Métodos de Soldagem para Micro e Pequenas Peças: A soldagem a laser é um método eficiente e preciso que utiliza um feixe de laser de alta densidade energética como fonte de calor. É uma das importantes aplicações da tecnologia de processamento de materiais a laser. Na década de 1970, era utilizada principalmente para soldagem de materiais de paredes finas e soldagem em baixa velocidade, sendo o processo de soldagem classificado como de condução térmica. Especificamente, a radiação laser aquece a superfície da peça de trabalho, e o calor superficial se difunde para o interior por condução térmica. Controlando parâmetros como largura, energia, potência de pico e frequência de repetição dos pulsos de laser, a peça de trabalho é fundida, formando uma poça de fusão específica. Devido às suas vantagens exclusivas, tem sido aplicada com sucesso em diversas aplicações.Soldagem de precisão de peças micro e pequenas.A tecnologia de soldagem a laser da China está entre as mais avançadas do mundo. Possui tecnologia e capacidade para moldar componentes complexos de liga de titânio com mais de 12 metros quadrados utilizando laser, e tem sido aplicada na fabricação de protótipos e produtos de diversos projetos de pesquisa aeronáutica nacionais. Em outubro de 2013, um especialista chinês em soldagem recebeu o Prêmio Brook, a mais alta premiação acadêmica na área de soldagem, o que confirmou o nível de excelência mundial da China em soldagem a laser.
## Histórico de Desenvolvimento O primeiro feixe de laser do mundo foi gerado em 1960 pela excitação de cristais de rubi com uma lâmpada de flash. Limitado pela capacidade térmica do cristal, ele só conseguia produzir feixes pulsados muito curtos e de baixa frequência. Embora a energia de pico do pulso instantâneo pudesse atingir até 10^6 watts, ainda era considerada de baixa energia. Uma barra de cristal de granada de ítrio-alumínio dopada com neodímio (Nd:YAG), com neodímio (Nd) como elemento de excitação, pode gerar um feixe de laser contínuo de comprimento de onda único com potência de 1 a 8 kW. O laser YAG, com comprimento de onda de 1,06 μm, pode ser conectado à cabeça de processamento a laser por meio de uma fibra óptica flexível, apresentando um layout de equipamento flexível e sendo adequado para soldagem de peças com espessura de 0,5 a 6 mm. O laser de CO₂, utilizando dióxido de carbono como excitante (com um comprimento de onda de 10,6 μm), pode atingir uma energia de saída de até 25 kW e realizar soldagem de penetração total em uma única passada em chapas de 2 mm de espessura. Ele tem sido amplamente utilizado no processamento de metais no setor industrial. Em meados da década de 1980, a soldagem a laser, como uma nova tecnologia, atraiu grande atenção na Europa, nos Estados Unidos e no Japão. Em 1985, a ThyssenKrupp Steel AG (Alemanha) e a Volkswagen AG (Alemanha) colaboraram para adotar com sucesso a primeira chapa soldada a laser do mundo na carroceria do Audi 100. Na década de 1990, as principais montadoras de automóveis da Europa, América do Norte e Japão começaram a utilizar amplamente a tecnologia de chapas soldadas a laser na fabricação de carrocerias. A experiência prática, tanto em laboratórios quanto em montadoras, comprovou que as chapas soldadas a laser podem ser aplicadas com sucesso na produção de carrocerias. A soldagem a laser sob medida utiliza energia laser para unir e soldar automaticamente diversos aços, aços inoxidáveis, ligas de alumínio, etc., com diferentes materiais, espessuras e revestimentos, formando uma placa, perfil ou painel sanduíche integrado. Isso atende aos diferentes requisitos de desempenho dos materiais dos componentes e permite a obtenção de equipamentos leves, com estrutura otimizada e o melhor desempenho. Em países desenvolvidos, como os da Europa e os Estados Unidos,soldagem a laser sob medidaA soldagem a laser não é utilizada apenas na indústria de fabricação de equipamentos de transporte, mas também é amplamente aplicada em áreas como construção civil, pontes, soldagem de chapas para eletrodomésticos e soldagem de chapas de aço em linhas de laminação (conexão de chapas em laminação contínua). Empresas de renome mundial em soldagem a laser incluem a Soudonic (Suíça), o Grupo ArcelorMittal (França), a ThyssenKrupp TWB (Alemanha), a Servo-Robot (Canadá) e a Precitec (Alemanha). A aplicação da tecnologia de soldagem a laser de chapas na China está apenas começando. Em 25 de outubro de 2002, a primeira linha de produção comercial profissional de chapas soldadas a laser da China entrou oficialmente em operação. Ela foi introduzida pela Wuhan ThyssenKrupp Zhongren Laser Tailor Welding, da ThyssenKrupp TWB (Alemanha). Posteriormente, a Shanghai Baosteel Arcelor Laser Tailor Welding Co., Ltd., a FAW Baoyou Laser Tailor Welding Co., Ltd. e outras empresas também iniciaram a produção com essa tecnologia. Em 2003, países estrangeiros concretizaram a soldagem a laser de CO₂ com feixe duplo e arame de enchimento.Soldagem com fio de enchimento a laser YAGpara a estrutura do painel da parede inferior em liga de alumínio do A318. Essa tecnologia substituiu a estrutura rebitada tradicional, reduzindo o peso da fuselagem da aeronave em 20% e economizando 20% do custo. Gong Shuili acreditava que a tecnologia de soldagem a laser desempenharia um papel significativo na transformação e modernização da indústria tradicional de fabricação de aeronaves da China. Ele imediatamente solicitou