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 (ƒ) 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 – 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 – 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 devarredura, propriedades do material base e gás de proteção. 
Um fator importante a respeito da alimentação esta relacionado ao seu rendimento, 
ou seja, o rendimento de um LASER é extremamente baixo. A sua vantagem está 
relacionado com as qualidades fornecidas da radiação produzidas e a facilidade de controle 
que esta radiação vai apresentar durante o processo. 
4.2 – CONVERSÃO DE ENERGIA - MEIO ATIVO 
O meio ativo é utilizado para fazer a conversão da energia elétrica em energia 
radiante, como o sistema foi excitado pela fonte de alimentação, pode ocorrer emissão 
estimulado pelo meio. 
O meio ativo trata-se de um material utilizado que pode ser líquido, sólido, gás ou 
semi-condutor. Cada material tem uma característica específica e também uma aplicação 
determinada em relação ao tipo de solda a ser realizada. Pose apresentar-se de forma 
sólida, exemplificando-se com o laser de Rubi, Hólmio, Neodímio, Érbio, Alexandrita; de 
forma gasosa, que constitui a maior parte dos laseres. Encontram-se nesse grupo. por 
exemplo, o laser de CO2, de Argônio e de Hélio-Neônio, entre outros; e de forma líquida em 
que se incluem laseres de corante, onde um corante orgânico é diluído em um solvente 
(exemplo: Rodamina). 
4.3 – AMPLIFICADOR DE RADIAÇÃO - CAVIDADE RESSONANTE 
Na cavidade ressonante que ocorre o processo de amplificação da radiação. A 
cavidade possuem dois espelhos que tem por finalidade amplificar o feixe de laser. Um 
destes espelhos é totalmente refletor, enquanto que o outro, tem um pequeno orifício central 
medindo aproximadamente 1% da área. São montados de frente um para o outro, sendo 
que entre eles, será montado o meio ativo como pode ser visto na Figura 2. 
É possível encontrar elementos como prismas que são utilizados para comprimentos 
de ondas especificados para uma determinada tarefa. Isto se faz necessário, pois o meio 
ativo produz ondas em vários comprimentos. Um outro método seria o posicionamento dos 
espelhos que fariam este trabalho, ou seja, dependendo de sua posição seria possível, 
separar o comprimento de onda. Com estes dispositivos os fótons produzidos sairiam com 
da cavidade já direcionado para o seu trabalho. 
Uma característica fundamental é a sua construção, pois é necessário que o sistema 
seja livre de contaminações e que suas lentes sejam precisas para a sua aplicação. Isto é 
necessário para aumentar a eficiência do laser. Deve-se considerar também que devido a 
área do laser de saída ser pequena, haverá um aumento das emissões e devido a estes 
fatores o rendimento final do laser será maior. 
4.4 - LASER DE CORPO SÓLIDO (LASER YAG) 
Um laser de corpo sólido trata-se de um cristal de rubi,Al2O3, envolto de uma 
lâmpada de flash, onde o alumínio tem aproximadamente 0,05% de íons de Cr3 (ativos). 
Essas lâmpadas são de xenônio ou com fontes contínuas de luz (lâmpadas de criptônio). 
O nome deste laser representa a composição do material de cristal do ganho: Garnet 
De alumínio Neodymium-Neodymium-doped Do Yttrium (Al5 O12 De Y 3 ). Este cristal tem as 
propriedades térmicas, mecânicas, e óticas excelentes para produzir eficientemente um 
feixe da qualidade elevada de luz. O Nd: A vantagem a maior do laser de YAG sobre outros 
lasers é ele é habilidade de produzir um feixe contínuo na temperatura menor, que permite 
que o laser seja usado em ambientes típicos de trabalho sem nenhumas modificações 
principais. O poder elevado da saída, o consumo de potência baixo faz o Nd: Laser de YAG 
uma escolha eficiente. 
Estas propriedades todas contribuíram à aceitação larga do Nd: Laser de YAG na 
soldagem e em outras aplicações de processos. O Nd:YAG tem um comprimento de onda 
de 1,06 mícrons, onde o mesmo é absorvido completamente por materiais condutores, com 
uma reflectância típica de aproximadamente 20 a 30 por cento para a maioria de metais, o 
seu grau de rendimento varia de 0,2 a 3%. A radiação próximo ao infravermelha permite o 
uso do sistema ótico padrão conseguir os tamanhos focalizados do ponto tão pequenos 
quanto o 001"no diâmetro. È utilizado para determinados tipos de material e também 
espessuras determinadas. 
O laser de Nd/vidro trabalha apenas em regime pulsado, devido a baixa 
condutividade térmica do vidro; possui uma ampla faixa de transição de frequência (30 a 40 
nm) devido a ausência de homogeneidade nos cristais. 
4.5 - LASER GASOSO ( LASER DE CO2) 
Uma importante característica do laser contínuo de CO2 é a possibilidade de se 
alterar a densidade de potência na superfície do material, variando o foco do feixe e a 
potência. 
O laser a CO2, conhecidos como lasers de alta potência, são utilizados para corte e 
solda. Neste caso, o equipamento é diferente, pois é necessário a entrada do gás, para a 
produção do laser. A produção ocorre devido a alimentação de uma tensão contínua de 
algumas dezenas de kv. 
Por meio de descarga luminosa elétrica o CO2 é estimulado. Com isso é possível 
conseguir uma potência de 700W/m. 
O laser de CO2, possui um comprimento de onda de, 10,6 mícrons e uma reflectância 
inicial aproximadamente 80 por cento a 90 por cento para a maioria dos metais e precisa de 
um sistema ótico especial para focalizar o feixe a um tamanho mínimo do ponto do 003"ao 
004" diâmetro. Em comparação, os lasers de Nd:YAG produzem saídas com uma potência 
de até 500 watts, os sistemas do CO2 podem facilmente fornecer 10.000 watts ou mais. Para 
tanto a sua construção é diferenciada, ou seja, o tubo ressonante é dobrado algumas vezes, 
conforme a figura. 
 
