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Área de Inovação e Tecnologia - Artigo
	
	
	
	
	Área de Inovação e Tecnologia - Artigo
	
	
	
	
	PROCESSO DE SOLDAGEM HÍBRIDA LASER-GMAW
	Valdevino Misael Fabro Alves.
	Cursando Engenharia Mecânica. Faculdade da Serra Gaúcha (FSG). misaelfabro@hotmail.com.br.
	Professor Avaliador
Ma. Eng.: Leticia Reinheimer. 
	
	Resumo
Neste artigo, foi apresentado uma visão geral do processo híbrido de soldagem a laser-GMAW, com uma breve revisão do fenômeno fundamental ocorrendo quando o processo de solda laser interage na mesma massa fundida com o Processo de solda arco MIG/MAG. Isto é seguido pela caracterização dos parâmetros de processo que regem a soldagem híbrida. Ainda uma descrição dos benefícios e desvantagens do processo é apresentado, incluindo parâmetros sobre a capacidade de solda, mudanças no sentido de soldagem, penetração do material, velocidade e solda e a qualidade geral da solda. Seguida por alguns exemplos de aplicações industriais. E finalmente, o trabalho busca o necessário para entender e compreender o processo a fim de utilizar seus benefícios com mais eficiência no futuro.
	Palavras-chave: 
Soldagem. Solda Laser- GMAW. Processo HLAW.
. Solda híbrida. 
	
