01 Soldagem híbrida laser-arco em chapas grossas
A soldagem de chapas grossas (espessura ≥ 20 mm) desempenha um papel fundamental na fabricação de equipamentos de grande porte em áreas importantes como aeroespacial, navegação e construção naval, transporte ferroviário, etc. Esses componentes geralmente são caracterizados por grande espessura, formas de juntas complexas e ambientes de serviço complexos. A qualidade da soldagem tem um impacto direto no desempenho e na vida útil do equipamento. Devido à baixa velocidade de soldagem e aos sérios problemas de respingos, o método tradicional de soldagem com proteção gasosa enfrenta desafios como baixa eficiência de soldagem, alto consumo de energia e grande tensão residual, dificultando o atendimento às crescentes exigências de fabricação. No entanto, a tecnologia de soldagem híbrida laser-arco difere da tecnologia de soldagem tradicional. Ela combina com sucesso as vantagens da soldagem híbrida laser-arco e da soldagem híbrida a laser-arco.soldagem a laserA soldagem a arco e por arco elétrico apresenta características como grande profundidade de penetração, alta velocidade de soldagem, alta eficiência e melhor qualidade de solda, conforme ilustrado na Figura 1. Portanto, essa tecnologia tem atraído grande atenção e começado a ser aplicada em algumas áreas-chave.
Figura 1. Princípio da soldagem híbrida laser-arco.
02Pesquisa sobre soldagem híbrida laser-arco de chapas grossas
O Instituto Norueguês de Tecnologia Industrial e a Universidade de Tecnologia de Lule, na Suécia, estudaram a uniformidade estrutural de juntas soldadas compostas com potência de 15 kW para aço de baixa liga e alta resistência micro-ligado com 45 mm de espessura. A Universidade de Osaka e o Instituto Central de Pesquisa Metalúrgica do Egito utilizaram um laser de fibra de 20 kW para pesquisar o processo de soldagem híbrida laser-arco em passe único de chapas grossas (25 mm), utilizando um revestimento inferior para solucionar o problema da protuberância na base. A empresa dinamarquesa Force Technology utilizou dois lasers de disco de 16 kW em série para pesquisar a soldagem híbrida de chapas de aço de 40 mm de espessura a 32 kW, indicando que a soldagem laser-arco de alta potência tem potencial para ser utilizada na soldagem da base de torres de energia eólica offshore, conforme ilustrado na Figura 2. A Harbin Welding Co., Ltd. foi a primeira empresa no país a dominar a tecnologia central e a tecnologia de integração de equipamentos para soldagem híbrida a arco com eletrodo de fusão a laser sólido de alta potência. É a primeira vez que se aplica com sucesso a tecnologia e o equipamento de soldagem híbrida a laser sólido de alta potência e eletrodo de fusão de fio duplo em equipamentos de ponta na indústria manufatureira do meu país.
Figura 2. Diagrama de layout da instalação do laser
De acordo com o estado atual da pesquisa sobre soldagem híbrida laser-arco de chapas grossas, tanto nacional quanto internacionalmente, observa-se que a combinação do método de soldagem híbrida laser-arco com chanfro em fenda estreita permite a soldagem de chapas grossas. Quando a potência do laser aumenta para mais de 10.000 watts, sob a irradiação de laser de alta energia, o comportamento de vaporização do material, o processo de interação entre o laser e o plasma, o estado de estabilidade do fluxo da poça de fusão, o mecanismo de transferência de calor e o comportamento metalúrgico da solda sofrem alterações em diferentes graus. À medida que a potência aumenta para mais de 10.000 watts, o aumento da densidade de potência intensifica o grau de vaporização na área próxima ao furo estreito, e a força de recuo afeta diretamente a estabilidade do furo e o fluxo da poça de fusão, impactando, assim, o processo de soldagem. Essas alterações têm um impacto significativo na implementação do laser e em seus processos de soldagem combinada. Esses fenômenos característicos no processo de soldagem refletem, direta ou indiretamente, a estabilidade do processo até certo ponto, podendo inclusive determinar a qualidade da solda. O efeito de acoplamento das duas fontes de calor, laser e arco, permite que ambas explorem ao máximo suas características individuais, obtendo-se melhores resultados de soldagem do que a soldagem a laser ou a soldagem a arco isoladamente. Comparado ao método de soldagem autógena a laser, este método apresenta as vantagens de forte adaptabilidade à folga e grande espessura soldável. Comparado ao método de soldagem a laser com preenchimento de arame em folga estreita para chapas grossas, apresenta as vantagens de alta eficiência de fusão do arame e bom efeito de fusão da junta. Além disso, a atração do laser pelo arco aumenta a estabilidade do arco, tornando a soldagem híbrida laser-arco mais rápida do que a soldagem a arco tradicional.soldagem a laser com arame de enchimento, com eficiência de soldagem relativamente alta.
03 Aplicação de soldagem híbrida laser-arco de alta potência
A tecnologia de soldagem híbrida laser-arco de alta potência é amplamente utilizada na indústria naval. O estaleiro Meyer, na Alemanha, instalou uma linha de produção de soldagem híbrida laser-arco de CO2 de 12 kW para soldar chapas planas e reforços do casco, permitindo a formação de soldas de filete de 20 m de comprimento em uma única operação e reduzindo o grau de deformação em 2/3. A GE desenvolveu um sistema de soldagem híbrida laser-arco de fibra com potência máxima de saída de 20 kW para soldar o porta-aviões USS Saratoga, economizando 800 toneladas de metal de solda e reduzindo as horas de trabalho em 80%, conforme mostrado na Figura 3. O CSSC 725 adota um sistema de soldagem híbrida laser-arco de alta potência com laser de fibra de 20 kW, que pode reduzir a deformação da soldagem em 60% e aumentar a eficiência da soldagem em 300%. O estaleiro Shanghai Waigaoqiao utiliza um sistema de soldagem híbrida laser-arco de alta potência com laser de fibra de 16 kW. A linha de produção adota uma nova tecnologia de processo de soldagem híbrida a laser + soldagem MAG para realizar soldagem unilateral em passe único e conformação bilateral de chapas de aço de 4 a 25 mm de espessura. A tecnologia de soldagem híbrida a laser-arco de alta potência é amplamente utilizada em veículos blindados. Suas características de soldagem são: soldagem de estruturas metálicas complexas de grande espessura, baixo custo e alta eficiência de fabricação.
Figura 3. Porta-aviões USS Sara Toga
A tecnologia de soldagem híbrida laser-arco de alta potência foi inicialmente aplicada em alguns setores industriais e se tornará um meio importante para a fabricação eficiente de grandes estruturas com espessuras de parede médias e grandes. Atualmente, há uma lacuna na pesquisa sobre o mecanismo da soldagem híbrida laser-arco de alta potência, que precisa ser aprofundada, como a interação entre o fotoplasma e o arco e a interação entre o arco e a poça de fusão. Ainda existem muitos problemas não resolvidos no processo de soldagem híbrida laser-arco de alta potência, como a estreita janela de processo, as propriedades mecânicas desiguais da estrutura da solda e o complexo controle de qualidade da soldagem. À medida que a potência de saída dos lasers de grau industrial aumenta gradualmente, a tecnologia de soldagem híbrida laser-arco de alta potência se desenvolverá rapidamente e uma variedade de novas tecnologias de soldagem híbrida a laser continuará a surgir. Localização, escalabilidade e inteligência serão tendências importantes no desenvolvimento de equipamentos de soldagem a laser de alta potência no futuro.
Data da publicação: 24/04/2024