FIGURA 3– Diagrama esquemático de um ressonador 
Um dispositivo chamado soprador faz circular CO2 dentro de uma cavidade 
ressonante. Essa cavidade tem dois eletrodos ligados a uma fonte de alta tensão. Esses 
eletrodos criam um campo elétrico que aumenta a energia do gás no interior da cavidade 
ressonante. 
O laser a CO2 devido à sua alta potência, pode ser utilizado em modo contínuo e 
pulsado. Essas características são necessárias pelo fato de se poder soldar chapas com 
maiores espessuras, no caso de aço, solda-se utilizando uma fonte de alimentação de 45 
kw, chapas de até 38mm, pelo processo Keyhole. 
Atualmente, o tipo mais comum de laser usado na indústria utiliza o dióxido de 
carbono (CO2) como veículo ativo. Outros gases, como o nitrogênio (N2) e o hélio (H), são 
misturados ao dióxido de carbono para aumentar a potência do laser. 
O grande inconveniente do laser é que se trata de um processo térmico e, portanto, 
afeta a estrutura do material na região de corte. 
4.6 – SISTEMA AUTÓGENO 
Normalmente em soldagens a lasers, não é necessário a adição de material, ou seja 
é autógena. Quando se faz necessário o material de adição tem a finalidade de apenas de 
recobrimento, pois quando se faz a solda em espessuras grandes, ocorre um afundamento 
da poça de fusão. 
4.7 - GASES DE PROTEÇÃO PARA SOLDAGEM A LASER 
Diferentes gases puros elementares e misturas podem ser empregados para a 
soldagem a laser. No entanto, os melhores gases, e mais comumente utilizados, são os 
gases elementares inertes hélio (He) e argônio (Ar). 
O Hélio possui propriedades únicas que o tornam o gás de proteção preferido para 
soldagem a laser em alta velocidade e alta energia. O hélio possui: 
- Alta condutividade térmica, produzindo soldagens com excelente acabamento. 
- Alto potencial de ionização, produzindo excelente supressão de plasma e altas 
velocidades de soldagem. 
Os gases constituem uma parte essencial de qualquer sistema laser, seja para corte ou 
soldagem, CO2 ou YAG; um fornecimento de gás confiável de alta pureza é essencial para 
se obter a máxima performance de seu investimento em tecnologia a laser. O gás de 
proteção serve para remover o plasma formado na fusão (ou vaporização) do material. Caso 
não seja feita esta remoção, o plasma absorve e desvia o raio laser, sendo necessário 
remover o plasmaformado. O tipo de gás utilizado e seus diferentes potenciais de ionização, 
proporcionarão diferenças na interação feixe - matéria, alterando a transferência da energia. 
Em soldagens materiais como o Titânio que é reativo, utiliza-se dos mesmos conceitos 
dos processo de soldagem TIG e MIG/MAG para proteções adicionais. No processo de 
soldagem a laser, o gás utilizado recebe o nome de gás de assistência. 
Conforme já foi visto a penetração depende também do tipo de gás. Normalmente os 
gases utilizados para solda e corte necessitam ter uma alto nível de pureza, pois as 
impurezas encontradas nas misturas de gases podem baixar o desempenho do laser de 
CO2, com este fator diminui a potência de saída do laser, tornando a descarga elétrica 
instável ou aumentando o consumo dos gases. 
 
