Soldagem a Laser

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SOLDAGEM A LASER
FEVEREIRO 2017
 
Projeto de pesquisa sobre
SOLDAGEM A LASER
através de seu bombardeamento por um feixe de luz concentrada coerente e monocromática de alta intensidade, este feixe de alta intensidade é suficiente para fundir e vaporizar parte do material da junta no ponto de entrada do feixe no material, causando um furo (keyhole) que penetra profundamente no metal de base (ver figura 1). 
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Justificativa
A escolha do tema foi devido à soldagem a laser ser um processo muito utilizado na indústria e, por outro lado não ser muito conhecido na área como os processos convencionais de soldagem, tal fato deve - se ao alto custo do equipamento. Outra causa refere - se ao processo ser totalmente automatizado e usar a tecnologia do laser.
Outro motivo deve – se ao desenvolvimento tecnológico estar assumindo caráter acelerado e neste sentido, a soldagem a laser apresenta - se como um processo mais competitivo no mercado mundial.
através de seu bombardeamento por um feixe de luz concentrada coerente e monocromática de alta intensidade, este feixe de alta intensidade é suficiente para fundir e vaporizar parte do material da junta no ponto de entrada do feixe no material, causando um furo (keyhole) que penetra profundamente no metal de base (ver figura 1). 
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Problema de pesquisa
A soldagem a laser possui particularidades em relação aos outros processos convencionais de soldagem por fusão, e em função do suposto, questiona-se:
Quais são os parâmetros mais adequados e como identificar as necessidades de aplicação do processo de soldagem a laser?
através de seu bombardeamento por um feixe de luz concentrada coerente e monocromática de alta intensidade, este feixe de alta intensidade é suficiente para fundir e vaporizar parte do material da junta no ponto de entrada do feixe no material, causando um furo (keyhole) que penetra profundamente no metal de base (ver figura 1). 
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Objetivos
Geral
 O objetivo da pesquisa é apresentar os mecanismos da soldagem a laser, para indicar onde pode ser aplicado, orientar sobre os de tipos de aplicações e aplicabilidade da soldagem a laser destacando suas vantagens e desvantagens 
através de seu bombardeamento por um feixe de luz concentrada coerente e monocromática de alta intensidade, este feixe de alta intensidade é suficiente para fundir e vaporizar parte do material da junta no ponto de entrada do feixe no material, causando um furo (keyhole) que penetra profundamente no metal de base (ver figura 1). 
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Específicos
Verificar os parâmetros adequados para a utilização da soldagem a laser.
Analisar onde for cabível a aplicação deste processo.
Avaliar suas limitações em relação aos demais processos convencionais de soldagem por fusão. 
através de seu bombardeamento por um feixe de luz concentrada coerente e monocromática de alta intensidade, este feixe de alta intensidade é suficiente para fundir e vaporizar parte do material da junta no ponto de entrada do feixe no material, causando um furo (keyhole) que penetra profundamente no metal de base (ver figura 1). 
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Metodologia
A metodologia utilizada para o desenvolvimento deste projeto de pesquisa foi à pesquisa bibliográfica. Tal pesquisa foi desenvolvida através do conhecimento científico com base em fontes variadas, ou seja, de materiais já publicados sobre os conceitos tratados sobre a tecnologia de soldagem a laser. Foram usados livros técnicos, sites da internet e artigos de revistas de referências como a Welding Journal que aborda muitas publicações sobre o assunto.
através de seu bombardeamento por um feixe de luz concentrada coerente e monocromática de alta intensidade, este feixe de alta intensidade é suficiente para fundir e vaporizar parte do material da junta no ponto de entrada do feixe no material, causando um furo (keyhole) que penetra profundamente no metal de base (ver figura 1). 
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Através de pesquisa e consultas a materiais já elaborados mostra-se
através de seu bombardeamento por um feixe de luz concentrada coerente e monocromática de alta intensidade, este feixe de alta intensidade é suficiente para fundir e vaporizar parte do material da junta no ponto de entrada do feixe no material, causando um furo (keyhole) que penetra profundamente no metal de base (ver figura 1). 
