Muitas estruturas técnicas apresentam alguma forma de construção em aço. Desde um navio porta-contêineres, um veículo ferroviário até uma torre de turbina eólica, todas podem ter centenas de metros de costuras de solda. Para executá-las normalmente são usados processos convencionais como a soldagem a gás ativo ou inerte (MIG/MAG), ou a soldagem a arco submerso.

 

Porém, devido à baixa intensidade do arco, grande parte da energia despendida não é realmente utilizada no processo de soldagem, mas sim perdida para o componente na forma de calor. E a energia necessária para o tratamento pós-soldagem é muitas vezes de magnitude semelhante à necessária para o próprio processo de soldagem.

 

Os processos de uso intensivo de energia também causam danos térmicos significativos ao material de base, o que pode resultar na distorção de toda a estrutura, exigindo um trabalho de retificação posterior muito caro.

 

Soldagem a laser como solução

 

Uma equipe de pesquisadores do Instituto Fraunhofer de Tecnologia de Materiais e Vigas (IWS) desenvolveu uma alternativa energeticamente eficiente aos processos convencionais, em conjunto com parceiros industriais, como parte do projeto VE-MES – Energy-efficient and low-distortion laser multi-pass narrow-gap (algo como soldagem a laser multipasso em fenda estreita energeticamente eficiente e com baixo índice de distorção).

 

 

O feixe de laser é posicionado na junção entre as duas bordas da chapa a ser soldada e o metal de adição é inserido neste vão, o que resulta em uma junção de alta qualidade.

 

 

O novo processo usa um laser de alta potência disponível comercialmente e se destaca dos métodos convencionais graças ao número reduzido de camadas e volume de material na costura, um de seus principais benefícios. “Dependendo do componente, podemos reduzir o aporte de energia para o componente durante a soldagem em até 80% e podemos reduzir o consumo de metal de adição em até 85% em comparação com os processos convencionais a arco elétrico”, relatou o Dr. Dirk Dittrich, pesquisador responsável pelo projeto, complementando que não foi necessário realizar a retificação do componente ao final do processo.

 

“Isso ocorre porque a alta intensidade do feixe de laser garante que o aporte de energia seja altamente localizado no ponto de soldagem, enquanto as áreas adjacentes permanecem relativamente frias. O tempo de soldagem também é reduzido em 50 a 70%”, informou Dittrich, citando também a qualidade da costura, tendo em vista que ela é significativamente mais fina e as bordas são praticamente paralelas, enquanto nos processos de soldagem convencionais as costuras são em forma de V. “Estamos fornecendo à indústria uma forma eficiente de tecnologia de união que deve revolucionar a construção em aço devido à sua aplicação econômica e processo de produção com economia de recursos.”

 

A pesquisa na prática

 

Os pesquisadores do Fraunhofer IWS demonstraram o desempenho de seu novo desenvolvimento usando como exemplo prático a construção de guindastes de uso interno. A nova tecnologia de soldagem foi aplicada em um perfil retangular de quatro metros de comprimento, construído experimentalmente para um segmento do guindaste.

 

Foram produzidas costuras de solda típicas da aplicação: uma junta de topo em placas de 30 milímetros e uma junta em T totalmente unida (placa de 15 milímetros). Para uma costura de solda de um metro, foi possível reduzir em 50% os custos, para uma espessura de chapa de 30 milímetros, em comparação com a soldagem a arco submerso, incluindo o processo de endireitamento subsequente.

 

 

 

 

As seções transversais de uma junta de topo e de uma junta em T produzidas usando o novo processo de soldagem a laser mostram a qualidade da costura que pode ser produzida com custos e consumo de recursos significativamente reduzidos.

 

 

Para chapas com espessuras inferiores a 20 milímetros, nas quais os processos de soldagem sob gás ativo são comumente usados, as economias de custo potenciais foram ainda maiores, de até 80%. A economia de custos em termos de materiais de adição também foi expressiva e calculada em cerca de 100 mil euros por ano para grandes empresas.

 

Além disso, as fontes de laser utilizadas apresentam alta eficiência, com possibilidade de redução de até 80% do aporte de energia. Com as evidências de adequação prática, os pesquisadores consideram a possibilidade de estender o uso do processo a outras aplicações.

Fotos: Fraunhofer IWS

 

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