5 – PROCESSO DE SOLDAGEM 
O processo de soldagem é a união de duas partes de metal, onde ocorre a fusão das 
juntas através da técnica keyhole. Isto só ocorre se a densidade de energia for suficiente 
para fundi-la. Mas para isso é necessário que o feixe esteja perpendicular a peça e que o 
feixe seja absorvido. Para uma densidade superior, ou mesmo dependendo de outros 
parâmetros, como a velocidade de soldagem, pode ocorrer a vaporização do material. 
As temperaturas dentro do furo produzido pelo laser podem alcançar altas 
temperaturas, tornando a técnica keyhole muito eficiente, pois o calor é conduzido em forma 
radial para fora do furo, formando uma região derretida que cerca o vapor. 
Enquanto o feixe de laser se move ao longo da peça, metal derretido preenche atrás 
do furo e solidifica formando a solda. Esta técnica permite velocidades de soldagens muito 
altas, dependendo do tipo de peça a ser soldada, a sua espessura, e consequentemente a 
densidade do laser. 
 
FIGURA 4– Esquema de soldagem a Laser 
Um fator de suma importância é conhecer as características dos materiais a serem 
soldados, ou seja a condutividade térmica e o calor específico governam o fluxo de calor em 
um material. Um outro fator trata-se da difusão térmica, ou seja, determina como 
rapidamente um material aceitará e conduzirá a energia térmica. Quando o material, dissipa 
o calor rapidamente é necessário aumentar a potência para se conseguir fazer a 
penetração. Neste caso utiliza-se o modo pulsado, é usado principalmente para aumentar a 
penetração, os parâmetros de pulso são a duração, geralmente em ms, e a freqüência de 
pulso em Hz, pois a potência terá dois patamares, ou seja, o máximo e o mínimo. Isto é 
usado em materiais reflexivos como o Cobre e o Alumínio. 
 
6 - CONTROLE DO PROCESSO 
O controle do processo se faz necessário para atender as necessidades existentes 
para garantir as especificações para uma solda de qualidade. Para isso é importante 
conhecer fatores que contribuam para o processo, como: o tipo de fonte, modo do feixe, pois 
cada material apresenta características distintas, seja pela análise metalúrgica ou mesmo 
química e também os parâmetros como a espessura da peça, a velocidade de soldagem e 
mesmo absorção. 
6.1 - PARÂMETROS DA FONTE LASER 
Em relação a fonte laser deve -se considerar qual é a sua aplicação, o material a ser 
soldado, ou mesmo cortado e verificar a espessura do material para especificar o tipo de 
laser a ser usado. A potência do feixe está diretamente relacionado com a espessura a ser 
soldada. Além deste, é importante também conhecer o comprimento de onda da radiação 
emitida uma vez um mesmo comprimento de onda apresentará facilidade em soldar alguns 
materiais e dificuldade para outros. 
Considera-se também que os tipos de laser tem potência diferentes, por isso é 
necessário uma especificação correta do equipamento seja por nível econômico e até a 
qualidade final da peça. Neste aspecto tem-se laser de Co2 e ND:YAG, visto que os lasers 
de Nd:YAG podem produzir saídas de poder até 500 watts, os sistemas do CO2 podem 
facilmente fornecer 10.000 watts e mais grande. 
 