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Introdução
O nome LASER é a abreviatura da descrição do processo em inglês: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Em uma tradução livre para o português podemos dizer que seria: Amplificação da luz através da emissão estimulada de radiação.
O primeiro LASER, um sólido de rubi, excitado por uma lâmpada fluorescente de vapor de mercúrio e filamento helicoidal, foi construído em 1960 por Maimann. Poucos meses depois os Laboratórios da AT&T Bell desenvolveram um laser gasoso de He-Ne, e somente alguns anos depois surgiria um LASER de CO2. 
através de seu bombardeamento por um feixe de luz concentrada coerente e monocromática de alta intensidade, este feixe de alta intensidade é suficiente para fundir e vaporizar parte do material da junta no ponto de entrada do feixe no material, causando um furo (keyhole) que penetra profundamente no metal de base (ver figura 1). 
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Equipamentos do Processo de LASER
Para que se possa utilizar a radiação de forma otimizada, necessita-se uma definição do comprimento de onda e uma direção de propagação do feixe. Basicamente, este é todo o esquema de funcionamento de um laser, ou seja, um dispositivo onde se tenha condições de produzir emissão estimulada e formas de direcionar e calibrar o feixe de fótons produzidos.
através de seu bombardeamento por um feixe de luz concentrada coerente e monocromática de alta intensidade, este feixe de alta intensidade é suficiente para fundir e vaporizar parte do material da junta no ponto de entrada do feixe no material, causando um furo (keyhole) que penetra profundamente no metal de base (ver figura 1). 
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Problemática envolvendo aplicações laser
Sistemas robotizados, ópticas flutuantes ou articuladas em braços de robôs, devem ser empregadas para guiar o raio laser, com sistemas de espelhos refletores. Fibras ópticas não podem ser usadas atualmente por laser de alta potência de dióxido de carbono.
As juntas para o raio laser devem ter tolerâncias muito estreitas. A focalização do raio tem que ser normal à superfície e a posição da distância focal deve ser exata e durante todo o tempo deve ser mantida. Isto necessita um sistema de sensores de alta performance e em alguns casos também um sistema de sensoriamento por contato.
através de seu bombardeamento por um feixe de luz concentrada coerente e monocromática de alta intensidade, este feixe de alta intensidade é suficiente para fundir e vaporizar parte do material da junta no ponto de entrada do feixe no material, causando um furo (keyhole) que penetra profundamente no metal de base (ver figura 1). 
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O alto nível de automação requer produção em larga escala. É necessária mão-de-obra especializada.
O alto custo do sistema de laser (está decaindo lentamente a razão de 7% ao ano) requer uma cuidadosa análise econômica, para os benefícios das aplicações oferecidas.
A tecnologia enfrenta problemas de expansão devido ao alto investimento inicial comparado a processos convencionais, além disso, os sistemas lasers são vistos como complexos e caros para se comprar e fazer a manutenção.
Problemática envolvendo aplicações laser
através de seu bombardeamento por um feixe de luz concentrada coerente e monocromática de alta intensidade,este feixe de alta intensidade é suficiente para fundir e vaporizar parte do material da junta no ponto de entrada do feixe no material, causando um furo (keyhole) que penetra profundamente no metal de base (ver figura 1). 
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A soldagem a laser (Laser Beam Welding “LBW”) é um processo de união baseado na fusão localizada da junta
Figura 1 – Elementos de um sistema típico para soldagem a laser
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através de seu bombardeamento por um feixe de luz concentrada coerente e monocromática de alta intensidade, este feixe de alta intensidade é suficiente para fundir e vaporizar parte do material da junta no ponto de entrada do feixe no material, causando um furo (keyhole) que penetra profundamente no metal de base (ver figura 1). 
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Quando o feixe de laser toca a superfície de metal, a energia concentrada aquece rapidamente a área atingida, fundindo e vaporizando metal. 
