O que são tecnologias avançadas de soldagem?

O que são tecnologias avançadas de soldagem?

(1) Soldagem híbrida laser-arco

A tecnologia de processamento por feixe de alta energia é considerada a tecnologia de processamento mais promissora do século XXI, acreditando-se que "trará mudanças revolucionárias para o processamento de materiais e a tecnologia de fabricação", e é atualmente o campo técnico de crescimento mais rápido e mais pesquisado.

O desenvolvimento deequipamento de soldagemA expressão "em direção à escala maior" tem dois significados: um é o aumento da potência do equipamento e o outro é a ampliação das peças soldadas pelo equipamento. Devido ao alto investimento inicial em equipamentos de soldagem avançados, especialmente em soldagem a laser e soldagem por feixe de elétrons, o aumento da potência, a melhoria da profundidade de penetração e a estabilidade do processo de soldagem podem reduzir relativamente os custos de soldagem, tornando-se aceitáveis ​​para a indústria. Portanto, a tecnologia de soldagem híbrida centrada em lasers tem atraído atenção. De fato, a soldagem híbrida laser-arco foi proposta já na década de 1970, mas aplicações industriais estáveis ​​surgiram apenas nos últimos anos, principalmente devido ao desenvolvimento da tecnologia laser e dos equipamentos de soldagem a arco, especialmente à melhoria da potência do laser e da tecnologia de controle do arco. A soldagem híbrida laser-arco envolve principalmente a combinação de laser com arco de gás inerte de tungstênio (TIG), arco de plasma e arco ativo. Através da interação entre laser e arco, as deficiências de cada método de soldagem podem ser superadas, resultando em um bom efeito híbrido.

A soldagem híbrida laser-arco melhora significativamente a eficiência da soldagem, principalmente devido a dois efeitos: primeiro, a alta densidade de energia leva a uma maior velocidade de soldagem e menor perda de calor da peça; segundo, o efeito de superposição da interação entre as duas fontes de calor. Ao soldar aço, o plasma do laser estabiliza o arco; ao mesmo tempo, o arco entra no orifício da poça de fusão, reduzindo a perda de energia. A combinação de laser e TIG pode aumentar significativamente a velocidade de soldagem, para cerca de duas vezes a da soldagem TIG. O desgaste do eletrodo de tungstênio também é bastante reduzido, aumentando sua vida útil; o ângulo do chanfro também pode ser significativamente reduzido, e a área da seção transversal da solda é semelhante à da soldagem a laser. Comparada à soldagem híbrida laser-arco simples, a soldagem híbrida laser-arco duplo pode reduzir a entrada de calor da soldagem em 25% e aumentar a velocidade de soldagem em cerca de 30%.

As principais vantagens da soldagem híbrida laser-arco (ou arco de plasma) são a melhoria na velocidade de soldagem e na profundidade de penetração. Devido ao aquecimento pelo arco, a temperatura do metal aumenta, reduzindo a refletividade do metal ao laser e aumentando a absorção da energia luminosa. Este método foi testado em soldagem a laser de CO₂ de baixa potência, bem como em soldagem a laser de CO₂ de 12 kW e lasers YAG de 2 kW com transmissão por fibra óptica, estabelecendo as bases para a soldagem híbrida laser-arco (ou arco de plasma) robotizada. Nos últimos anos, a tecnologia de soldagem híbrida derivada da combinação laser-arco alcançou um desenvolvimento significativo, e sua aplicação em componentes complexos nos setores aeroespacial, militar e outros tem recebido crescente atenção. Atualmente, a tecnologia de soldagem híbrida que combina feixes de alta energia com diferentes arcos tornou-se um dos principais focos na área de soldagem por feixe de alta energia.

(2) Soldagem por fricção

A soldagem por fricção (FSW, do inglês Friction Stir Welding) é uma tecnologia de soldagem patenteada, desenvolvida pelo Instituto de Soldagem (TWI) do Reino Unido no início da década de 1990. Ela permite soldar metais não ferrosos que são difíceis de soldar usando métodos de soldagem por fusão.

A soldagem por fricção apresenta vantagens como processo de união simples, grãos finos na junta soldada, bom desempenho em fadiga, tração e flexão, dispensa o uso de arames de solda ou gases de proteção, ausência de arco elétrico e baixa tensão residual e deformação após a soldagem. Tem sido aplicada na indústria aeroespacial de países desenvolvidos da Europa e América, e tem sido utilizada com sucesso na soldagem de vasos de pressão de paredes finas em liga de alumínio, operando em baixas temperaturas, realizando juntas de topo retas em soldas longitudinais e juntas de topo circunferenciais em soldas circulares. Essa tecnologia tem sido adotada no projeto estrutural de novos veículos e aplicada nos setores aeroespacial, de transportes, automotivo e outros setores industriais.

