Processo de Soldagem a Laser
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Processo de Soldagem a Laser


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SOLDAGEM A LASER 
 
1 - DEFINIÇÃO 
O processo de soldagem a laser (Laser Welding) é caracterizado pela fusão 
localizada da junta através de seu bombardeamento por feixe de luz concentrada coerente e 
monocromática de alta intensidade, o fóton. Os feixe são de alta intensidade e suficiente 
para fundir parte do material da junta no ponto localizado do feixe no material, causando um 
furo, keyhole, que penetra profundamente no metal de base. As vantagens deste processo 
sobre os outros métodos convencionais são o grande potencial da produção de juntas 
soldadas com completa penetração, sendo com único passe e de forma autógena, 
garantindo uma alta reprodutibilidade e qualidade da junta e alta velocidade de soldagem. 
 
2 - INTRODUÇÃO 
Para discutir a respeito de laser, é necessário que se conheça como é produzida é 
produzido o laser em relação a energia que é produzida. Neste caso, os conceitos de 
movimento de níveis de energia tem a sua função, ou seja, toda vez que tiver uma excitação 
dos átomos, ocorrerá um movimento de um nível de energia para outro, com ganho ou 
perda de uma quantidade de energia, ou fóton. 
Neste contexto, pode ocorrer dois tipos de emissão: espontânea ou estimulada. Na 
processo de emissão espontânea de energia, o átomo pode ser elevado de um nível de 
energia estável para um outro nível excitado, isto acontece porque houve uma absorção de 
energia. A partir disto, o átomo com absorveu energia tornou-se instável, para voltar ao seu 
estado inicial, terá que emitir energia, em forma de fótons. No caso de emissão estimulada 
de energia, princípio de ação do laser, um adicional de energia é absorvido por um átomo 
em seu em seu estado elevado de energia, causando a libertação de mais energia, em 
forma de fótons, quando volta para o seu estado estável. Trata-se do processo de 
estimulação ou amplificação de energia, o qual ocorre quando há um maior número de 
átomos excitados. 
Como o fótons é emitido em forma de onda, deve-se considerar o seu comprimento 
de onda, como sendo a medida de altura de um pico a outro, onde a sua unidade é em mm, 
nm ou Å , bem como a freqüência de oscilações (\u192) como sendo o número de vezes que a 
onda, se repete por unidade de tempo, podendo ser medida em Hz. O comprimento de onda 
e a freqüência (f) são inversamente proporcionais, ou seja, quanto curto for o comprimento 
de onda do laser maior e a tendência de penetrar nos materiais. Para chegar a estas 
conclusões, um físico chamado De Broglie, fez uma hipótese que a luz apresentava uma 
natureza dual, ou seja, a luz se comporta como tivesse natureza ondulatória e, em outros 
casos, natureza corpuscular (partícula). Desse modo, uma mesma radiação luminosa, fótons 
que difrata através do orifício pode, a partir daí, incidir sobre uma superfície metálica e 
provocar a emissão de fotoelétrons. 
Cada fóton de radiação incidente, ao atingir a superfície do metal, é completamente 
absorvido por um único elétron, cedendo-lhe uma energia W=hf, onde W é a energia do 
fóton e h é a constante de Plank, 6,62 x 10-34 J.s. Essa interação fóton e elétron ocorre 
instantaneamente, semelhante à colisão de partículas. 
Para a produção do fóton, deve-se conhecer estes conceitos, pois devido a este 
conhecimento foi possível a criação do laser atualmente utilizado nas indústrias. Um laser é 
um dispositivo que produz uma intensa, e direcional feixe de luz, caracterizado como fóton. 
O termo LASER é uma sigla "Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation" 
(amplificação da luz por emissão estimulada de radiação). Os lasers podem ser projetados 
para operar com uma quantidade de energia alta para uma área concentrada muito 
pequena, onde apresentam densidades de potência elevadas, sendo o mesmo de fácil 
manipulação e tendo várias utilizações industriais como o solda, corte e gravação. 
O uso dos lasers como uma fonte de calor para soldagem é superior a muitos 
processos de soldagens convencionais devido a: 
- seu aporte térmico elevado à uma área muito pequena. Quando a área afetada é 
pequena, há uma redução no tamanho da zona termicamente afetada (ZTA) e como 
resultado uma redução muito pequena da solda. 
- requer raramente o uso de metais de enchimento. 
- A poça da solda produzido possui uma mínima contaminação. 
- devido o laser ser concentrado e preciso, o processo é favorável para a automação 
- o processo facilmente é monitorado e controlado. 
Outras vantagens incluem: não necessita de vácuo para a realização da solda e não 
aplica a força física à parte do trabalho. Para a solda deve-se considerar alguns fatores 
relacionados as propriedades dos materiais. A condutividade térmica e o calor específico 
governam o fluxo de calor em um material. Um fator importante ao fluxo de calor é o difusão 
térmica, o produto da condutividade térmica e a taxa de calor. 
Este termo determina como um material conduzirá a energia térmica. A difusão térmica 
elevada reservará normalmente uma profundidade maior da penetração da fusão. Os 
materiais com um difusão térmica elevada conduzem a energia térmica muito rapidamente. 
A quantidade apropriada de energia a ser usada depende do calor, da densidade de energia 
e do tipo de material. Outros parâmetros como a velocidade de soldagem, a potência do raio 
laser, o diâmetro do raio e absorção. 
Para a produção do laser podem ser usadas fontes contínuas a dióxido de carbono, 
capazes de produzir laser de infravermelho e densidades de energia em torno de 1 x1010 
W/m2, ou fontes pulsadas de YAG (Ytrium aluminium garnet)no estado sólido. 
 