CORDÃO DE SOLDA LASER
A pressão resultante acaba perfurando a superfície formando uma cavidade ou núcleo, cheio de vapor superaquecido em seu interior e cercado de material fundido. Deslocando-se a cavidade ou núcleo ao longo da superfície forma-se o cordão de solda a laser. Os cordões de solda resultante são de aproximadamente 1,2 a 1,5 mm de largura. As variações de temperaturas em áreas pequenas e concentradas provocam a formação de um cordão estreito e delgado com uma zona termicamente afetada pequena. A brevidade desse processo associado à velocidades de resfriamento muito elevadas, resulta em uma região soldada com características mecânicas, como dureza e resistência à tensão, próximas aos metais base antes da soldagem. Para proteger a zona de fusão é necessário utilizar um gás inerte (argônio, hélio ou nitrogênio), para evitar problemas de qualidade do cordão de solda.
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Exemplos de aplicação de solda a laser
Figura 5 - Estação de solda laser para junção de Teto e Lateral.
A solda a laser pode ser um grande aliado na redução de massa na carroceria, especialmente na estrutura ou no como é conhecida Body in White (BIW), pois existe a tendência da redução de massa dos veículos para aumentar a autonomia e melhorar o consumo de combustível.
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Comparação do processo de soldagem Nd:YAG x CO2
Nd:YAG
Custo Alto comparado ao laser CO2
Tecnologia escassa no brasil 
 (Só importados)
CO2
Custo mais baixo
Tecnologia mais difundida no brasil
Custo de energia mais baixo
Sempre devemos levar em consideração a necessidade da aplicação 
Conseguimos potencias de feixes que chegam a 5 kW para Nd:YAG, e lasers de CO2 com potencias iguais ou maiores que 15 kW, e uma velocidade de soldagem de mais de 65 mm/s para ambos. O laser de Nd:YAG possui vantagem na soldagem de chapas finas porque conseguimos uma melhor flexibilização de movimentos em sua aplicação devido ao uso de fibras ópticas, e também pelo seu custo mais barato em relação ao laser de CO2. A aplicação em solda Nd:YAG para esse tipo de laser consegue uma profundidade de penetração que varia de 2 a 6 mm, e o laser de CO2 consegue uma profundidade de penetração por volta de 15 mm, dependendo da potência adotada. No fator absorção de energia laser pelo metal base, o Nd:YAG é 3,16 vezes maior que o laser de CO2, isso quer dizer que o Nd:YAG possui um aproveitamento melhor do feixe de laser na soldagem.
Devido às vantagens acima podemos entender o interesse das indústrias automobilísticas no uso do laser Nd:YAG, principalmente para sua aplicação de
construções de carrocerias em larga escala. Porém o laser de CO2 ainda possui uma grande fatia do mercado dessa tecnologia, principalmente onde grandes profundidades são exigidas na soldagem. Sendo assim não podemos dizer se algum dia um deles deixará de ser usado, ou se continuarão coexistindo juntos no mercado
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Processo de soldagem
Soldagem produz juntas muito estreitas com uma alta razão de penetração / largura do cordão e
Produz uma ZAC muito mais estreita se comparada com outros processos tradicionais de soldagem
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Referências
Soldagem, Coleção Senai, 1ª edição, 1997.
AWS Welding Handbooks Part. 03, 9ª edição
http://www.infosolda.com.br/
 http://www.twi-global.com
Welding Journal, Março de 2016, pgs 
Welding Journal, Abril de 2015. 
Welding Journal, Janeiro de 2013.
 Welding Journal, Fevereiro de 2013.
 Welding Journal, Janeiro de 2003.
Welding Journal, Agosto de 2006.
Welding Journal, Janeiro de 2007.
Welding Journal, Maio de 2007.
Welding Journal, Outubro de 2007.
Welding Journal, Março de 2009.
através de seu bombardeamento por um feixe de luz concentrada coerente e monocromática de alta intensidade, este feixe de alta intensidade é suficiente para fundir e vaporizar parte do material da junta no ponto de entrada do feixe no material, causando um furo (keyhole) que penetra profundamente no metal de base (ver figura 1). 
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