Em uso geral, o termo «em tempo real» refere-se à execução de tarefas de forma dinâmica e em tempo real, sem interromper ou interromper o processo geral. No mundo da fabricação automatizada, a soldagem a laser em tempo real incorpora esse conceito, permitindo a soldagem contínua enquanto a peça de trabalho ou o cabeçote de soldagem permanecem em movimento.
À medida que as indústrias continuam a pressionar por uma produção mais rápida e inteligente, este método de soldagem está a ganhar força em ambientes de fabricação avançados. Este artigo explicará o que é a soldagem a laser em tempo real, como funciona e os principais benefícios que oferece aos fabricantes.
O que é soldagem a laser On-the-Fly (OTF)?
A soldagem em movimento (OTF), também conhecida como soldagem em movimento e, por vezes, soldagem por scanner, é um processo automatizado de soldagem a laser que utiliza um sistema de varredura a laser para realizar soldas enquanto o cabeçote do processo de soldagem ou os componentes alvo estão em movimento contínuo.
É necessário primeiro examinar outros métodos comuns de soldagem a laser automatizada para compreender o princípio básico da soldagem em movimento. Esses métodos podem ser considerados como abordagens de «parar e iniciar» para a soldagem a laser.
Alta velocidade: soldagem a laser com parada e partida com cabeça de soldagem fixa
O método mais simples e comum de soldagem a laser, os cabeçotes de soldagem a laser fixos direcionam o feixe para uma posição estacionária diretamente abaixo da óptica. Existem algumas exceções, principalmente para cabeçotes de soldagem projetados para “soldagem oscilante” que usam um pequeno campo de visão para criar padrões de costura de soldagem.
Para fazer soldaduras maiores do que o tamanho do ponto do feixe ou para fazer uma série de soldaduras individuais, é necessário mover a cabeça de soldadura fixa ou as peças que estão a ser soldadas. A primeira opção é mais comum, pois é bastante fácil de realizar.
Maior velocidade: soldagem a laser com parada e partida com um cabeçote de digitalização
Também conhecidas como scanners e cabeças de varredura galvo, as cabeças de varredura a laser utilizam um galvanómetro para desviar os feixes de laser através da rotação de uma série de espelhos cuidadosamente posicionados. Este design permite que o feixe seja guiado ou «varrido» por um amplo campo de visão. Isso permite que a óptica de varredura crie costuras longas, padrões de soldagem complexos e muitas soldas individuais, enquanto a cabeça de varredura e as peças permanecem estacionárias.
A soldagem por scanner é comumente usada para aplicações avançadas e de alto rendimento, como soldagem de baterias. Mas, embora a soldagem com um cabeçote de varredura reduza a frequência com que um sistema precisa parar, ela não elimina totalmente essa necessidade. Além disso, a soldagem nas bordas do campo de visão do cabeçote de varredura causa distorções sutis no foco do feixe, o que pode causar problemas em aplicações de alta precisão com janelas de processo restritas.
Os desafios enfrentados nas extremidades do campo de visão podem ser reduzidos utilizando apenas uma pequena parte do campo do scanner. Isso cria um ponto mais uniforme, mas requer o reposicionamento do scanner com mais frequência para cobrir a área de soldagem. O reposicionamento do scanner é um processo relativamente lento que reduz significativamente o rendimento geral.
Velocidade máxima: soldagem instantânea com cabeça de varredura
Felizmente, o poder da digitalização a laser pode ser ainda mais aprimorado para permitir a criação de padrões de soldagem complexos enquanto a óptica está em movimento ou as peças se movem abaixo dela. Esse método reduz significativamente a frequência com que o sistema precisa parar.
Ao usar um cabeçote de varredura a laser para soldagem em movimento, normalmente apenas uma parte estreita do campo de visão é utilizada. Em outras palavras, a óptica é mantida principalmente diretamente acima do alvo de soldagem, mesmo enquanto os elementos do sistema estão em movimento. Isso praticamente elimina as distorções nas características do ponto do laser causadas pelo direcionamento do feixe para as bordas do campo de visão do scanner.
Como a soldagem instantânea ajusta dinamicamente tanto o foco do feixe de laser quanto o seu trajeto, esse método também permite compensar automaticamente as variações de altura das peças e as geometrias tridimensionais das peças sem alterar a distância relativa do cabeçote de digitalização em relação à peça.
Como funciona a soldagem instantânea
Ao soldar enquanto o scanner ou as peças estão em movimento, o padrão do feixe criado pela óptica precisa compensar esse movimento. Isso requer uma integração íntima dos componentes do sistema.
Para aplicações de alta precisão e alto rendimento, como soldagem de baterias, uma combinação de pórtico e scanner costuma ser ideal. Neste exemplo, o controlador do scanner rastreia a posição e a velocidade do scanner e compensa a trajetória do feixe para criar a forma correta da solda exatamente no local certo. Enquanto as técnicas tradicionais de soldagem com scanner têm a tarefa relativamente simples de “desenhar” a forma desejada a partir de uma posição fixa, a soldagem em tempo real deve guiar o feixe ao longo de um caminho que difere da solda final com base em cálculos em tempo real.
Para ilustrar este conceito, considere uma costura de soldadura circular, uma forma bastante comum em aplicações de soldadura por scanner. Conforme mostrado à esquerda na imagem acima, o software do scanner orienta o feixe para criar uma forma circular. A soldadura final resultante, mostrada à direita, é o círculo perfeito desejado.