FIGURA5: Comparação de níveis de energia 
6.2 – PARÂMATROS DO MODO DO FEIXE 
Este modo indica de como o modo do feixe relaciona com a potência distribuída ao 
longo do feixe laser. Como o equipamento é composto por espelhos, o sistema ótico é o que 
determinará a diferença entre a potência gerada e a que efetivamente vai atingir a peça, 
uma vez que o feixe perde potência em cada espelho refletor utilizado. Além disto, este 
sistema atua também na determinação do diâmetro do feixe na zona de interação. Por 
último o modo de funcionamento do laser determinará a potência máxima e a simetria do 
feixe. 
Para melhor determinar o diâmetro incidente, é necessário conhecer as 
características e estrutura do modo. Na cavidade ressonante existem o modo axial e 
transversal, sendo que as ondas nos axiais circulam exatamente ao longo do eixo dos 
espelhos, nos transversos, as ondas giram circularmente a este eixo, refletindo 
indiretamente entre os espelhos. 
 
7 – VARIAVEÍS DO PROCESSO DE SOLDAGEM A LASER 
Para se ter o melhor desempenho de uma solda é importante conhecer as variáveis 
que influenciam no processo. Quanto mais se conhece do sistema, mais fácil se torna para a 
realização do trabalho. As variáveis estão relacionadas com a parte física tanto do 
equipamento quanto da peça a ser soldada. Portanto, as variáveis pertinentes a este 
processos: 
• Potência do Raio LASER, 
• Diâmetro do Raio incidente, 
• Absorção e Velocidade de Soldagem 
Deve-se considerar também outros fatores, como: Proteção gasosa, distância focal, 
pulso, geometria e abertura da junta, profundidade de penetração. 
7.1 – POTÊNCIA DO RAIO LASER 
A potência é um dos principais fatores do laser, pois é a partir dele que inicia-se todo 
o processo. Para obter um laser potente é necessário saber o seu tipo, se é gasoso, ou 
sólido, o tipo de material e a densidade do laser e o diâmetro do laser. Estes fatores estão 
relacionados com a penetração do laser na peça de trabalho, pois cada um tem o seu papel 
no processo de soldagem a laser. Utiliza-se calorímetros de corpos negros para medir a 
energia de saída da cavidade. 
 
FIGURA 6: Potência relacionada com a penetração e largura do cordão de solda 
7.2 - DIÂMETRO DO RAIO INCIDENTE 
Como o feixe é concentrado e preciso é necessário Ter conhecimento desta variável, 
pois é responsável pela densidade de energia dirigida a peça. Se o diâmetro for pequeno a 
quantidade de energia será maior, pois a sua área de atuação é menor, considerando uma 
fonte constante. Caso contrário se o diâmetro for maior, menor será a energia, devido ao 
aumento da área de atuação. Outro fator interessante é a habilidade em que se pode 
automatizar sabendo destas característica do processo. A posição focal, também deve ser 
considerado, pois é onde ocorre o máximo ponto de convergência do feixe, localizado a 1 
mm abaixo do nível da superfície da peça. Este valor serve apenas como referência, pois 
dependendo de outros parâmetros pode mudar, é o caso do material ser mais espesso. 
7.3 – ABSORÇÃO DO LASER - FÓTONS 
Neste aspecto deve-se levar em consideração, alguns fatores físicos dos materiais, 
ou seja, a condutividade térmica, o calor específico e a difusão térmica. Estes fatores serão 
responsáveis por uma boa ou má absorção da energia térmica transferida ao material. A 
absorção é responsável pela eficiência do laser direcionado a peça. Com isso é fácil 
relacionar qual o material será necessário aplicar uma densidade de energia maior, ou 
menor, se será utilizado em modo contínuo, ou mesmo pulsado. 
Deve-se considerar outros aspectos, como a pureza do gás, a superfície deve estar 
limpa, a perpendicularidade do raio incidente e se o processo for manual considerar também 
a habilidade do soldador. Este fatores são de extrema importância quando se deseja obter 
uma qualidade do produto. 
7.4 - VELOCIDADE DE SOLDAGEM A LASER 
A velocidadedo laser que se move ao longo da solda for elevada, a parte a ser 
soldada não recebe bastante energia e a solda resultante será estreita e rasa. Caso 
contrário, se a velocidade de soldagem for baixa, onde a energia elevada sobre um período 
de tempo mais longo sobre a peça, pode ocorrer a evaporação do metal. 
Devido a este fator, pode aparecer porosidade na superfície. Com isso, para dada 
potência especificada, um decréscimo na velocidade de soldagem, origina um aumento da 
penetração no metal. Com elevadas velocidades podem originar insuficientes penetrações, 
enquanto baixas velocidades conduzem a fusões excessivas do metal, provocando 
vaporização e perda de material com a conseqüente formação de defeitos, na Figura abaixo 
mostra-se a influência da velocidade para diferentes potências de laser. 
 
