Soldagem por feixe de laser versus soldagem por feixe de elétrons Qual processo funciona melhor para quê?

Os defensores da soldagem por feixe de laser (LBW) e da soldagem por feixe de elétrons (EBW) elogiam cada um sua tecnologia preferida, mas muitas vezes a melhor solução para um cliente é usar as duas tecnologias juntas. Ambos os processos são adequados para unir componentes com geometrias complexas e capazes de atender às mais rigorosas demandas de características metalúrgicas da montagem final.

O uso de tecnologias de laser e feixe de elétrons em uma única instalação pode agilizar o processo de fabricação quando o projeto de um componente incorpora múltiplas juntas soldadas adaptadas separadamente para um processo ou outro. Os exemplos incluem sensores, dispositivos médicos e produtos que requerem gás inerte ou vácuo para serem vedados na peça acabada.

O processamento a laser é necessário quando o tamanho da montagem final é muito grande para uma câmara de soldagem EB, algum componente de uma montagem é incompatível com o processamento a vácuo (como um líquido ou gás) ou quando a solda é inacessível a um feixe de elétrons fonte. O feixe de elétrons será a principal escolha quando a montagem completa precisar ser vedada com componentes internos sob vácuo, quando as penetrações da solda excederem 1⁄2", quando o material for difícil de iniciar o acoplamento a laser ou quando a solda não deve ser exposta às condições atmosféricas até que esfrie a uma temperatura aceitável. Exemplos são a soldagem aeroespacial de titânio e suas ligas e muitos metais refratários, como tungstênio, nióbio, rênio e tântalo.

As fontes de energia de soldagem a laser utilizam uma onda contínua (CW) ou saída pulsada de fótons. Com sistemas CW, o feixe de laser está sempre ligado durante o processo de soldagem. Os sistemas pulsados ​​são modulados para gerar uma série de pulsos com um tempo de desligamento entre esses pulsos. Em ambos os métodos, o feixe de laser é focalizado opticamente na superfície da peça a ser soldada. Esses feixes de laser podem ser entregues diretamente na peça por meio de óptica rígida clássica ou por meio de um cabo de fibra óptica altamente flexível, capaz de fornecer a energia do laser a estações de trabalho distantes.

É a alta densidade de energia do laser que permite que a superfície do material seja levada rapidamente à sua temperatura liquidus, permitindo um curto tempo de interação do feixe em comparação com métodos de soldagem tradicionais, como GTAW (soldagem TIG) e processos semelhantes. A energia tem assim menos tempo para se dissipar no interior da peça de trabalho. Isso resulta em uma zona estreita afetada pelo calor e menos fadiga para o componente.

A saída de energia do feixe pode ser altamente controlada e modulada para produzir perfis de pulso arbitrários. As costuras de solda podem ser produzidas pela sobreposição de pulsos individuais, o que reduz a entrada de calor através da introdução de um breve ciclo de resfriamento entre os pulsos, uma vantagem para a produção de soldas em materiais sensíveis ao calor.

Salay Stannard, engenheiro de materiais da Joining Technologies, um inovador baseado em CT de East Granby, em aplicações de revestimento a laser, feixe de elétrons e soldagem a laser, observa que os lasers CW podem atingir penetrações de até 0,5 polegadas, enquanto os lasers pulsados ​​normalmente atingem apenas 0,030. -0,045 polegadas. Ela diz: “Esses resultados podem variar entre os sistemas de laser e dependem em grande parte da escolha dos parâmetros de processamento e do projeto da junta”. A Figura 1 mostra a construção de um sistema de soldagem a laser de estado sólido.

Stannard acrescenta: “Como a fonte de calor neste tipo de processo de soldagem é a energia da luz, a refletividade do material de solda deve ser considerada. Por exemplo, ouro, prata, cobre e alumínio requerem um consumo de energia mais intenso. Uma vez derretido, a refletividade é reduzida e a condutância térmica do processo progride para alcançar a penetração.”

Conforme observado, a alta densidade de potência do laser resulta em pequenas zonas afetadas pelo calor e garante que os componentes críticos permaneçam ilesos. Isto tem vantagens particulares para instrumentos cirúrgicos, componentes eletrônicos, conjuntos de sensores e muitos outros dispositivos de precisão. Ao contrário do PCVZ, o BPN não gera raios X e é facilmente manipulado com automação e robótica. Geralmente, o LBW também possui requisitos de ferramentas mais simples e não há restrições físicas de uma câmara de vácuo. Tempos de ciclo mais curtos se traduzem em vantagens de custo sem sacrificar a qualidade. A Tabela 1 lista as vantagens do BPN de onda contínua e pulso.