ads:
ADRIANO RIBOLLA
ESTUDO DE EMISSÃO DE RESPINGOS E PARTICULADO EM
COMPONENTE DE PROTEÇÃO UTILIZADO EM EQUIPAMENTO DE
APLICAÇÃO DE SOLDA A LASER EM PROCESSOS DE SOLDA DE
CARROCERIA AUTOMOTIVA.
Trabalho de conclusão de curso
apresentado à Escola Politécnica
da Universidade de São Paulo
para obtenção do Título de Mestre
em Engenharia.
SÃO PAULO
2006
ads:
Livros Grátis
http://www.livrosgratis.com.br
Milhares de livros grátis para download.
ADRIANO RIBOLLA
ESTUDO DE EMISSÃO DE RESPINGOS E PARTICULADO EM
COMPONENTE DE PROTEÇÃO UTILIZADO EM EQUIPAMENTO DE
APLICAÇÃO DE SOLDA A LASER EM PROCESSOS DE SOLDA DE
CARROCERIA AUTOMOTIVA.
Trabalho de conclusão de curso
apresentado à Escola Politécnica
da Universidade de São Paulo
para obtenção do Título de Mestre
em Engenharia.
Orientador:
Prof. Dr. Gilmar Ferreira Batalha
Área de Concentração:
Engenharia Automotiva
SÃO PAULO
2006
ads:
Este trabalho é dedicado às pessoas
que são a razão da minha existência:
Minha esposa Paula, minha filha
Sophia e meus pais Marta e Claudinê.
Agradeço ao Professor Gilmar, que
acolheu não somente a idéia de
desenvolver este trabalho, mas
também trouxe a este a sua razão
acadêmica.
Agradeço aos meus amigos e parentes
queridos a paciência pelos momentos
de ausência.
RESUMO
O objetivo deste trabalho foi determinar uma periodicidade de troca para um
determinado componente de proteção utilizado nos processos de solda a LASER em
carrocerias automotivas de forma a não comprometer a qualidade do produto e evitar
gastos com a substituição excessiva deste componente. Os objetivos foram atingidos
por meio de um estudo comparativo entre degradação superficial e quantidade de
carrocerias soldadas com base nos princípios da estereologia utilizando para isto a
digitalização da imagem superficial dos componentes. Ao decorrer dos experimentos
do trabalho foi encontrada uma coerência em relação às diversas áreas médias
degradadas de componentes danificados mesmo não existindo uma referência para
que tal substituição devesse ocorrer sendo esta informação de grande importância
para o desenvolvimento do trabalho. O estudo realizado foi limitado somente para
equipamentos que aplicam o feixe de LASER na posição horizontal e para processos
de caldeamento onde não existe a adição de material. Para o caso de equipamentos
que fazem o uso de feixe de LASER em outras posições e para o caso de brasagem,
estudos futuros deverão ser realizados. Após a obtenção dos resultados, foi
implantada na área uma gestão de controle com contagem automática de carrocerias
para cada posto de trabalho que contém o componente estudado. Este trabalho é de
caráter inovador, pois trouxe uma proposta para se reduzir os custos com a aquisição
deste componente bem como obteve informações referentes ao perfil de degradação
de sua superfície.
Palavras-chave: Solda, LASER, Nd:YAG, fumos, janela de proteção, respingo.
ABSTRACT
STUDY OF EMISSION OF SPATTER AND DROPLET IN A PROTECTION
COMPONENT USED IN LASER APPLICATION EQUIPMENTS IN WELDING
PROCESSES OF AN AUTOMOTIVE BODY-IN-WHITE.
The aim of this work was to determine a replacement periodicity for a certain
protection component used in LASER welding processes for automotive body-in-
white in order to keep the quality of the product and to avoid expenses with the
excessive substitution of this component. The objectives were reached through a
comparative study between superficial degradation and the amount of welded bodies
with stereology bases using for this the digitization of the superficial image of these
components. During the experiments contained in this work, coherence was found
regarding the several damaged mean areas of spoiled components. Nowadays a
reference for this substitution to take place does not exist, being this information of
great importance for the development of the work. The accomplished study was
limited only for equipments that apply the LASER beam in the horizontal position
and for processes of lap joints where added material doesn't exist. For the case of
equipments that make use of a LASER beam in other positions than the horizontal
and for the case of brazing, further studies should be accomplished. After results
have been obtained, a controlled administration with automatic counting was
implanted in the geometry station for each workstation that contains the studied
component. This work is of innovative nature because a proposal to reduce costs
with the acquisition of this component as well as important information regarding the
degradation profile of its surface was obtained.
