Soldagem a laser por transmissão
Principais conclusões
- Uma peça transmite, a outra absorve. O feixe atravessa o componente superior e deposita sua energia na interface.
- O calor é gerado apenas onde se deseja; assim, o processo não adiciona vibração nem material particulado.
- Depois que a absorção é adequada, o ajuste entre as peças decide a qualidade da solda: uma folga não pode ser fechada com mais potência.
- O negro de fumo é o absorvedor tradicional, razão pela qual tantos conjuntos soldados a laser são escuros.
Soldagem a laser por transmissão
A soldagem a laser por transmissão é um processo de união em que um feixe no infravermelho próximo atravessa um componente superior transmissivo e é absorvido na superfície de um componente inferior, gerando calor precisamente na interface da junta, de modo que as duas faces fundem e se unem sob pressão de fixação. É a configuração de soldagem a laser dominante para termoplásticos e a razão pela qual a técnica é viável em materiais que, de outra forma, seriam danificados pelo aquecimento superficial.
O valor dessa disposição é que a energia é depositada dentro do conjunto, e não em sua parte externa. Nada na superfície visível é aquecido de forma apreciável; assim, as faces estéticas permanecem intactas, e nenhuma energia mecânica é aplicada ao conjunto, razão pela qual o método serve para carcaças que contêm eletrônicos, sensores ou circuitos de fluidos que a soldagem ultrassônica ou por vibração perturbaria.
O que cada metade da junta precisa fazer
| Peça transmissiva | Peça absorvedora | |
|---|---|---|
| Requisito óptico | Deixar o feixe passar até a interface com perda mínima | Absorver o feixe na superfície ou muito perto dela |
| O que o compromete | Espessura de parede, teor de pigmento, carga de vidro, cristalinidade, linhas de solda moldadas | Carga de absorvedor insuficiente ou absorvedor disperso fundo demais |
| Abordagem habitual | Resina natural ou levemente pigmentada; polímeros amorfos transmitem melhor do que os semicristalinos | Negro de fumo ou um aditivo de dupla finalidade onde a cor importa |
| Descuido mais comum | Presumir que uma peça de aparência transparente transmite bem; a clareza visível e a transmissão no infravermelho próximo são propriedades diferentes | Presumir que a carga ajustada para o contraste da marcação também servirá para a solda |
As duas peças devem, normalmente, ser do mesmo polímero ou de polímeros de compatibilidade comprovada. Materiais dissimilares, com temperaturas de fusão e viscosidades diferentes, raramente produzem uma solda sólida, independentemente da disposição óptica.
Projeto da junta e ajuste entre as peças
Quando a absorção é adequada, a qualidade da solda passa a ser uma questão mecânica. É aqui que a maioria dos programas realmente tem sucesso ou fracassa:
- O contato íntimo é obrigatório. O material fundido precisa preencher a interface, e uma folga não lhe dá nada a que se ligar. Adicionar energia sobre uma folga queima o material em vez de soldá-lo.
- A tolerância de folga é mais restrita do que na soldagem ultrassônica ou por vibração. O empenamento das peças e a tolerância de moldagem devem ser controlados especificamente na junta, e não apenas nas dimensões gerais da peça.
- Projete uma junta de posicionamento. Um degrau, um macho-fêmea ou uma junta de cisalhamento posiciona as peças e concentra o material fundido onde se deseja, em vez de depender de faces planas que se encontrem perfeitamente.
- A fixação deve ser uniforme ao longo do trajeto da solda. Uma pressão desigual produz uma solda forte em alguns pontos e ausente em outros.
- A ferramenta de fixação fica no caminho do feixe. As placas de pressão de vidro ou acrílico devem ser mantidas limpas e sem riscos, porque seu estado altera diretamente a energia entregue.
- Mantenha o trajeto da solda afastado dos pontos de injeção e das linhas de solda moldadas na peça transmissiva, que espalham o feixe localmente e produzem um ponto fraco repetível.
