Processos de Soldagem Híbrida Laser-Arco (HLAW): Unindo as Vantagens do LASER e do Arco








Você conhece os efeitos da hibridização de um processo de soldagem e suas influências sobre a produtividade e qualidade da solda?







  No final da década de 1970, Steen W. et al. introduziram pela primeira vez os processos de soldagem híbrida LASER-arco (HLAW). Seus estudos, realizados no Imperial College of London, mostraram claramente as vantagens da combinação de um feixe laser com um arco elétrico para a soldagem.


   Através do avanço tecnológico na fabricação de fontes laser de alta potência, e de instrumentos que facilitaram compreender o que de fato ocorre durante o processo HLAW, o surgimento de uma nova e promissora área de soldagem híbrida foi possível. Dentre estes, destaca-se o processo de soldagem híbrida LASER-GMAW. De forma semelhante às outras áreas da engenharia, os processos de soldagem possuem vantagens e limitações. Através da atuação das duas fontes de calor em uma mesma poça de fusão, o processo HLAW compreende a combinação das vantagens dos dois processos individuais, tornando-se extremamente competitivo industrialmente.


  Conheça as vantagens e limitações dos processos individuais envolvidos:


  O processo de soldagem GMAW é altamente difundido no meio acadêmico e industrial, sendo talvez o mais representativo dentre os processos de soldagem a arco elétrico, gerando a união por meio de um arco que aquece os metais até seu ponto de fusão. O processo de soldagem GMAW oferece diversas vantagens em relação aos demais processos de soldagem. Entre estas, pode-se citar o baixo custo relativo do equipamento de soldagem, principalmente quando comparado ao sistema de soldagem a laser. O processo é considerado como de simples operação, não necessitando uma elevada experiência do operador para a realização de procedimentos manuais, apresentando também facilidade para mecanização ou automação. O processo, por depender de material de adição fornecido em rolo, pode ser considerado como independente de paradas para troca de material, o que sustenta sua característica de elevada produtividade quando comparado a processos que utilizam materiais de adição de tamanho limitado, como é o caso do eletrodo revestido. A partir do uso de modalidades avançadas do processo GMAW, é possível atingir resultados metalúrgicos aplicáveis desde procedimentos para união, revestimento, até aplicações em manufatura aditiva. Quando comparado ao processo de soldagem laser, as principais limitações são a baixa velocidade de soldagem e, principalmente, a baixa relação entre penetração e largura do cordão atingida, uma vez que para realizar a união de chapas espessas, torna-se necessário a pré-operação de chanframento, e posteriormente o preenchimento da mesma com o material de adição em camadas sucessivas, gerando maior custo tanto em tempo de processo como em material de adição.



  A tecnologia laser de processamento de materiais vem sendo alvo de grandes inovações nas últimas décadas. A intensidade da fonte de calor produzida pelo feixe laser é um dos aspectos mais importes do processo, e justifica o seu uso em diversas aplicações. Quando comparado aos processos de soldagem tradicionais, é nítida esta diferença e a consequência na razão de penetração/largura de cordão alcançados pelos diferentes processos, enviada pelos níveis atingíveis da intensidade das fontes de calor.


 O processo de soldagem a laser oferece diversas vantagens em relação às tecnologias convencionais de soldagem a arco. A capacidade de realizar soldas de penetração profunda com o modo keyhole torna possível soldar substratos extremamente espessos com um único passe de solda, apresentando assim menos oportunidades de defeitos, além de retirar a necessidade de chanframento de juntas.


 Em contrapartida, o equipamento necessário para soldagem a laser demanda um investimento significativamente maior do que o equipamento convencional de soldagem a arco, além de apresentar descontinuidades como porosidade, humpings, e respingos quando realizado no modo keyhole. Além destes, devido à elevada densidade térmica do processo, o surgimento de microestruturas com maior dureza é favorecido neste processo, possibilitando o desenvolvimento de mecanismos de formação de trincas durante o tempo de vida do equipamento.

 Em aplicações de soldagem de união de chapas e tubos de grande espessura comumente emprega-se processos convencionais de soldagem a arco, como os processos, GTAW (Gas Tungsten Arc Welding), GMAW (Gas Metal Arc Welding), SMAW (Shielded Metal Arc Welding) e SAW (Submerged Arc Welding).  Dependendo da espessura da junta a ser soldada, é necessário o seu chanframento anterior à soldagem, seguido de diversos passes de preenchimento, garantindo assim a união metalúrgica em toda sua espessura. A operação de usinagem do chanfro, somada ao maior número necessário de cordões de solda necessários, implicam diretamente no maior tempo de fabricação, assim como maior consumo de insumos de soldagem.

  Neste cenário, processos de soldagem que possibilitem uma elevada penetração retiram a necessidade do chanframento prévio, acelerando por consequência todo o ciclo de produção. O processo de soldagem híbrida LASER-GMAW surge como uma promissora opção para a soldagem de estruturas de elevada espessura, garantindo elevada penetração e taxa de deposição, auxiliando no aumento da tolerância geométrica e reduzindo a necessidade do chanframento da junta, além de apresentar vantagens metalúrgicas, tornando-se extremamente interessante para aplicação industrial.


  Entretanto, devido ao elevado número de parâmetros envolvidos e pela complexa interação entre o arco elétrico e o feixe LASER, este processo torna-se relativamente complexo de ser parametrizado quando comparado aos processos individuais.

 O processo HLAW vem sendo utilizado na soldagem de uma grande variedade de metais, incluindo metais ferrosos como aço carbono e aço inoxidável, e metais não ferrosos como ligas de alumínio, magnésio, níquel, titânio, etc. Atualmente, diversos países estão investindo significativamente na pesquisa e desenvolvimento de processos de soldagem HLAW, com resultados expressivos principalmente na indústria automobilística e naval.



Referências:

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A fusion between academic and industrial world of welding technology

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