Keywords: Welding, LASER, Nd:YAG, droplet, protective window, spatter.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO E OBJETIVOS 1
1.1 O estado da arte da tecnologia LASER na indústria automobilística 1
1.2 Objetivos 4
1.2.1 Objetivo Geral 4
1.2.2 Objetivo Específico 5
1.3 Organização da Dissertação 5
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 7
2.1 Princípio de Funcionamento do equipamento gerador LASER
empregado nos processos de solda.
7
2.2 Princípio de Funcionamento da solda a LASER 11
2.3 Vantagens da utilização do processo de solda a LASER 12
2.4 Produtos e Processos 14
2.5 Variáveis de processo controláveis e não controláveis 15
2.5.1 Variáveis de processo controláveis 16
2.5.1.1 Potência do feixe de LASER 16
2.5.1.2 Comprimento total dos cordões e velocidade do robô de aplicação 16
2.5.1.3 Distância focal 16
2.5.2 Variáveis de processo não controláveis 17
2.5.2.1 Intensidade da cortina de ar comprimido 17
2.5.2.2 Quantidade de óleo depositado sobre as chapas de aço 17
2.5.2.3 Variação dimensional das peças a serem unidas 17
2.5.2.4 Variação da camada de zinco aplicada 18
3 CARACTERÍSTICAS DO FEIXE 19
3.1 A Soldagem a LASER 19
3.2 Influências no rendimento do processo de solda a LASER 20
3.3 Modo do Feixe 20
3.4 Parametrização do processo de solda 22
4 INTERAÇÃO DA ENERGIA COM A MATÉRIA 26
4.1 Influência da Refletividade 26
4.2 O LASER empregado em diversos processos 36
4.2.1 O processo de Soldagem 36
4.2.2 Soldagem contínua utilizando baixas potências 37
4.2.3 Soldagem contínua sem adição de material 39
4.3 Respingo: Um desequilíbrio termodinâmico 41
4.3.1 Efeito da cobertura anticorrosiva no processo de soldagem do aço 44
4.4 Condições para uma boa soldagem contínua sem adição de material 43
5 QUALIDADE DO AÇO E DE SEU REVESTIMENTO 48
5.1 Composição dos respingos de solda 48
5.2 A microestrutura das ligas de Aço-Zinco 48
5.3 O efeito do processo de galvanização por imersão a quente no metal de
base
49
5.4 Chapas de aço revestido 50
6 JANELAS DE PROTEÇÃO 58
6.1 Tipos de janelas de proteção mais comumente utilizadas (CVI LASER
OPTICS AND COATINGS, 2004).
58
6.1.1 Vidro BK7 58
6.1.2 CaF
2
58
6.1.3 Cristal de Quartzo 58
6.1.4 Sílica Fundida 59
6.1.5 MgF2 59
6.1.6 Safira 59
6.2 Coberturas para as janelas de proteção 60
7 MATERIAIS E MÉTODOS 62
7.1 Considerações específicas do Processo 62
7.2 Efeitos dos respingos de solda no cabeçote óptico 63
7.3 Material utilizado na VW 66
7.4 Aplicação de método de análise de falha para compreensão de
respingos
68
7.5 A busca por soluções de economia para as janelas de proteção 69
7.5.1 Ensaios realizados com emprego de outros materiais e resultados
obtidos
70
7.5.2 Ensaios realizados com emprego de janelas de proteção
recondicionadas
73
7.6 Escolha do melhor universo de amostras 74
7.7 Procedimento empregado na análise de imagem 75
7.8 Resultados 80
8 CONCLUSÕES 88
9 TRABALHOS FUTUROS 89
10 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 90
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 - Cavidade geradora LASER (TRUMPF GmbH, 2001). 7
Figura 2.2 - Conjunto de cavidades que compõe a região do ressonador e a
região do amplificador (TRUMPF GmbH, 2001).
8
Figura 2.3 - Mesa óptica composta pelos componentes cuja função é
distribuir o feixe de LASER gerado para um dos canais a ser
utilizado (TRUMPF GmbH, 2001).
9
Figura 2.4 - Conjunto de entrega de feixe de LASER formado pela fibra-
óptica e pelo cabeçote óptico (TRUMPF GmbH, 2001).
10
Figura 2.5 - Dois tipos de cabeçotes ópticos utilizados (RIBOLLA, A. et al,
2005).
10
Figura 2.6 - Curva de absorção do LASER de Nd:YAG para diversos tipos
de materiais (TRUMPF GmbH, 2001).
11
Figura 2.7 - Componentes de um sistema de solda a LASER (TRUMPF
GmbH, 2001).
