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

A tecnologia laser, entretanto, continua a ficar mais sofisticada. Uma empresa que se diz estar na vanguarda deste desenvolvimento é a Civan Lasers, com sede em Israel. A empresa recebeu o Prêmio Prism 2022 na categoria 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 de laser de feixe dinâmico (DBL) de onda contínua, monomodo, de 7 a 14 kW, que modula o formato do feixe conforme desejado em velocidades de até centenas de megahertz, sem quaisquer partes móveis.

O laser usa combinação de feixe coerente de matriz óptica em fase para mesclar muitos feixes de laser monomodo 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 do formato 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 do feixe preocupam-se 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 a potência máxima do feixe que você pode passar através deles. Além disso, o perfil de movimento oscilante também é limitado, enquanto o laser OPA 6 pode trabalhar em frequências e perfis de formato muito mais altos.”

A frequência de formato, a sequência de formato e a profundidade de foco também podem ser controladas para permitir a otimização da evaporação no capilar, do fluxo na poça fundida e da solidificação do fundido para qualquer aplicação de processamento de materiais a laser. Esse controle elimina a formação de poros, respingos e rachaduras, ao mesmo tempo que aumenta as taxas de avanço e as velocidades em aplicações de soldagem e fabricação aditiva, relata 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 de veículos elétricos (EV). De acordo com descobertas recentes do Projeto Eureka, baseado nos Laboratórios Fraunhofer em Aachen, Alemanha, os lasers da empresa podem fornecer à indústria automotiva uma solução tecnológica para a produção econômica 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 de forma eficiente reside na soldagem das placas bipolares – placas finas de centenas de mícrons. Cada célula contém de 300 a 400 placas com solda de 3 a 6 m. Embora haja muitos esforços para aumentar a velocidade de soldagem para acompanhar a demanda, aumentar a taxa de alimentação para mais de 0,5 m/s resulta em defeitos de soldagem, levando a peças defeituosas e a um acúmulo de materiais.

As três organizações que conduzem o Projeto Eureka – Civan Lasers, o Instituto Fraunhofer de Tecnologia Laser (ILT) na Alemanha e a Smart Move GmbH na Alemanha – pretendem resolver este problema de soldagem usando a tecnologia 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 sim ou não na indústria de células de combustível. Com este laser podemos, por exemplo, ter uma sequência de vários formatos, cada um direcionado para resolver um problema diferente na solda em uma escala de microssegundos para que possamos direcionar todo o processo.”