Soldagem a laser espessa com tecnologia de modelagem de feixe dinâmico

Esta ilustração conceitual mostra uma chapa de 70 mm de espessura de soldagem a laser de feixe dinâmico em uma única passagem.

Na FABTECH 2022 em Atlanta, os participantes puderam sentar em uma estação de trabalho no estande da Civan Lasers, clicar em alguns pontos em uma tela e personalizar um perfil de energia do feixe de solda a laser e profundidade de foco, possibilitados pelo que Civan está chamando de laser de feixe dinâmico, ou DBL, tecnologia.

A DBL levou a algumas conquistas surpreendentes, a mais recente anunciada em 9 de fevereiro, quando a empresa disse que concluiu uma solda de passagem única com 70 mm de profundidade, realizada à pressão atmosférica - sem necessidade de vácuo.

A empresa israelense não manipula seu laser mecanicamente, contando com espelhos galvo que oscilam no ponto do feixe. Em vez disso, a manipulação acontece dentro do próprio laser.

"Temos mais de 30 fibras, e o objetivo é controlar o padrão de difração. Com isso, você pode projetar qualquer distribuição de energia que desejar na peça de trabalho."

Era Ami Spira, gerente de marketing da Civan, descrevendo os fundamentos por trás da tecnologia de combinação de feixe coerente (CBC) e OPA (Optical Phased Array) da empresa, os dois blocos de construção por trás do DBL. "Isso permite que o usuário faça muitas aplicações que anteriormente não eram possíveis com um laser."

No estande, os participantes podiam clicar em um padrão de grade para definir um perfil de viga em estilo de forma livre. "Essa é a forma, mas também podemos controlar a densidade", explicou Spira. "Por exemplo, digamos que eu queira criar mais energia nesta área." Ele apontou para uma área ligeiramente fora do centro dentro do perfil do feixe. "Posso apenas adicionar um clique aqui e agora tenho muito mais energia nessa área."

Outro parâmetro de controle envolve o padrão de difração. "Tem a ver com a forma como geramos o laser", disse ele. "Nossa cabeça óptica tem vários feixes que emitem luz e se sobrepõem para gerar esse padrão de difração. E, controlando as fases de cada laser, podemos [alterar as características do feixe] nas direções X, Y e Z."

O eixo Z é especialmente crítico porque fornece novos níveis de controle para a profundidade de foco do feixe. "Por exemplo, usando uma distância focal de 1,5 m, poderíamos ter uma profundidade de foco de quase 30 mm. E se tivéssemos 3 m [distância focal], a profundidade de foco seria mais que o dobro."

Essa profundidade de foco, combinada com outros refinamentos de parâmetros de feixe, levou Civan a novas aplicações. Uma das mais recentes envolve a soldagem de passagem única de material extremamente espesso em uma configuração de junta de topo. Uma parceria entre a Civan e a AMET, uma empresa de Rexburg, Idaho, especializada em sistemas de soldagem automatizados, incluindo os que envolvem juntas de solda muito espessas, ajuda a tornar isso possível.

"[Civan] estava procurando um parceiro nos EUA para fornecer sistemas integrados", disse Don Schwemmer, presidente da AMET, durante uma entrevista na FABTECH. "Estávamos querendo trabalhar com um fornecedor de laser [e] desenvolvedor. E o lado do controle é realmente a nossa força. Com a capacidade de manipular a forma do feixe e as distâncias focais no laser, podemos adicionar isso ao nosso pacote [de controle] . Agora temos uma enorme caixa de ferramentas para trabalhar, em vez de apenas algumas chaves. É realmente um bom ajuste."

O laser de feixe dinâmico usa combinação de feixe coerente e tecnologia de matriz de fase óptica (mostrada aqui) para criar um feixe sob medida para a aplicação.

Na FABTECH, Civan exibiu amostras de trabalho que mostraram a capacidade do DBL de produzir soldas fortes em materiais sensíveis a trincas, redução de poros e respingos graças às formas de feixe que estabilizam o buraco da fechadura e a capacidade de controlar propriedades de materiais diferentes.

De acordo com um white paper da Civan, a tecnologia DBL altera as características do feixe de quatro maneiras. A primeira é através da modelagem de feixe, onde os usuários projetam uma forma específica para corresponder a uma aplicação específica. Isso dá aos engenheiros a capacidade de testar "múltiplas formas para otimizar a melhor forma para a solda específica. Por exemplo, ao soldar metais diferentes, o DBL permitiria o uso de dois pontos de laser movendo-se ao mesmo tempo (imagine o movimento de uma cozinha misturador) para fornecer a solda homogênea."