12
Figura 2.8 - Comparação dimensional entre uma pinça elétrica e um
cabeçote óptico .
13
Figura 2.9 - Comparação da ZTA entre o processo de brasagem LASER e
MIG .
14
Figura 2.10 - Configuração das estações de geometria a LASER utilizada . 15
Figura 3.1 - Característica do Modo do Feixe – O modo de ordem mais
baixa possível em forma de sino (distribuição na curva
Gaussiana) de luz através de um feixe de LASER (GIMENES,
Jr. L. et al, 2006).
21
Figura 3.2 - Visualização do Modo Transversal TEM
00
(GIMENES, Jr. L.
et al, 2006).
21
Figura 3.3 - Modos básicos de feixe produzidos por diferentes feixes de
LASER. Alguns feixes de LASER possuem combinação destes
modos (DAWES, C., 1992).
22
Figura 3.4 - Potências de aplicação de LASER x penetração para três
diferentes velocidades de soldagem com Nd:YAG (TRUMPF
GmbH, 2001).
24
Figura 4.1 - Refletividade de vários metais em função do comprimento de
onda com indicação da posição de várias faixas de trabalho de
feixes de LASER correntes (J. K. CONSULTING, 2006).
27
Figura 4.2 - Percentuais de absorção e rendimento total para diversos tipos
de feixes de LASER e materiais (TRUMPF GmbH, 2001).
29
Figura 4.3 - Potências LASER relativas para atingir o campo das
temperaturas compreendidas entre as temperaturas de fusão e de
vaporização, em metais como o cobre, titânio, platina, ferro,
alumínio (apud comunicação interna).
30
Figura 4.4 - Absorção de energia LASER, em função da densidade de
potência I
0
no centro da zona focal, para o aço inoxidável 304.
Estão indicados os limiares correspondentes às temperaturas de
fusão e de vaporização (apud comunicação interna).
31
Figura 4.5 - Diagrama dos regimes de funcionamento dos diversos tipos de
geradores de LASER e dos diferentes grupos de aplicações
(TRUMPF GmbH, 2001).
35
Figura 4.6 - Medidas a serem respeitadas por ocasião do processo de
brasagem entre teto e lateral (BRYSCH, P. , 2003).
39
Figura 4.7 - Soldagem de chapas de aço doce sem liga com LASER
Nd:YAG. Espessura soldada em função da velocidade de
trabalho, para diferentes potências do LASER (TRUMPF
GmbH, 2001).
40
Figura 4.8 - Esquema do cordão de soldagem por penetração obtida com
um LASER (TRUMPF GmbH, 2001).
41
Figura 4.9 – Corte de uma junção com chapas de aço de 0,7mm recobertas
com Zinco em ambos os lados com 8 µm (a) e 12 µm (b). Isto
ilustra o aumento do aparecimento de porosidades com o
aumento da camada de Zinco (DAWES, C., 1992).
43
Figura 4.10 - Macrografias de linhas por penetração, em quatro diferentes
velocidades de trabalhos, em uma chapa de alumínio com
0,3mm de espessura, por meio de um LASER com 200W de
potência (SEEFELD, T., 2005).
44
Figura 4.11 - Soldagem por penetração no aço mole, em três diferentes
velocidades de trabalho. Potências LASER Nd:YAG situados
entre 1 kW e 4 kW (TRUMPF GmbH, 2001).
46
Figura 5.1 - Imagem microscópica das camadas intermetálicas após a
conclusão do processo de galvanização por imersão a quente
(ALVAREZ, L.F.M., 2005).
49
Figura 6.1 - Transmitância em função do comprimento de onda para
materiais mais comumente utilizados (CVI LASER OPTICS
AND COATINGS, 2004).
61
Figura 7.1 - Tipo de cordão de solda efetuado pelo robô E (apud
comunicação interna).
62
Figura 7.2 - Cabeçote óptico (TRUMPF GmbH, 2001). 64
Figura 7.3 - Análise do comportamento de um feixe de LASER feita por
meio de uma câmera CCD em 3 condições diferentes de
trabalho (apud HOFFMANN et al., 2004).
64
Figura 7.4 - Matriz de classificação de forma segundo fator Elongação e
Irregularidade (FERNANDES, C.P., 2004).
65
Figura 7.5 - Padrões de degradação comumente encontrados em janelas de
proteção .
66
Figura 7.6 - Diversos tipos de janelas de proteção utilizadas . 67
Figura 7.7 - Aplicação do diagrama de Ishikawa para o sistema proposto . 68
Figura 7.8 - Efeito da dilatação térmica no comportamento de amostras de
vidro .
