Soldadura a laser

O árgon faz parte de uma gama de gases elementares puros e podem ser utilizadas misturas de gases para soldadura a laser. O árgon é adequado para lasers com potência até 3 kW. Contudo, as propriedades de supressão de plasma podem ser melhoradas acrescentando hélio, oxigénio ou dióxido de carbono. Os gases usados com mais frequência são o árgon e o hélio.

O dióxido de carbono e o azoto são gases reativos que podem formar óxidos, carbonetos ou nitretos com o metal de soldadura. Como tal, as propriedades mecânicas das soldaduras podem ser afetadas, o que, para algumas aplicações, desqualifica a utilização do dióxido de carbono e do azoto como gases de soldadura. Todavia, em alguns casos, os gases de soldadura reativos podem ser tolerados ou até mesmo vantajosos. Em alguns casos de aço inoxidável, por exemplo, o azoto proporciona uma maior resistência à corrosão e microestrutura da soldadura.

O hélio é o gás de proteção de eleição para soldadura a laser de alta velocidade e grande potência. O hélio apresenta uma elevada condutividade térmica, produzindo soldaduras com um excelente rácio de aspeto e elevado potencial de ionização, produzindo uma excelente supressão de plasma e elevadas velocidades de soldadura.

Os gases de proteção da Air Products são muitas vezes usados em vários processos de soldadura, principalmente em soldaduras MIG/MAG e TIG. A seleção de um gás de soldadura adequado é essencial para o processo de soldadura. O gás de soldadura não protege apenas o metal soldado do ar envolvente, mas também pode contribuir para uma produtividade superior e para melhores propriedades mecânicas da soldadura. Mas o gás de soldadura também desempenha outras funções. Protege a ótica de focagem contra fumos e salpicos e, no caso dos lasers de CO₂, controla a formação de plasma. O gás de soldadura a ser utilizado depende do tipo de laser, da potência do laser, da disposição do injetor, do material a soldar, da espessura da peça de trabalho, dos requisitos mecânicos em relação à soldadura e dos custos. A ênfase está nos gases de soldadura a laser de CO₂ porque os lasers de CO₂ ainda são o tipo predominante de laser na indústria transformadora, pelo menos nas gamas de potências superiores. Além disso, a seleção do gás de soldadura é crucial para a soldadura a laser de CO₂, sendo menos exigente para soldadura a laser Nd:YAG.

Normalmente, os gases do ressonador a laser para lasers de CO₂ são compostos por uma mistura de hélio, azoto e dióxido de carbono. Há vários motivos para adicionar hélio à mistura de gases de laser:
1. O hélio contribui para remover as moléculas de CO₂ do nível de laser inferior aumentando a velocidade das transições de relaxamento.
2. O hélio tem uma condutividade térmica muito elevada. O hélio contribui para afastar o calor da descarga elétrica.
O hélio é adicionado para se atingirem potências de laser muito elevadas.

Normalmente, os gases do ressonador a laser para lasers de CO₂ são compostos por uma mistura de hélio, azoto e dióxido de carbono. Através da utilização de uma descarga elétrica, é muito fácil excitar uma molécula de azoto até ao primeiro nível de energia vibracional, que tem quase a mesma energia do nível superior de laser do CO₂. A energia vibracional pode ser facilmente transferida do N₂ para o CO₂ através de colisões entre as duas moléculas. Em termos gerais, é muito mais fácil excitar o nível superior de laser do CO₂ utilizando azoto como um intermediário, do que utilizando apenas CO₂. O azoto é adicionado para se atingirem potências de laser muito elevadas.

Normalmente, os gases do ressonador a laser para lasers de CO₂ são compostos por uma mistura de hélio, azoto e dióxido de carbono. O dióxido de carbono (CO₂) é o gás ativo na geração da própria luz de laser, ou seja, radiação infravermelha. A radiação é criada por transições entre diferentes níveis de energia vibracional na molécula de dióxido de carbono. Desta forma, seria possível operar um laser de CO₂ utilizando apenas dióxido de carbono como gás de laser. Contudo, para atingir as potências de laser muito elevadas, necessárias para o corte e soldadura a laser, é necessário adicionar azoto e hélio ao gás de laser.

A Air Products tem ao seu dispor misturas personalizadas para todas as marcas de ressonadores de laser. A composição da mistura de gases varia consoante o tipo de laser, a potência e o fabricante. Normalmente, os gases do ressonador a laser são fornecidos em garrafas de gás separadas, mas podem também ser fornecidos numa mistura prévia.

As impurezas na mistura de gases de laser podem diminuir o desempenho de um laser de CO₂ reduzindo a potência de saída, tornando a carga elétrica instável ou aumentando o consumo dos gases de laser. A qualidade dos gases de laser obtém-se não só pela pureza em si, mas também pelo tipo de impurezas que contêm e respetivos níveis. Como tal, a utilização de garrafas BIP é aconselhável para obter uma vida útil mais prolongada dos ressonadores e dos espelhos.

As impurezas na mistura de gases de laser podem diminuir o desempenho de um laser de CO₂ reduzindo a potência de saída, tornando a carga elétrica instável ou aumentando o consumo dos gases de laser. A qualidade dos gases de laser obtém-se não só pela pureza em si, mas também pelo tipo de impurezas que contêm e respetivos níveis. Como tal, a utilização de garrafas BIP é aconselhável para obter uma vida útil mais prolongada dos ressonadores e dos espelhos.

A formação pode incluir segurança em atmosferas com gás, propriedades de gases, aplicações de tratamento de metais, NFPA 86, requisitos para condutas e painéis de controlo de caudal e resolução de problemas relacionados com atmosferas. Estas informações podem ajudar a garantir a segurança das operações nos seus fornos e a evitar acidentes.

Os nossos engenheiros de aplicações podem trabalhar com o seu pessoal de fábrica para analisar e compreender todo o seu processo. Com base nessa análise e nas suas necessidades, podem recomendar soluções de melhoria do processo que podem ajudá-lo a aumentar a qualidade e a consistência dos seus produtos e, ainda, a otimizar a utilização de gás. Os serviços da Air Products incluem verificação de fugas, caracterização de fornos, calibração para análises, resolução de problemas relacionados com a análise de gases e revisão global do processo.