	
1. INTRODUÇÃO
	Na última década, com o avanço tecnológico e o desenvolvimento da indústria a busca por inovações para diminuir custos e aumentar a produtividade é crescente, com isso novos materiais e combinações destes visam diminuir o peso e aumentar resistência de peças e estruturas metálicas aplicando novos aços de alta resistência, assim como novas ligas à base de Alumínio (Al) e Titânio (Ti). Como consequência, existe o problema de fornecer novas características exigidas de soldas, além de alta produtividade e eficiência dos processos de solda, sendo que métodos alternativos podem ser utilizados como um diferencial em determinados casos. Neste contexto destaca-se a soldagem híbrida laser-GMAW ou HLAW (Hybrid Laser Arc Welding), com a combinação de duas fontes de calor (o feixe laser e o arco elétrico), aliando as vantagens de cada processo isoladamente e contornando suas deficiências (ZHIYONG, 2013) onde os processos agem simultaneamente na zona de soldagem.
	A soldagem híbrida laser-GMAW é conhecida desde a década de setenta (STEEN, 1978), no entanto este processo foi retomado recentemente, inicialmente as fontes do raio laser tinham problemas na adequação para uso industrial, assim como um alto investimento e custos operacionais para o equipamento. Resolvido as complicações e com custos acessíveis, estes equipamentos complementam a tecnologia convencional utilizada na indústria atualmente. Os benefícios da soldagem a laser híbrida são diversos incluindo a melhoria da estabilidade, eficiência, qualidade e consumo de energia reduzido. O Laser atual é um misto de alta densidade de energia com um arco de boa tolerância de abertura que forma um método eficiente de soldagem (CHEN, XU, XIN, ZHAO, WU, ZHANG. 2017).
	Devido ao seu grande interesse industrial, este artigo tem como objetivo principal descrever o processo de soldagem híbrida laser-GMAW de forma a ampliar o conhecimento existente e suas possibilidades, ainda pouco conhecidas no meio industrial, assim como a complexidade de operação, sincronização e suas variáveis.
2. REFERENCIAL TEÓRICO
	A soldagem híbrida laser-GMAW se baseia na combinação de duas fontes de calor (laser e arco elétrico) sobre uma única poça de fusão, associando vantagens de ambas as técnicas e resultando em um processo com bom controle geométrico e químico do cordão, além de alta produtividade (PETRING, D. 2013). Basicamente, a soldagem híbrida laser-GMAW busca maximizar as vantagens e reduzir as desvantagens que apresentam individualmente cada processo de soldagem, pois nesta configuração, um arco de soldagem e um raio laser convergem em uma única base fundida. Algumas das desvantagens dos processos isolados podem ser solucionadas, como a falta de adição de material do laser e a baixa penetração de soldagem a arco. Diversas combinações são viáveis, por exemplo: laser de fibra de CO2, Nd: YAG ou Yb com soldagem a arco de plasma (PAW), soldagem de gás inerte de tungstênio (TIG / GTAW) ou soldagem de gás ativo (MAG / GMAW), embora o laser combinado com MAG é o mais amplamente aplicado (MAWELLA, 2005).
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2.1. Descrições do Processo de Soldagem Híbrida Laser-GMAW
	Ainda que a soldagem híbrida a laser proporcione vantagens em comparação com as soldas convencionais a laser e a arco, a combinação dos dois processos por consequência aumenta a quantidade de parâmetros a serem controlados. Assim como um certo valor de parâmetro que é padrão para o processo isolado, possivelmente não é referência para uma soldagem bem sucedida no processo híbrido, pois os parâmetros induzem consideravelmente uns aos outros. Com isso justifica-se a importância de um estudo preciso de todos os parâmetros é imprescindível para a estabilidade e reproduzir o processo de soldagem. A Figura 2.1.1 mostra o princípio da soldagem híbrida laser-GMAW, onde o raio laser mostrado coloca calor adicional no metal de solda juntamente com o arco, combinando ambos os processos de soldagem em uma única zona de fusão (STAUFER, RHRNL, MIESSBACHER. 2006).
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Figura.2.1.1: Representação esquemática: soldagem híbrida laser-GMAW. Fonte: Staufer, Rhrnl, Miessbacher, ( 2006).
	Em comparação com os processos individuais, conforme a profundidade de soldagem e a velocidade de soldagem são aumentadas o vapor de metal resultante da fusão na cavidade reage no plasma do arco, a absorção da radiação do laser no plasma ativo permanece insignificantemente baixa. Dependendo da proporção e o arranjo das duas fontes pode-se dividir o processo da soldagem híbrida laser-GMAW em: arc leading (orientado pelo arco), onde o arco é seguido pelo laser (Figura 2.1.2-a) e laser leading (orientado pelo laser) a configuração onde o laser é colocado na frente do arco elétrico (Figura 2.1.2-b) (CASALINO, 2010). A escolha entre as configurações arc leading e laser leading, bem como a distância entre as duas fontes de calor, estão entre as variáveis que mais influenciam as características do processo (KAH, SALMINEN, MARTIKAINEN. 2010).
Figura 2.1.2: Configurações do processo soldagem hibrida: (a) arc leading; (b) laser leading Fonte: Kah, Salminen e Martikainen. 2010.
	Diversos parâmetros influenciam no processo, tanto a penetração quanto na geometria das soldas pode-se relacionar o comprimento de onda, potência e diâmetro do feixe, ângulo de inclinação do feixe, distância da peça ao foco do feixe (localização do ponto focal), velocidade de soldagem, tipo e fluxo dos gases de proteção, entre outros (KATAYAMA, KAWAHITO, MIZUTANI. 2010). Conforme a Figura 2.1.3 a geometria do cordão de solda da soldagem híbrida laser-GMAW comparada a característica de penetração do laser e MIG, mostra a concavidade no cordão de solda laser, enquanto no cordão da solda MIG há um reforço de solda extremo e uma alta largura de solda. Para obter a mesma penetração com o processo de soldagem híbrida laser-GMAW, é necessária metade da velocidade de alimentação do fio, assim, 5.5m / min ao invés dos 11m / min que seriam necessários para o processo MIG (STAUFER, RHRNL, MIESSBACHER. 2006). Analisando o cordão de solda híbrida na Figura 2.1.3, observa-se o reforço de solda alcançado com a mesma profundidade de penetração.