Estratégias de soldagem
| Estratégia | Como funciona | Mais indicada para |
|---|---|---|
| Soldagem por contorno | O feixe percorre o trajeto da junta uma vez, fundindo progressivamente | Trajetos bidimensionais grandes ou complexos; flexível, com menor custo de ferramental |
| Quase simultânea | O feixe varre todo o trajeto repetidamente em alta velocidade, de modo que toda a junta funde de uma vez | Conjuntos que exigem colapso da junta e vedação hermética; tolera melhor pequenas folgas |
| Simultânea | Matrizes fixas de diodos ou uma fonte mascarada aquecem toda a junta de uma vez | Alto volume e geometria fixa; menor tempo de ciclo, maior custo de ferramental |
| Soldagem radial e por máscara | Exposição rotativa ou mascarada | Peças cilíndricas ou definição de detalhes muito fina |
Diagnóstico de defeitos de solda
| Sintoma | Causa provável | Correção |
|---|---|---|
| Solda fraca com carga de absorvedor correta | O ajuste entre as peças, e não a óptica | Verifique a pressão de fixação e a folga da junta antes de aumentar a potência. |
| A resistência varia ao longo da linha da junta | A transmissão varia ao longo da peça superior | Meça a transmissão ao longo do componente transmissivo; a espessura de parede e a dispersão do pigmento aparecem aqui. |
| Vazios ou queima na interface | Energia em excesso ou tempo de permanência longo demais em um ponto | Reduza a potência ou aumente a velocidade de deslocamento. Os vazios são gás de decomposição aprisionado. |
| Um ponto fraco repetível em um local | Marca de injeção ou linha de solda moldada espalhando o feixe | Mude o ponto de injeção de lugar ou desvie o trajeto da solda dessa característica. |
| As soldas se degradam ao longo de uma produção | O vidro de fixação sujando ou riscando | Limpe e inspecione a fixação periodicamente; ela é um componente óptico. |
| Passa no teste de montagem, mas vaza em serviço | Qualificada apenas pela resistência inicial | Inclua ciclagem térmica e exposição a produtos químicos na qualificação e examine o modo de falha, e não apenas a carga. |
| Não é possível soldar um conjunto de cor clara | O negro de fumo é o único absorvedor considerado | Especifique um aditivo de dupla finalidade ou absorvedor de infravermelho próximo que não seja visualmente preto. |
Termos e leituras relacionados
- Soldagem a laser de plásticos
- Aditivos a laser de dupla finalidade
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- Seleção de negro de fumo para soldagem por transmissão
Aplicação na produção
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Perguntas frequentes
Por que uma peça precisa transmitir e a outra absorver?
Para que o calor seja gerado na interface da junta, e não na parte externa do conjunto. O feixe atravessa o componente superior sem depositar energia apreciável, é absorvido na superfície do inferior, e o calor resultante funde as duas faces sob pressão de fixação. É isso que permite que superfícies estéticas e componentes internos sobrevivam a um processo que está soldando a poucos milímetros de distância.
Uma peça transparente necessariamente transmite bem o feixe?
Não, e essa suposição causa muito desenvolvimento desperdiçado. A clareza visível e a transmissão no infravermelho próximo são propriedades diferentes: uma peça pode parecer cristalina como água e ainda assim atenuar em 1064 nm, e um polímero semicristalino espalha o feixe por suas regiões cristalinas, independentemente de sua aparência. Meça a transmissão no comprimento de onda de trabalho, em vez de julgar a olho.
Por que a solda é fraca quando a carga de absorvedor está correta?
Geralmente por causa do ajuste entre as peças. As faces devem estar em contato íntimo sob pressão de fixação, porque o material fundido precisa preencher a interface; onde há uma folga, a energia extra queima o material em vez de fechá-la. A soldagem a laser tolera folgas pior do que a soldagem ultrassônica ou por vibração; portanto, a tolerância da junta e o empenamento das peças precisam ser controlados especificamente na solda.
Um conjunto soldado a laser precisa ser preto?
Não mais. O negro de fumo é o absorvedor tradicional e continua sendo o mais barato, razão pela qual tantos conjuntos soldados a laser são escuros, mas os aditivos de dupla finalidade e absorvedores de infravermelho próximo agora oferecem absorção sem serem visualmente pretos. Isso permite conjuntos soldados claros, coloridos e, em alguns sistemas, quase transparentes, a um custo maior de aditivo.
Qual estratégia de soldagem escolher?
A soldagem por contorno serve para trajetos grandes ou complexos com custo de ferramental modesto; a varredura quase simultânea funde toda a junta de uma vez, o que permite o colapso da junta e tolera melhor pequenas folgas, sendo a escolha usual para vedações herméticas; a soldagem simultânea oferece o menor ciclo para geometria fixa de alto volume, com o maior custo de ferramental. Normalmente, a tolerância de folga e o volume decidem.
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