FIGURA 1 \u2013 Elementos de um sistema típico para soldagem a laser 
A tecnologia de soldagem laser evoluiu de forma positiva em todo o mundo, como um 
processo de elevado potencial nas indústrias. A soldagem a laser é uma ferramenta 
poderosa na fabricação de peças complexas, constituídas de materiais de mesma ou 
diferentes espessuras, além da possibilidade de união de materiais diversos. As velocidades 
atingidas e o confinamento de energia depositada pelo feixe no material base são as 
principais vantagens do processo. 
 
3 \u2013 TIPOS DE SOLDAGEM A LASER 
Há dois tipos de lasers que estão sendo usados para a realização de soldas: o CO2 e 
Nd:YAG. O CO2 e os lasers de Nd:YAG operam-se na região no espectro infravermelho, 
invisível ao olho humano. 
Em conseqüência destas diferenças largas, os dois tipos do laser são empregados 
geralmente para aplicações diferentes. Os lasers poderosos do CO2 superam a reflectância 
elevada, pois é somente importante até que a solda do furo (keyhole) comece. Uma vez a 
superfície material no ponto do foco aproxima seu ponto de fusão, 
 
4 - EQUIPAMENTOS UTILIZADOS NA SOLDAGEM A LASER 
Os equipamentos necessários para um bom desempenho da soldagem a laser, estão 
relacionados com alguns fatores como: comprimento de onda e uma direção de propagação 
do feixe. Praticamente, o laser funciona desta maneira, ou seja, um equipamento que pode 
produzir emissão estimulada e formas de direcionar e calibrar o feixe de fótons produzidos 
pelo laser. 
O equipamento laser é composto basicamente de três sistemas: Fonte de 
Alimentação, responsável pela produção do laser, o Meio Ativo que faz a conversão de 
energia elétrica em energia radiante a e Cavidade Ressonante para amplificar a radiação. 
 
FIGURA 2: Desenho esquemático do equipamento de produção a laser 
4.1 - FONTE DE ALIMENTAÇÃO PARA PRODUÇÃO DO LASER 
Este equipamento é o responsável para o fornecimento de energia para que ocorra a 
excitação dos átomos, ou seja, a fonte de alimentação tem o papel de uma fonte excitadora. 
Sem esta excitação não seria possível produzir o laser. Existem dois modos de soldagem: 
rasa e a solda com penetração em profundidade, e qualquer um desses modos é 
determinado primeiramente pela densidade de potência na superfície do material, 
velocidade de