Figura 2.1.3: Comparação entre a geometria da costura dos cordões de solda. Fonte: Staufer, Rhrnl, Miessbacher. 2006.
2.2. Vantagens e Aplicações Industriais do Processo de Soldagem Híbrida Laser-GMAW
	Segundo Nielsen (2011) as vantagens da utilização do processo de soldagem híbrida são: aumento na penetração do cordão, aumento na velocidade de soldagem, redução nas taxas de calor (com uma estreita zona afetada pelo calor) e melhor energia acoplada ao sistema. Os processos híbridos são interessantes, principalmente, em casos emque há limitações nas tolerâncias de determinado projeto ou produto, sendo que as mesmas não podem ser cumpridas utilizando-se apenas um processo (NIELSEN, 2011). Da mesma forma que o processo apresenta vantagens, o mesmo possui algumas desvantagens e limitações. Além do elevado custo de operação, o processo é complexo e com mais variáveis quando comparado a processos individuais, possuindo parâmetros adicionais como a distância e ângulo entre as tochas dos dois diferentes tipos de soldagem, a relação entre as potências e a influência que os parâmetros podem apresentar entre si (NIELSEN, 2011).
	A soldagem híbrida laser-GMAW propicia vantagens em relação a cada um dos processos de forma particular. Em comparação à soldagem laser, proporciona melhor preenchimento de junta, maiores tolerâncias na preparação das juntas e melhor controle de ciclos térmicos e composição química do cordão de solda. Quando confrontada com a soldagem GMAW, favorece maiores velocidades de soldagem, menor aporte térmico, baixos níveis de distorções, menores dimensões da ZTA (no processo híbrido a ZTA apresenta dimensões intermediárias aos processos individualmente) e penetração suficiente para possibilitar a soldagem em único passe (PETRING, 2010). 
	Ao longo dos últimos anos, o processo de soldagem híbrida laser-GMAW entrou em aplicações industriais. De um ponto de vista econômico, o processo híbrido permite reduzir a potência do laser, se comparado a laser ou soldagem a arco, assegurando ao mesmo tempo alta produtividade e baixo custo de soldagem. No entanto, um sistema de soldagem híbrido exige elevados custos de investimento, por isso hoje é adotado nos campos industriais focada em tempos de fabricação curtas e baixos custos de produção, alta produtividade e alta performances. 
	A técnica de soldagem a laser-MIG é hoje usada por muitas indústrias de automóveis (STAUFER, 2005). O processo de soldagem laser híbrida é de grande interesse também para indústrias de construção naval em todo o mundo (JASNAU, 2002). Pois problemas com os padrões esperados da indústria naval, vários procedimentos foram desenvolvidos para laser-MAG soldagem híbrida de articulações que revestem a superfície do aço para evitar a corrosão (LEE, CHANG, KWEON, LEE. 2005), outras aplicações possíveis de processos híbridos são relacionados com a indústria de transporte ferroviário, pontes plantas de fabricação e químicas. Muitas investigações foram realizadas acerca da soldabilidade de materiais, tais como os aços inoxidáveis supermartensítico (WALZ, 2001) e ligas à base de Al e Ti, sobre a eficácia de redução de custos oferecidos a partir de técnicas híbridas (REUTZEL, 2006). Atualmente, o desafio é desenvolver técnicas de soldagem que originem um menor número de passagens, menos tempo de soldagem e menor distorção respeitando as exigências.
3. METODOLOGIA
	A metodologia utilizada para o desenvolvimento deste trabalho foi de pesquisa bibliográfica, sendo que grande parte do material obtido foi teórico e baseado em pesquisas em artigos técnicos e relatórios, nos quais foram coletados os dados essenciais para a melhor compreensão do assunto, dentre outras revisões da literatura.
	De acordo com NORONHA e FERREIRA (2000) as revisões da literatura apresentam-se como uma atividade importante para identificar, conhecer e acompanhar o desenvolvimento da pesquisa em determinada área do conhecimento. Assim como GIL (1996) descreve que além de permitir a cobertura de uma gama de fenômenos geralmente mais ampla do que aquela que poderia ser pesquisada diretamente. Desta forma, foram seguidas as características gerais de uma pesquisa bibliográfica.
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS
	As técnicas de soldagem híbrida laser-GMAW, envolvem tecnologias de alta produtividade, com a velocidade de solda, alta capacidade, baixa carga térmica, soldas de alta espessura, acabamento de solda com qualidade e diminuição dos custos de produção entre outras vantagens. No entanto, a combinação dos dois processos é um desafio devido ao aumento da complexidade e a configuração relativa de alguns parâmetros do processo, a interação entre duas fontes de soldagem diferentes precisa ainda de uma profunda compreensão para o controle do processo. Porém devido ao crescimento pelo interesse das industrias com a potencialidade da soldagem híbrida em melhorar a qualidade da solda, taxa de produção e redução de custos, uma série pesquisas sobre a soldagem a laser-arco híbrido tem sido apresentada focando na melhoria de suas capacidades.
	Pode-se concluir que o processo de soldagem híbrida laser-GMAW, apesar de ser pouco conhecido e desenvolvido, possui alto potencial para o uso na produção industrial. Aprimorando e ajustando suas vantagens de soldagem, reproduzindo na geometria do cordão de solda um único processo de alta penetração do laser e deposição do metal de adição do GMAW, com isso resultando uma alta produtividade.
5 REFERÊNCIAS
	