Os detalhes de como os percursos e as velocidades do feixe são calculados dependem de vários fatores, como velocidade, trajetória e a forma desejada da solda final. O tipo de movimento – pórtico, robótico ou transportador – também é importante.
Benefícios da soldagem instantânea
Maior eficiência e rendimento: Ao reduzir drasticamente o número necessário de partidas e paragens, a soldagem em movimento elimina efetivamente os intervalos não produtivos que, de outra forma, seriam dedicados à mudança das posições das peças ou ópticas. Para linhas de produção que precisam soldar grandes volumes de peças individuais, fazer muitas soldas na mesma peça ou fazer muitas soldas longas e contínuas, normalmente é possível multiplicar a produtividade várias vezes com a soldagem em movimento.
Maior precisão e fiabilidade: a soldagem em tempo real calcula e ajusta continuamente os parâmetros de soldagem para compensar o movimento contínuo. Como resultado, o feixe de laser é direcionado com precisão, mantendo as propriedades ideais do feixe. Além disso, como a cabeça de varredura usa um campo de visão limitado, os resultados da soldagem são mais consistentes e previsíveis, facilitando a manutenção dentro de janelas de processo estreitas.
Flexibilidade: a soldagem em movimento pode ser usada enquanto o cabeçote de varredura está em movimento em aplicações em que muitas soldas individuais devem ser feitas em uma peça grande, como na soldagem de barramentos de baterias. A soldagem OTF também pode ser usada enquanto o cabeçote de varredura permanece estacionário e muitas peças menores são movidas por baixo, como na soldagem de células de bateria individuais que se deslocam ao longo de um transportador rotativo.
Além disso, a soldagem instantânea funciona tanto com o movimento do sistema cartesiano e do pórtico de 3 eixos quanto com o movimento do sistema robótico.
Compatibilidade com outras tecnologias de soldagem a laser: a soldagem em tempo real pode ser usada com outras tecnologias benéficas de soldagem a laser que alteram as características do feixe e monitoram o processo de soldagem.
Por exemplo, a soldagem em movimento é compatível com lasers de feixe duplo que melhoram a qualidade da soldagem e reduzem os respingos. A soldagem OTF também pode ser integrada à medição direta da soldagem a laser em tempo real, uma forma de monitoramento do processo que ajuda os fabricantes a rastrear características importantes da soldagem, como a profundidade da solda.
As capacidades atuais da soldagem instantânea
A tecnologia de soldagem instantânea é oferecida por um número limitado de fornecedores de tecnologia a laser. Os cálculos e a programação avançados que impulsionam a soldagem instantânea significam que, embora poderosos, os recursos e a funcionalidade exatos são mantidos em sigilo.
No caso da tecnologia de soldagem instantânea desenvolvida pela IPG Photonics, foram demonstradas velocidades de soldagem de até 1.000 soldas por minuto, mesmo ao soldar padrões mais complexos, como espirais.
A tecnologia de soldagem IPG on-the-fly também é compatível de forma exclusiva com lasers AMB de feixe duplo monomodo e medição de soldagem em tempo real LDD(patente pendente).
Que indústrias e aplicações beneficiam da soldadura instantânea?
A soldagem instantânea é uma tecnologia relativamente nova, mas oferece benefícios significativos em termos de produtividade, qualidade e confiabilidade para uma variedade de indústrias e aplicações.
Soldagem de veículos elétricos e baterias: utilizada por alguns dos maiores fabricantes mundiais de veículos elétricos, a soldagem OTF é a escolha natural para os requisitos extremamente exigentes de rendimento e precisão da indústria de mobilidade elétrica e baterias.
A soldagem instantânea, particularmente em conjunto com tecnologias de medição de soldagem em tempo real e feixe duplo, é um método de soldagem poderoso para aplicações como soldagem de célula de bateria a barra coletora, soldagem de tampa a lata de células de bateria, soldagem de placa fria de bateria e soldagem de placa bipolar para células de combustível.
Automotivo: embora esteja relacionada com a indústria de veículos elétricos, a indústria automotiva como um todo também se beneficia das capacidades de produção aprimoradas oferecidas pela soldagem em movimento. A soldagem OTF é adequada para a soldagem de componentes de chapa metálica em carrocerias em branco. A soldagem OTF também é promissora para a soldagem de várias outras peças automotivas utilizadas em motores e transmissões de veículos.
Aeroespacial: muitos dos benefícios oferecidos pela soldagem OTF podem ser aplicados à ampla variedade de soldas exigidas na indústria aeroespacial. Assim como na indústria de mobilidade elétrica, a indústria aeroespacial frequentemente exige alto rendimento e alta precisão.
Fabricação geral: como um método de soldagem flexível usado tanto para micro-soldagem quanto para soldagem estrutural, a soldagem em movimento é adequada para muitas aplicações gerais que se beneficiam do aumento da produtividade.
Introdução à soldagem instantânea
A tecnologia de soldagem IPG on-the-fly é um componente essencial utilizado em soluções de soldagem a laser de alta produtividade. Interessado em saber mais sobre como a soldagem on-the-fly pode beneficiar a sua aplicação?
Começar é fácil – envie-nos algumas peças de amostra, visite um dos nossos laboratórios de aplicação globais ou simplesmente conte-nos sobre a sua aplicação.