financiamento para diversos projetos de pesquisa preliminar, organizou uma equipe de pesquisa e liderou a introdução da tecnologia de “soldagem a laser de feixe duplo” em projetos de pesquisa na China. Desde o início, ele planejou aplicar essa tecnologia à fabricação de aeronaves. A equipe de especialistas chineses apresentou a tecnologia preliminar a um instituto de projeto de aeronaves e promoveu as vantagens e a viabilidade da soldagem a laser de feixe duplo. Após múltiplas verificações e avaliações, o instituto de projeto decidiu aplicar essa tecnologia à fabricação de painéis de parede com nervuras para uma determinada aeronave, atingindo o objetivo inicial de aplicar a tecnologia de “soldagem a laser de feixe duplo” à fabricação de aeronaves. A empresa revolucionou tecnologias-chave, como o controle preciso do arame de solda a laser para ligas leves, desenvolveu um dispositivo de soldagem híbrido a laser com feixe duplo integrado e inovador, estabeleceu a primeira plataforma de soldagem a laser com feixe duplo de alta potência da China, realizou a soldagem síncrona de feixe duplo e dupla face de juntas em T em grandes estruturas de paredes finas e aplicou com sucesso, pela primeira vez, a tecnologia na fabricação por soldagem de peças estruturais essenciais de painéis de parede nervurados para aeronaves, desempenhando um papel importante no desenvolvimento da nova aeronave chinesa. Em 2003, o primeiro conjunto completo de equipamentos para soldagem de tiras em larga escala online, fornecido pela HG Laser, foi aprovado para testes offline. Este equipamento integra corte a laser, soldagem e tratamento térmico, tornando a HG Laser uma das quatro empresas no mundo capazes de produzir tal equipamento. Em 2004, o projeto “Tecnologia e Equipamentos de Processamento Combinado de Corte, Soldagem e Corte a Laser de Alta Potência”, da HG Laser Farley Laserlab, conquistou o segundo lugar no Prêmio Nacional de Progresso Científico e Tecnológico, tornando-se a única empresa de laser na China com capacidade de P&D para essa tecnologia e equipamentos. Com o rápido desenvolvimento da indústria de lasers industriais, o mercado passou a exigir tecnologias de processamento a laser mais avançadas. A tecnologia laser evoluiu gradualmente de aplicações isoladas para aplicações diversificadas. Em termos de processamento a laser, não se limita mais ao corte ou à soldagem isolados. A demanda por equipamentos integrados de processamento a laser que combinam corte e soldagem está aumentando, e, portanto, surgiram os equipamentos integrados de corte e soldagem a laser. A HG Laser Farley Laserlab desenvolveu a máquina integrada de corte e soldagem Walc9030, com um formato ultragrande de 9×3 metros, que atualmente é o maior equipamento integrado de corte e soldagem a laser do mundo. A Walc9030 é um equipamento de corte e soldagem de grande formato que integrafunções de corte a laser e soldagem a laserEquipado com uma cabeça de corte profissional e uma cabeça de soldagem, ambas compartilham o mesmo feixe de laser. A tecnologia de controle numérico garante que não haja interferência entre elas. O equipamento permite a execução simultânea de dois processos: corte e soldagem. É possível alternar livremente entre cortar primeiro e depois soldar, ou vice-versa, realizando ambas as funções de corte a laser e soldagem em um único equipamento, sem a necessidade de equipamentos adicionais. Isso reduz os custos de aquisição para os fabricantes, aumenta a eficiência e amplia o alcance do processamento. Além disso, a integração das funções de corte e soldagem garante a precisão do processo, com desempenho eficiente e estável. O equipamento também supera as dificuldades de deformação térmica das chapas durante a soldagem sob medida de chapas extragrandes e garante a estabilidade de trajetórias ópticas ultralongas. É possível soldar duas chapas planas de 6 metros de comprimento e 1,5 metros de largura simultaneamente, com superfície soldada lisa e plana, sem necessidade de pós-processamento. Ao mesmo tempo, consegue cortar chapas com 3 metros de largura, mais de 6 metros de comprimento e menos de 20 mm de espessura em um único processo de conformação, sem necessidade de posicionamento secundário. O Instituto de Automação de Shenyang, da Academia Chinesa de Ciências, realizou cooperação internacional com a IHI Corporation (Japão). Seguindo a estratégia nacional de desenvolvimento científico e tecnológico de “introdução, assimilação, absorção e reinvenção”, superou diversas tecnologias-chave desoldagem a laser sob medidaEm setembro de 2006, a AVIC desenvolveu o primeiro conjunto completo de linhas de produção de soldagem a laser personalizada da China e, com sucesso, desenvolveu um sistema de soldagem a laser robótico, possibilitando a soldagem a laser de curvas planas e espaciais. Em outubro de 2013, um especialista chinês em soldagem ganhou o Prêmio Brook, a mais alta premiação acadêmica na área de soldagem. O Instituto de Soldagem (TWI, Reino Unido) recomenda e indica candidatos anualmente entre mais de 4.000 unidades membros em mais de 120 países, e finalmente concede este prêmio a um especialista em reconhecimento às suas contribuições excepcionais para a ciência e tecnologia de soldagem ou união e sua aplicação industrial. Este prêmio não é apenas um reconhecimento para Gong Shuili e sua equipe, mas também uma afirmação do papel da AVIC na promoção do progresso da tecnologia de união de materiais.