FIGURA 8 - Velocidade de soldagem X Penetração para diferentes potências Laser 
 
 
 
FIGURA 9 - Comparação da velocidade e amperagem 
8 – PREPARAÇÃO DA PEÇA A SER SOLDADA 
Algumas considerações são essenciais parara obter o melhor desempenho do 
equipamento e consequentimente da solda. A peça a ser soldada deve ser direcionada 
perpendicularmente ao feixe de laser, pois neste caso toda a densidade será focalizada em 
apenas um ponto e concentrado. 
Um outro aspecto trata-se do tipo de material, pois cada material possui sua 
condutividade térmica específica, calor específico e consequentemente a sua difusão 
térmica. Estas características influenciarão na absorção do feixe na peça a ser soldada, pois 
é partir destes dados que se pode fornecer uma densidade própria para aplicação desejada. 
Para obter peças bem soldadas, deve se considerar que o processo é autógeno, ou 
seja, não há adição de material, neste caso as peças devem se conhecer a geometria da 
peça, coloca-las s a uma distância previamente conhecida, considerando as suas 
tolerâncias. Caso isto não seja feito, não será possível obter um resultado satisfatório das 
peças soldadas. 
 
FIGURA 10: Montagem para realização de solda a laser 
9 - CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DA SOLDAGEM POR LASER 
A soldagem de metais e de ligas com auxilio do feixe laser é caracterizada por 
aquecimento rápido (>100000 K/s), uma reduzida penetração de calor, um curto ciclo de 
temperatura, combinado com uma alta velocidade de resfriamento. A aptidão de um material 
para a soldagem é determinada essencialmente por sua composição química. Além disto, 
são significativas na soldagem a laser, as características físicas como o comportamento de 
absorção das superfícies metálicas, a condutividade térmica dos diversos materiais 
metálicos, a temperatura de fusão e a de evaporação. 
A seguir será descrito o comportamento de alguns grupos de materiais metálicos, 
levando-se em consideração as características técnicas de processamento da soldagem a 
laser. 
9.1 – MATERIAIS SOLDÁVEIS A LASER - AÇOS 
Nos aços de construção não ligados e de baixa liga, os elementos fósforo e enxofre 
devem ser mantidos tão baixo quanto for possível. Isto é válido também para os elementos 
nitrogênio e oxigênio, para evitar a formação de poros, trincas e respingos. Assim sendo, 
aços de construção não acalmados não devem ser soldados por feixe laser, somente em 
casos especiais. 
9.2 - AÇOS DE CONSTRUÇÃO ESTIRADOS A FRIO 
O teor de carbono dos aços estirados a frio situa-se na faixa de 0,02 até 0,26%. Com 
exceção de alguns aços, existe uma aptidão de soldagem muito boa com o teor de carbono 
não demasiado alto. 
9.3 - AÇOS FERRAMENTA E AÇO RÁPIDO 
O teor de carbono situa -se entre 0,42 e 1,45%. Os principais elementos de liga dos 
aços rápidos são o tungstênio, o vanádio, o cobalto, o cromo e o molibdênio. A maioria 
desses aços deve ser considerada como sendo inadequada para a soldagem por feixe laser 
(elevada fragilização da costura de solda). 
9.4 - AÇOS INOXIDÁVEIS 
Os aços totalmente ferríticos e austeníticos apresentam uma boa aptidão para a 
soldagem, porém os aços austeníticos com elevados teores de níquel tendem à ruptura a 
quente. Nos aços martensíticos, existe o perigo da formação de trincas. 
9.5 - MATERIAIS DE ALUMÍNIO 
Em razão da alta capacidade de reflexão da superfície e da boa condutibilidade 
térmica do alumínio, uma boa condição para a soldagem somente é possível com uma 
densidade de potência suficientemente alta do feixe laser. O alumínio puro assim como os 
grupos de liga Al-Si e Al-Cu apresentam geralmente uma boa condição de soldagem. Com 
teores mais elevados de magnésio e zinco, ocorre a formação de poros na costura de solda. 
9.6 - AÇOS GALVANIZADOS 
A indústria automobilística a cada ano que passa aumenta o número de aplicações 
em suas unidades. Como já é de conhecimento a solda de aços galvanizados é complicada, 
pois forma vapores de zinco na região de aplicação da solda. A vantagem da solda laser 
deve-se ao fator de Ter o calor focalizado em região específica e uma baixa zona 
termicamente afetada. Outra soluções aplicadas são um controle maior da proteção gasosa 
e o controle da tolerância entre as peças e uma freqüência de pulso satisfatória. 
9.7 – SOLDAGEM DE POLÍMEROS 
Os Lasers para a soldagem de polímero são realizados como uma alta velocidade. 
Radiação de laser, no modo normal de operação, é tão intensa e focalizada que vai muito 
rápida a velocidade de soldagem. Normalmente são utilizados laser de estado sólido, o 
YAG. 
A energia de comprimento de onda semelhante é absorvida a níveis útil para soldar 
até mesmo quando muito baixos níveis de absorção de pigmento estiverem presentes na 
camada. Por exemplo, partículas de carboneto de silicone embutidas em uma superfície de 
um polímero transparente proverão bastante absorção para formar uma solda mas eles são 
invisíveis ao olho. Semelhantemente, tintas compatíveis que secam para formar camadas 
quase transparentes também são úteis. 
 