	CASALINO, G.; DAL MaASO, U.; ANGELASTRO, A.; CAMPANELLI, S.L. Hybrid laser welding: A review. DAAAM Int. Sci. Book 2010
	CHEN, M.; XU, J.; XIN, L.; ZHAO, Z.; WU, F.; MA, S.; ZHANG, Y. Effect of keyhole characteristics on porosity formation during pulsed laser-GTA hybrid welding of AZ31B magnesium alloy. Opt. Lasers Eng. 2017.
	GIL, Antônio C. Como elaborar projetos de pesquisa. 3. ed. São Paulo: Atlas, 1996 
	JASNAU, 	LEE, M.; CHANG, W.; KWEON, Y.; LEE, D. (2005). Laser-MIG soldabilidade híbrido de aço de alta resistência para indústria automóvel. Miami (FL), EUA, 2005.
	KAH, P.; SALMINEN, A.; MARTIKAINEN, J. The Effect of Relative Location of Laser Beam with Arc in Different Hybrid Welding Processes. Mechanika, v. 83, 2010.	
	KATAYAMA, S.; KAWAHITO, Y.; MIZUTANI, M. Elucidation of Laser Welding Phenomena and Factors Affecting Weld Penetration and Welding Defects. Physics Procedia, v. 5, 2010.
	LEE, M.; CHANG, W., KWEON, Y., LEE, D.(2005). Laser-MIG hybrid weldability of high strength steel for car industry, Laser Materials Processing, Nov. 2005.
	LIU, L.; LI, C.; SHI, J. Analysis of energy utilisation efficiency in laser-GTA hybrid welding process. Sci.Technol. Weld. Join. 2014.
	L.; HOFFMANN, J.; SEYFFART, P. (2002). Nd: YAG laser - híbrido arco de metal de gás solda: uma oportunidade para o uso das vantagens da tecnologia laser e flexível automação na construção naval e construção em aço, papel. Xangai, 2002.
	MAWELLA. J. Development and Evaluation of CO2 Laser-MAG Hybrid Welding for DH36 Shipbuilding Steel. Halifax (Nova Scotia, Canada). 2005.
	NORONHA, Daisy Pires; FERREIRA, Sueli Mara S. P. Fontes de informação para pesquisadores e profissionais. Belo Horizonte: UFMG, 2000.
	NIELSEN, S. E. Hybrid welding of thick section mild steel. FORCE Institute, Brøndby, Denmark. 2011.
	PETRING, D. Developments in Hybridisation and Combined Laser Beam Welding Technologies. In: KATAYAMA, S. Handbook of Laser Welding Technologies. Cambridge: Woodhead Publishing Limited, 2013. 
	PETRING, D. Enhancing Laser Welding Capabilities by Hybridisation or Combination with Other Processes. Cambridge: Woodhead Publishing Limited, 2010.
	REUTZEL, EW; SULLIVAN, MJ, Mikesic, DA. (2006). Juntando tubo com o híbrido Laser GMAW Processo: Resultados do teste Weld e Análise de Custo, Soldagem Jornal, 2006.
	STAUFER, H. (2005). LaserHybrid Soldagem e LaserBrazing: Estado da Arte em Tecnologia e Prática pelos Exemplos do Audi A8 e VW-Phaeton, Proceedings. (2005).
	STAUFER, H.; RHRNL, M.; MIESSBACHER, G.: LaserHybrid Welding and LaserBrazing: State of the Art in Technology and Practice by the Examples of the Audi A8 and VW-Phaeton. Fronius International GmbH, Wels – Austria. 2006.
	STEEN. Arc-Augmented Laser Welding. 4th Int. Conf. on Advances in Welding Processes, Paper. (1978). 
	WALZ, C.; STIEBE, I.; El RAYES, M.; SEFELD, T. (2001). Híbrido Soldagem de aço para aplicações offshore, Proceedings of the Eleventh (2001) Internacional Offshore e Polar Engenharia Conferência Stavanger , 17-22 junho, Noruega de 2001.		
	ZHIYONG, L.: Coupling of Laser with PlasmaArc to Facilitate Hybrid Welding of Metallic Materials, 2013.