(3) Soldagem por difusão a vácuo

O surgimento contínuo de materiais avançados impõe novos desafios às tecnologias de união. A união de muitos materiais novos, como ligas resistentes ao calor, cerâmicas de alta tecnologia, compostos intermetálicos e materiais compósitos, especialmente a união de materiais diferentes, é difícil de ser realizada usando métodos convencionais de soldagem por fusão. Assim, surgiram tecnologias como a soldagem por difusão em estado sólido. Por exemplo, a tecnologia de soldagem por difusão com conformação superplástica foi aplicada com sucesso em estruturas alveolares de liga de titânio para aeronaves. Cerâmicas e metais podem ser unidos por soldagem por difusão; a aplicação da tecnologia de soldagem por difusão em fase líquida transiente resolveu muitos problemas complexos de união de materiais duros que não podiam ser resolvidos por outros métodos.soldagem por fusãono passado.

A união no estado sólido pode ser dividida em duas categorias. Uma delas é o método de união com baixa temperatura, alta pressão e curto tempo, que promove o contato íntimo da superfície da peça e a ruptura da película de óxido por meio de deformação plástica localizada. A deformação plástica é o fator dominante na formação da junta. Tais métodos de união incluemsoldagem por fricçãoA soldagem por explosão, a soldagem por pressão a frio e a soldagem por pressão a quente, geralmente chamadas de soldagem por pressão, são métodos comuns. Outro método é a união por difusão, que utiliza alta temperatura, baixa pressão e tempo relativamente longo, geralmente realizada em atmosfera protetora ou vácuo. Esse método de união produz apenas deformação plástica mínima, e a difusão interfacial é o fator dominante na formação da junta. Tais métodos de união incluem principalmente a soldagem por difusão, como a soldagem por difusão a vácuo, a soldagem por difusão em fase líquida transiente, a soldagem por difusão com prensagem isostática a quente e a soldagem por difusão com conformação superplástica.

Além do surgimento contínuo de métodos de soldagem avançados e novos processos (os exemplos acima são apenas alguns), o nível de mecanização e automação de diversos métodos de soldagem está em constante aprimoramento. O progresso das tecnologias eletrônicas, de sensores, da computação e de controle impulsionou significativamente o desenvolvimento da soldagem, levando a automação desse processo rumo ao controle inteligente. Em particular, a introdução em larga escala de robôs de soldagem rompeu com o modelo tradicional de automação rígida, inaugurando um novo modelo de automação flexível e proporcionando um espaço de desenvolvimento mais amplo para a tecnologia de soldagem. A soldagem tornou-se um método de processamento indispensável na manufatura moderna. Além disso, com o avanço da ciência, da tecnologia e do desenvolvimento socioeconômico, os campos de aplicação da soldagem/união avançada continuarão a se expandir.

(4) Soldagem automatizada e inteligente

A mecanização e a automação são meios importantes para melhorar a produtividade da soldagem, garantir a qualidade do produto e aprimorar as condições de trabalho. A automação da produção de soldagem é a direção futura do desenvolvimento da tecnologia de soldagem. A melhoria da eficiência e da qualidade da produção de soldagem apresenta certas limitações apenas na perspectiva dos processos de soldagem. Métodos de soldagem/união, como soldagem por feixe de elétrons, soldagem a laser e soldagem por fricção, têm requisitos rigorosos quanto à geometria do chanfro e à qualidade da montagem. Após a soldagem automática, toda a estrutura soldada fica organizada, precisa e com um acabamento impecável, revertendo o modelo tradicional de trabalho manual em oficinas de soldagem.

Como um dos símbolos importantes do desenvolvimento da tecnologia de fabricação moderna e de uma indústria tecnológica emergente, os robôs têm tido um impacto significativo em diversos campos das indústrias de alta tecnologia. A complexidade dos processos de soldagem e os rigorosos requisitos de qualidade da soldagem, aliados ao nível tecnológico frequentemente precário e às condições de trabalho deficientes, fazem com que os processos de soldagem que podem ser automatizados e inteligentes recebam atenção especial. Atualmente, de 30% a 40% dos robôs em todo o mundo são utilizados em tecnologia de soldagem. Os robôs de soldagem foram inicialmente aplicados principalmente em linhas de produção de soldagem por pontos na indústria automotiva e, nos últimos anos, expandiram-se gradualmente para outros setores produtivos.

O primeiro foco de desenvolvimento desoldagem inteligenteé o sistema de visão. Os sistemas de visão atualmente desenvolvidos permitem que os robôs modifiquem automaticamente a trajetória de movimento da tocha de acordo com condições específicas durante a soldagem, e alguns podem ajustar os parâmetros do processo em tempo real, de acordo com o tamanho do chanfro.