Seleção do Gás de Proteção na Soldagem a Laser
Você já encontrou defeitos de soldagem, como respingos excessivos, formação de solda pouco atraente e numerosos poros após a soldagem? Embora você possa estar se perguntando se isso se deve a configurações incorretas dos parâmetros do processo de soldagem a laser, você sabe que o uso correto do gás de proteção também é um fator crucial que afeta a formação e o desempenho da solda? A escolha do gás de proteção ideal é, na verdade, uma maneira de melhorar a qualidade e a eficiência da soldagem.
Como o gás de proteção é tão importante, qual é exatamente sua função? Como você deve escolher o tipo de gás de proteção? Como o gás de proteção deve ser aplicado durante a soldagem?
A Função do Gás de Proteção
Na soldagem a laser, o gás de proteção afeta a formação da solda, a qualidade da solda, a penetração da solda e a largura da solda. Na maioria dos casos, a introdução do gás de proteção exerce um efeito positivo sobre a solda, mas também pode ter efeitos adversos.
Efeitos Positivos
1) A introdução adequada do gás de proteção protege eficazmente a poça de fusão, reduzindo ou até mesmo impedindo a oxidação.
2) A introdução adequada do gás de proteção reduz eficazmente as salpicaduras durante a soldagem.
3) A introdução adequada do gás de proteção promove uma distribuição uniforme da poça de fusão durante a solidificação, resultando em uma solda uniforme e esteticamente agradável.
4) A introdução adequada do gás de proteção reduz eficazmente o efeito de blindagem exercido pelas plumas de vapor metálico ou pelas nuvens de plasma sobre o feixe laser, aumentando a taxa efetiva de utilização do laser.
5) A introdução adequada do gás de proteção reduz eficazmente a porosidade da solda.
Desde que o tipo de gás, a vazão do gás e o método de introdução sejam corretamente selecionados, é possível obter resultados ideais.
No entanto, o uso inadequado do gás de proteção também pode afetar negativamente a soldagem.
1) A aplicação incorreta do gás de proteção pode prejudicar a solda:
① A escolha do tipo errado de gás pode causar trincas na solda e reduzir as propriedades mecânicas da solda;
② A escolha de uma vazão inadequada de gás pode levar a uma oxidação mais severa da solda (tanto se a vazão for excessivamente alta quanto excessivamente baixa) e também pode causar interferência significativa na poça de fusão, resultando em colapso ou formação irregular da solda;
③ A escolha de um método inadequado de aplicação do gás pode resultar em proteção ineficaz ou até mesmo inexistente, ou afetar negativamente a formação da solda;
2) A aplicação do gás de proteção pode afetar a penetração da solda, especialmente na soldagem de chapas finas, reduzindo a penetração.
Tipos de Gases de Proteção
Os gases de proteção comumente utilizados na soldagem a laser incluem N₂, Ar e He. Suas propriedades físico-químicas diferem e, portanto, seus efeitos sobre a solda variam.
Nitrogênio (N2)
O mais barato, mas inadequado para soldar certos aços inoxidáveis. O nitrogênio (N2) possui uma energia de ionização moderada, maior que a do Ar, mas menor que a do He. Sob irradiação a laser, seu grau de ionização é geralmente baixo, reduzindo eficazmente a formação da nuvem de plasma e, consequentemente, aumentando a taxa de utilização efetiva do laser. No entanto, o nitrogênio pode reagir quimicamente com ligas de alumínio e aço carbono em determinadas temperaturas, formando nitretos. Isso aumenta a fragilidade da solda e reduz sua tenacidade, afetando negativamente de forma significativa as propriedades mecânicas da junta soldada. Portanto, o nitrogênio não é recomendado como gás de proteção para soldas de ligas de alumínio e aço carbono.
Por outro lado, os nitretos produzidos pela reação química entre o nitrogênio e o aço inoxidável podem aumentar a resistência da junta soldada, melhorando suas propriedades mecânicas. Assim, o nitrogênio pode ser utilizado como gás de proteção na soldagem de aço inoxidável.
Argônio (Ar)
é relativamente barato, possui alta densidade e oferece boa proteção. A superfície da solda é mais lisa do que com hélio. No entanto, ioniza-se facilmente sob a ação do plasma metálico de alta temperatura, o que pode bloquear parte do feixe laser, impedindo que atinja a peça de trabalho, reduzindo assim a potência efetiva de soldagem e prejudicando a velocidade de soldagem e a penetração. O Ar (argônio) possui a menor energia de ionização, mas seu grau de ionização é relativamente elevado sob irradiação a laser, o que não favorece o controle da formação de nuvens de plasma e afeta, em certa medida, a taxa de utilização efetiva do laser. Contudo, o argônio apresenta baixíssima reatividade e dificilmente reage quimicamente com metais comuns. Além disso, é de baixo custo. Por outro lado, o argônio possui alta densidade, o que facilita sua deposição sobre a poça de fusão, proporcionando melhor proteção à poça de fusão. Portanto, pode ser utilizado como gás de proteção convencional.