FIGURA 11: Compatibilidade de soldas de polímeros 
 
10 – APLICAÇÕES DO PROCESSO DE SOLDAGEM A LASER 
Uma consideração que pode ser importante é a avaliação do tamanho físico do 
equipamento. Um laser estatal sólido que solda sistemas é relativamente pequeno 
comparado a sistemas de CO2 que poderiam ocupar um quarto do espaço requerido para a 
instalação do equipamento. Ainda, se a peça a ser trabalhada é de um tamanho maior ou 
mesmo um peso relativamente grande deve-se considerar guias ou braços articulados, 
como também pórticos. 
Para operações de soldagem delicadas, como soldar filamentos de abajur, os 
sistemas de soldagem com meio reativo sólidos oferecem a vantagem. Como o 
comprimento de onda do laser de Nd:YAG está perto do espectro visível, lentes podem 
transmitir a luz de laser e a imagem do peça sendo trabalhada. 
Há um intercâmbio de penetração de solda referenciando a velocidade de soldagem, 
ou seja, quanto maior a penetração menor é a velocidade de soldagem, em contrapartida o 
inverso quanto menor a penetração maior a velocidade de soldagem. Isto serve para 
indicarmos alguns parâmetros antes de iniciar alguma operação de soldagem a laser. Isto é 
importante saber principalmente quando se solda alumínio, cobre, aços com ligas, polímeros 
e titânio. 
A soldagem a laser um processo com alta densidade de energia, baixo aporte de 
calor que pode ser utilizado para uma vasta gama de materiais e ligas. Alem disso, o próprio 
processo facilita a automação, particularmente nos casos de lasers de estado sólido, o que 
aumenta expressivamente a produtividade em processos de manufatura. Porém, os ciclos 
térmicos de soldagem associados a esse processo são geralmente mais rápidos que 
aqueles envolvidos nos processos de soldagem convencionais, o qual tem influência 
significativa nas mudanças microestruturais da junta soldada, acarretando em mudanças 
significativas nas propriedades mecânicas e assim na performance da junta. 
A soldagem a laser propiciouo aumento no número de aplicações principalmente a 
corte e a solda propriamente dita. Isto foi devido ao aporte térmico produz uma solda estreita 
e profunda. Em algumas aplicações em fábricas de automóveis o uso do robô para laser de 
CO2 tem propiciado uma movimentação e posicionamento sobre a peça de trabalho muito 
precisa. Esta vantagem da soldagem com laser é que tem propiciado a popularização de 
sua utilização na indústria automobilística. Este fator cresce a cada ano. Isto deve-se 
também ao fator custo –benefício, pois há uma redução dos custos, mesmo o equipamento 
tendo um custo mais alto. 
 
