A pesquisa de soldagem a laser visa soluções de fabricação de EV

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Nota do editor: este recurso apareceu originalmente na edição de junho de 2022 da Canadian Fabricating & Welding.

A soldagem a laser atingiu o mainstream da manufatura nos últimos anos. De células de solda a modelos portáteis, a soldagem a laser está gerando eficiência para OEMs e oficinas. A tecnologia, que oferece soldas de alta qualidade, rápidas velocidades de produção e processamento pós-soldagem reduzido, está atraindo mais interesse dos fabricantes.

A tecnologia laser, entretanto, continua a ficar mais sofisticada. Uma empresa que está na vanguarda desse desenvolvimento é a Civan Lasers, com sede em Israel. A empresa recebeu o Prism Award 2022 na categoria de lasers industriais da SPIE, a sociedade internacional de óptica e fotônica, e da Photonics Media. O prêmio reconhece o OPA 6 Weld da Civan, uma tecnologia laser de feixe dinâmico (DBL) de modo único, onda contínua e de 7 a 14 kW que modula a forma do feixe conforme desejado em velocidades de até centenas de megahertz sem partes móveis.

O laser usa combinação de feixes coerentes de phased array ótico para mesclar muitos feixes de laser de modo único em um feixe maior. A luz de cada laser se sobrepõe a outros feixes no campo distante, criando um padrão de difração que permite a manipulação da forma do feixe em tempo real. Os moduladores de fase controlam os feixes individuais e o padrão de interferência resultante pode ser ajustado para maximizar a posição do ponto do feixe e produzir vários padrões de forma inscritos pelo movimento do feixe.

"Outros métodos de modelagem de feixe estão preocupados principalmente com a oscilação do feixe", disse o Dr. Asaf Nissenbaum, pesquisador do laboratório de aplicações da Civan. "Ou seja, você pode flutuar levemente seu feixe para causar direção localizada, e isso é suportado por meios mecânicos. A desvantagem dessa tecnologia é que você está usando scanners galvo, que têm uma frequência máxima limitada na qual podem operar e feixe máximo poder que você pode colocar através deles. Além disso, o perfil de movimento de oscilação também é limitado, enquanto o laser OPA 6 pode trabalhar em frequências e perfis de forma muito mais altos."

A frequência da forma, a sequência da forma e a profundidade do foco também podem ser controladas para permitir a otimização da evaporação no capilar, fluxo na poça de fusão e solidificação da fusão para qualquer aplicação de processamento de materiais a laser. Esse controle elimina a formação de poros, respingos e rachaduras, ao mesmo tempo em que aumenta as taxas de alimentação e as velocidades em aplicações de soldagem e manufatura aditiva, informa a empresa.

A velocidade na qual o laser pode ser executado e a capacidade de alterar o feixe em tempo real estão gerando interesse em pesquisas relacionadas à fabricação de células de combustível para veículos elétricos (EV). De acordo com descobertas recentes do Projeto Eureka, baseado no Fraunhofer Labs em Aachen, Alemanha, os lasers da empresa podem fornecer à indústria automotiva uma solução tecnológica para a produção em massa de motores de energia limpa por meio de uma taxa de alimentação aumentada para soldagem de placas bipolares.

O desafio para produzir células de combustível com eficiência está na soldagem das placas bipolares – placas finas de centenas de mícrons. Cada célula contém de 300 a 400 placas com um cordão de solda de 3 a 6 m. Embora existam muitos esforços para aumentar a velocidade de soldagem para acompanhar a demanda, aumentar a taxa de avanço para mais de 0,5 m/s resulta em defeitos de soldagem, levando a peças defeituosas e acúmulo de materiais.

As três organizações que dirigem o Projeto Eureka—Civan Lasers, o Fraunhofer Institute for Laser Technology (ILT) na Alemanha e a Smart Move GmbH na Alemanha—têm como objetivo resolver esse problema de soldagem usando a tecnologia de laser da Civan.

"Acima de uma certa velocidade na soldagem a laser, um defeito comum que você vê é algo conhecido como 'corcunda', uma protuberância periódica na solda", disse Nissenbaum. "Isso levanta questões de porosidade, consistência e falta de fusão. É uma questão de ir ou não na indústria de células de combustível. Com este laser podemos, por exemplo, ter uma sequência de várias formas, cada uma direcionada para atender a um problema diferente na solda em uma escala de microssegundos para que possamos direcionar todo o processo."