Efeito do gás de proteção na soldagem a laser de fibra de aço inoxidável

Com demandas crescentes por eficiência de produção, a fabricação moderna valoriza muito tecnologias de processamento-de alta eficiência, ágeis e ecologicamente corretas. A soldagem a laser tem sido amplamente adotada nas indústrias aeroespacial, automotiva, de construção naval e outras indústrias devido à sua alta qualidade, precisão, deformação mínima e eficiência excepcional. Entre os numerosos fatores que afetam a qualidade da solda, o gás de proteção desempenha um papel crítico.

O surgimento de lasers de fibra de alta{0}}potência acelerou a popularização da soldagem a laser, principalmente na indústria automotiva. Os lasers de fibra operam em um comprimento de onda de 1.070 nm, significativamente menor que o comprimento de onda de 10,6 μm dos lasers de CO2. Como os materiais exibem diferentes taxas de absorção em diferentes comprimentos de onda, as características de soldagem dos lasers de fibra diferem inerentemente daquelas dos lasers de CO2. No entanto, pesquisas abrangentes sobre gás de proteção para soldagem a laser de fibra permanecem limitadas. Para resolver essa lacuna, este estudo realiza uma série de testes de parâmetros em aço inoxidável para aprofundar a compreensão da soldagem a laser de fibra.

Os experimentos foram realizados em placas de aço inoxidável SUS304 com 3 mm de espessura usando um laser de fibra IPG YLR-6000 (potência máxima de saída: 6 kW; divergência de feixe: 8 mrad). O sistema laser foi integrado a um robô KUKA KR60HA 6-DOF. O bocal do gás de proteção tinha diâmetro interno de 4 mm e foi posicionado 4 mm acima da peça de trabalho.

Para isolar as variáveis, os seguintes parâmetros de soldagem foram mantidos constantes:

• Potência do laser:1 kW
• Velocidade de soldagem:1,5m/min
• Distância focal:250 milímetros
• Quantidade de desfocagem:0mm
• Método de soldagem:Soldagem-de cordão-na{2}}placa unilateral

Quatro conjuntos de experimentos foram conduzidos para avaliar os efeitos de:

1. Tipo de gás:Comparando os efeitos de Ar, He e N₂ puros.
2. Proporção de mistura de gás:Investigar como as diferentes proporções de mistura de Ar-He afetam a morfologia e a penetração da superfície da solda.
3. Ângulo de sopro:Avaliação da influência dos ângulos-de sopro lateral na penetração da solda.
4. Posição de alinhamento de gás:Analisar como o deslocamento entre o ponto de entrega do gás e o ponto do laser afeta a formação da solda.

Efeito do tipo de gás:Ao utilizar um único gás de proteção, a profundidade de penetração da solda seguiu a ordem He > N₂ > Ar, o que é atribuído às diferenças na energia de ionização do gás e aos limites de manutenção do plasma.

Proporção de mistura e taxa de fluxo:Concentrações mais altas de He nas misturas de Ar{0}}He, bem como taxas de fluxo total de gás mais altas, levaram a um aumento correspondente na profundidade de penetração.

Efeito de ângulo de sopro:A penetração da solda diminuiu à medida que o ângulo de{0}sopro lateral aumentou. Esta redução é impulsionada por mudanças no estado do fluxo de gás (transição entre fluxo laminar e turbulento) através da superfície da peça.

Efeito de posição de alinhamento:A tendência de penetração da solda variou com a distância relativa entre o ponto de entrega do gás e o ponto do laser. A profundidade máxima de penetração foi alcançada quando o ponto de entrega do gás foi deslocado em aproximadamente ± 1,5 mm do ponto do laser, enquanto a profundidade mínima ocorreu quando o gás foi alinhado diretamente com o centro do ponto do laser.