Hélio (He)
É mais caro, mas tem o melhor efeito, permitindo que o laser atravesse diretamente sem obstrução até a superfície da peça trabalhada. Ele possui a maior energia de ionização, mas seu grau de ionização é muito baixo sob irradiação a laser, o que permite controlar eficazmente a formação de nuvens de plasma. O laser atua bem sobre metais, e o He apresenta reatividade muito baixa, praticamente não reagindo quimicamente com metais. Trata-se de um excelente gás de proteção para soldagem. No entanto, o He é demasiado caro e, em geral, não é utilizado na produção em massa. É normalmente empregado em pesquisas científicas ou em produtos de alto valor agregado.
Métodos de Injeção de Gás de Proteção
Atualmente existem dois principais métodos para introduzir gases de proteção: um é a insuflação lateral fora do eixo do gás de proteção... Gás de proteção insuflado lateralmente em paralelo
Outro tipo é o gás de proteção coaxial.
Gás de Proteção Coaxial
A escolha entre os dois métodos de insuflação depende de uma combinação de fatores, mas, em geral, recomenda-se a insuflação lateral do gás de proteção.
Princípios para a Escolha de Métodos de Insuflação de Gás de Proteção
Primeiramente, é importante esclarecer que o termo "oxidação da solda" é uma expressão coloquial. Teoricamente, refere-se a uma reação química entre a solda e componentes nocivos do ar, levando à deterioração da qualidade da solda. Exemplos comuns incluem a reação do metal da solda com oxigênio, nitrogênio e hidrogênio presentes no ar, em determinadas temperaturas.
A prevenção da oxidação da solda envolve reduzir ou evitar o contato desses componentes nocivos com o metal da solda em altas temperaturas. Essa alta temperatura refere-se não apenas ao metal da poça fundida, mas também a todo o período compreendido entre o momento em que o metal da solda se funde até sua solidificação e queda de temperatura abaixo de um determinado nível.
Por exemplo, na soldagem de ligas de titânio, o hidrogênio é absorvido rapidamente acima de 300 °°C, o oxigênio acima de 450 °°C e o nitrogênio acima de 600 °C. Portanto, as soldas de liga de titânio exigem proteção eficaz após a solidificação e durante o período em que a temperatura cai abaixo de 300 °°C; caso contrário, sofrerão "oxidação".
Como esclarece a descrição acima, o gás de proteção soprado não só precisa proteger a poça de fusão de forma oportuna, mas também a área recém-solidificada. Por conseguinte, geralmente é utilizada a técnica de sopragem lateral de gás de proteção fora do eixo, mostrada na Figura 1, pois oferece uma faixa de proteção mais ampla do que o método de proteção coaxial mostrado na Figura 2, especialmente proporcionando melhor proteção à área da solda recém-solidificada.
Para aplicações de engenharia, a sopragem lateral de gás de proteção fora do eixo não é adequada para todos os produtos. Para determinados produtos específicos, apenas o gás de proteção coaxial pode ser utilizado. A escolha deve ser adaptada à estrutura do produto e ao tipo de junta.
Seleção Específica do Método de Sopragem de Gás de Proteção
1) Soldas Retas
Como mostrado na Figura 3, o formato da solda do produto é reto. O tipo de junta pode ser uma junta de topo, uma junta de sobreposição, uma junta de canto ou uma solda sobreposta. Para este tipo de produto, o método de gás de proteção com jato lateral desalinhado mostrado em é preferido.
2) Soldas Planas de Forma Fechada
O formato da solda do produto é uma forma fechada, como um círculo plano, um polígono plano ou uma linha plana com múltiplos segmentos. O tipo de junta pode ser uma junta de topo, uma junta de sobreposição ou uma junta de solda sobreposta. Para este tipo de produto, recomenda-se o uso de gás de proteção coaxial.
Solda plana de forma fechada
A seleção do gás de proteção afeta diretamente a qualidade, a eficiência e o custo da produção de soldagem. No entanto, devido à diversidade dos materiais de soldagem, a escolha do gás de soldagem na prática é bastante complexa. É necessário considerar de forma abrangente o material de soldagem, o processo de soldagem, a posição de soldagem e o efeito de soldagem desejado. Apenas por meio de ensaios de soldagem é possível selecionar um gás de soldagem mais adequado para obter melhores resultados.
