é primeiro depositada na superfície da peça e depois transmitida à superfície. O fluxo de líquido fora da parede do furo e a tensão superficial da camada da parede mantêm um equilíbrio dinâmico com a pressão do vapor gerada continuamente na cavidade. O feixe entra continuamente no pequeno furo e o material fora do furo flui continuamente. À medida que o feixe de luz se move, o pequeno orifício permanece num estado de fluxo estável. Em outras palavras, o pequeno furo e o metal fundido ao redor da parede do furo avançam na velocidade de avanço do feixe guia, e o metal fundido preenche a lacuna deixada pelo pequeno furo e se condensa, formando uma costura de solda. Todos os processos acima ocorrem muito rapidamente, de modo que a velocidade de soldagem pode facilmente atingir alguns metros por minuto.
Principais parâmetros do processo de soldagem por penetração profunda a laser
1. Foco do feixe.
O tamanho do ponto do feixe é uma das variáveis mais importantes na soldagem a laser, pois determina a densidade de potência. No entanto, para lasers de alta potência, apesar de muitas técnicas de medição indireta, a sua medição continua a ser um desafio.
O tamanho máximo do ponto para foco e difração do feixe pode ser calculado com base na teoria da difração da luz, mas devido à aberração da lente de foco, o tamanho real do ponto é maior que o valor calculado. O método de medição prático mais simples é o método de contorno isotérmico, que utiliza papel grosso para queimar e penetrar na placa de polipropileno para medir o ponto focal e o diâmetro da perfuração. Este método deve ser praticado através de medições para compreender a potência do laser e o tempo de ação do feixe.
2. Potência do laser.
Existe um limite de densidade de energia do laser na soldagem a laser. Abaixo deste valor, a profundidade de penetração é muito rasa. Uma vez atingido ou excedido este valor, a profundidade de penetração aumentará bastante. O plasma só é gerado quando a densidade de potência do laser na peça excede o limite, marcando o progresso da soldagem de penetração profunda estável. Se a potência do laser estiver abaixo deste limite, ocorre apenas a fusão da superfície da peça, ou seja, a soldagem é realizada com um tipo de condutividade térmica estável. Quando a densidade de potência do laser se aproxima da condição crítica para a formação de pequenos furos, a soldagem por penetração profunda e a soldagem por condução se tornarão alternadamente processos de soldagem instáveis, levando a flutuações significativas na profundidade de penetração. Na soldagem de penetração profunda a laser, a potência do laser controla a profundidade de penetração e a velocidade de soldagem. A profundidade de penetração da soldagem está diretamente relacionada à densidade de potência do feixe e é uma função da potência do feixe incidente e do foco do feixe. De modo geral, para feixes de laser com determinado diâmetro, a profundidade de penetração aumenta com o aumento da potência do feixe.
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