## Parâmetros Estruturais
### Equipamento em funcionamento É composto por um oscilador óptico e um meio colocado entre os espelhos em ambas as extremidades da cavidade do oscilador. Quando o meio é excitado para um estado de alta energia, ele começa a gerar ondas de luz em fase, que refletem repetidamente entre os espelhos em ambas as extremidades, formando um efeito de concatenação fotoelétrica. Isso amplifica as ondas de luz e, quando energia suficiente é obtida, o laser é emitido. O laser também pode ser definido como um dispositivo que converte fontes primárias de energia, como energia elétrica, energia química, energia térmica, energia luminosa ou energia nuclear, em feixes de radiação eletromagnética de frequências ópticas específicas (luz ultravioleta, luz visível ou luz infravermelha). Essa conversão pode ser facilmente realizada em certos meios sólidos, líquidos ou gasosos. Quando esses meios são excitados na forma de átomos ou moléculas, eles produzem um feixe de luz com fase quase uniforme e comprimento de onda praticamente único — o laser. Devido à sua propriedade de fase e comprimento de onda único, o ângulo de divergência é muito pequeno, permitindo que a luz seja transmitida por longas distâncias antes de ser altamente concentrada para funções como soldagem, corte e tratamento térmico. ### Classificação de Lasers Existem dois tipos principais de lasers usados para soldagem: lasers de CO₂ e lasers de Nd:YAG. Ambos emitem luz infravermelha invisível a olho nu. O feixe gerado pelo laser de Nd:YAG é composto principalmente de luz infravermelha próxima, com um comprimento de onda de 1,06 μm. Condutores térmicos apresentam uma taxa de absorção relativamente alta para luz com esse comprimento de onda, e para a maioria dos metais, a refletividade é de 20% a 30%. O feixe de infravermelho próximo pode ser focalizado em um diâmetro de 0,25 mm usando lentes ópticas padrão. O feixe do laser de CO₂ é composto de luz infravermelha distante, com um comprimento de onda de 10,6 μm. A maioria dos metais apresenta uma refletividade de 80% a 90% para esse tipo de luz, sendo necessárias lentes ópticas especiais para focalizar o feixe em um diâmetro de 0,75 a 1,0 mm. A potência dos lasers Nd:YAG geralmente atinge cerca de 4.000 a 6.000 W, e a potência máxima já alcançou 10.000 W. Em contraste, a potência dos lasers de CO₂ pode facilmente atingir 20.000 W ou até mais. Os lasers de CO₂ de alta potência resolvem o problema da alta refletividade por meio do efeito de orifício. Quando a superfície do material irradiada pelo feixe de luz derrete, forma-se um orifício. Esse orifício, preenchido com vapor, comporta-se como um corpo negro, absorvendo quase toda a energia da luz incidente. A temperatura de equilíbrio dentro do orifício atinge cerca de 25.000 °C, e a refletividade diminui rapidamente em poucos microssegundos. Embora o foco do desenvolvimento de lasers de CO₂ ainda esteja voltado para o desenvolvimento e pesquisa de equipamentos, o objetivo não é mais aumentar a potência máxima de saída, mas sim aprimorar a qualidade do feixe e seu desempenho de focalização. Além disso, quando o argônio é usado como gás de proteção para soldagem a laser de CO₂ com potência acima de 10 kW, ele frequentemente induz um plasma intenso, o que reduz a profundidade de penetração. Portanto, o hélio, que não gera plasma, é frequentemente usado como gás de proteção para soldagem a laser de CO₂ de alta potência. A aplicação de combinações de lasers de diodo para excitar cristais de Nd:YAG de alta potência é um importante tópico de pesquisa e desenvolvimento, que melhorará significativamente a qualidade dos feixes de laser e possibilitará um processamento a laser mais eficiente. O uso de arranjos de diodos diretos para excitar e emitir lasers na região do infravermelho próximo atingiu uma potência média de 1 kW e uma eficiência de conversão fotoelétrica de quase 50%. Os diodos também possuem uma vida útil mais longa (10.000 horas), o que ajuda a reduzir o custo de manutenção do equipamento a laser. O desenvolvimento de equipamentos de laser de estado sólido bombeado por diodo (DPSSL) também está avançando.
Data da publicação: 27/08/2025