FIGURA 12 – Soldagem a Laser na Fabrica de Anchieta 
 
11 – VANTAGENS DA SOLDAGEM A LASER 
- Pequena Zona Termicamente Afetada. 
- Pouca distorção da área soldada. 
- Velocidades elevadas de soldagem. 
- Possibilidades grandes da automatização e do controle. 
- As soldas apresentam geralmente alta qualidade, no caso de aços, alta 
deformabilidade. 
- Não necessita de vácuo para a realização da solda. 
- Não aplica a força física à parte do trabalho. 
- Os sistemas de laser apresentam grandes capacidades de programação, versatilidade 
e posicionamento, principalmente no caso do Nd:YAG, sendo esses muitas vezes 
acoplados a sistemas robóticos, permitindo o processamento de peças com 
geometrias complexas. 
12 – LIMITAÇÕES DA SOLDAGEM A LASER 
 
- Custo de investimento relativamente elevado (comparado às técnicas convencionais 
de soldagens). 
- São consumidos gases, lentes especiais e que são gastos inerentes ao processo. 
- Penetração limitada, pois depende das características do material. Ex. o alumínio, os 
laseres de Nd:YAG permitem soldas com profundidade de 2 a 6 mm e para o caso do 
laser CO2 até no máximo 6 mm. 
- Por se tratar de um processo que envolve a transformação de fase sólido-líquido em 
materiais, o processo de soldagem a laser também apresenta problemas similares 
aos processos convencionais, como a sensibilidade à formação de trincas, 
principalmente para o caso do alumínio. 
- Devido ao feixe ser altamente focado, implicando em pequeno diâmetro do feixe, o 
processo não tolera diferenças maiores que 10% da espessura dos materiais que 
serão soldados. 
- O risco de acidentes está no processo, e danos aos olhos podem resultar da 
exposição a algum tipo de feixe, sendo então necessário o uso de equipamentos de 
proteção individual e isolamento da área de trabalho. 
- O operador deve ser treinado para executar as tarefas de soldagem a laser. 
 
13 – SEGURANÇA ENVOLVIDA NO PROCESSO DE SOLDAGEM A LASER 
Laser emitem um feixe muito concentrado que pode ser visível ou invisível. Em geral, 
a maioria dos laser usado para solda são invisíveis. Este feixe de luz infravermelha 
focalizado deve se tomar cuidado com a pele e com os olhos, para isso deve-se conhecer 
precauções de segurança. Normalmente nas empresas que possuem o equipamento de 
soldagem a laser, tem em suas dependências salas próprias para a realização deste 
trabalho, pois são salas preparadas com dispositivos de segurança e também equipamentos 
individuais, com óculos e aventais. 
Devido à interação com a peça, níveis altos de perigosa e radiação ultravioleta 
(radiação secundária) é produzido. Esta radiação clara é refletida freqüentemente da peça 
na área de trabalho. Não se deve deixar nada inflamável perto da área onde se realiza o 
trabalho. Caso haja algo inflamável deve-se proteger cobrindo ou mesmo retirando deste 
lugar, para se prevenir de futuros acidentes. 
Devido ao trabalho a laser surge fumos que pode apresentar um perigo respiratório, 
caso não seja tomados os devidos cuidados. Freqüentemente não podem ser vistos os 
fumos, contudo eles podem ser um agente de periculosidade séria. Para prevenir destes 
fumos deve-se utilizar sempre ventilação adequado. È essencial que o ambiente de trabalho 
esteja em conformidade com padrões para o tipo de laser e classe utilizados. 
No caso, da eletricidade, pois laser exigem para uma quantia grande de potência 
elétrica para realizar tarefas específicas, perigos elétricos estão presentes. Perigos 
convencionais associados com qualquer fonte de potência elétrica industrial estão 
presentes. Normalmente, a melhor fonte de informação de segurança é provida na instrução 
manual do fabricante do sistema de laser. Sempre leia, entenda, e siga os procedimentos de 
segurança indicados do fabricante.