70
Figura 7.9 - Distribuição das amostras das janelas de proteção . 75
Figura 7.10 - Processamento de imagem da Janela de Proteção.
Digitalização com 1200dpi .
76
Figura 7.11 - Processamento de imagem da Janela de Proteção. Obtenção de
contornos .
76
Figura 7.12 - Processamento de imagem da Janela de Proteção. Aplicação de
máscara .
77
Figura 7.13 - Processamento de imagem da Janela de Proteção. Conversão
imagem binária .
77
Figura 7.14 - Processamento de imagem da Janela de Proteção. Análise de
partículas .
78
Figura 7.15 - Parametrização da escala de imagem no software ImageJ . 79
Figura 7.16 - Parametrização de itens a serem processados pelo software
ImageJ .
79
Figura 7.17 - Parametrização do analisador de partículas do software ImageJ
.
80
Figura 7.18 - Distribuição de pontos de degradação segundo Ic e a relação
de perímetro e diâmetro de Feret para amostra 010 do robô E .
83
Figura 7.19 - Distribuição de pontos de degradação segundo Ic e a relação
de perímetro e diâmetro de Feret para amostra 200 do robô E .
83
Figura 7.20 - Distribuição de pontos de degradação segundo Ic e a relação
de perímetro e diâmetro de Feret para amostra 271 do robô E .
84
Figura 7.21 - Relação entre geometria bidimensional de uma partícula,
perímetro e diâmetro de Feret .
84
Figura 7.22 - Distribuição contemplando as 50 maiores e as 50 menores
áreas degradadas .
85
Figura 7.23 - Localização de algumas formas bidimensionais de partículas
na distribuição de pontos de degradação segundo Ic e a relação
de perímetro e diâmetro de Feret .
86
Figura 7.24 - Curva de referência para o robô E da quantidade de veículos
produzidos em função da área degradada .
86
LISTA DE TABELAS
Tabela 5.1 - Limite de aços com liga e sem liga (análise de fusão) 50
Tabela 5.2 - Tolerâncias limítrofes da espessura para os produtos planos
modificados com fusão por imersão de aços maleáveis para
moldagem a frio (p.ex. conforme EN 10142) assim como de
aços de construção com valores mínimos para o alongamento <
280 N/mm² - (inclusive qualidades de aço FeE 550G S550GD)
(medidas em mm)
52
Tabela 5.3 - Tolerâncias limítrofes da espessura para os produtos planos
modificados com fusão por imersão de aços de construção com
valores mínimos para o alongamento ≥ 280 N/mm² (medidas em
mm)
53
Tabela 5.4 - Tolerâncias limítrofes da largura em produtos planos
modificados com fusão por imersão em larguras nominais ≥
600mm (tiras largas e barras) (medidas em mm)
53
Tabela 5.5 - Tolerâncias limítrofes da largura em produtos planos
modificados com fusão por imersão em larguras nominais <
600mm (tiras largas e barras divididas longitudinalmente)
(medidas em mm)
54
Tabela 5.6 - Tolerâncias limítrofes do comprimento (em chapas e barras)
(medidas em mm)
54
Tabela 5.7 - Tolerâncias de precisão para chapa modificada com fusão por
imersão de aços maleáveis para moldagem a frio (p.ex. conforme
EN 10142) assim como aços para construção com os valores
mínimos para o alongamento < 280 N/mm2 (medidas em mm)
55
Tabela 5.8 - Tolerâncias de precisão para chapa modificada com fusão por
imersão de aços para construção com os valores mínimos para o
alongamento ≥ 280 < 360 N/mm2 (medidas em mm).
55
Tabela 5.9 - Depósitos disponíveis. 56
Tabela 6.1 - Dados característicos comparativos entre materiais mais
comumente utilizados.
60
Tabela 7.1 - Características das janelas de proteção validadas para
utilização.
67
Tabela 7.2 Características de materiais para o primeiro ensaio com BK7,
Sílica Fundida e amostra de quartzo recuperado.
70
Tabela 7.3 - Resultados do primeiro ensaio com BK7, Sílica Fundida e
amostra de quartzo recuperado.
71
Tabela 7.4 - Resultados do terceiro ensaio com amostras de quartzo
recuperadas.
74
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
LASER - Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation
VW - Volkswagen do Brasil LTDA
Nd:YAG - Cristal de Ytrium, Alluminium e Garnet dopado com
Neodímium.
ZTA - Zona Termicamente Afetada
TEM - Transverse Electromagnetic Mode
TIG - Tungsten Inert Gas
MIG - Metal Inert Gas
dpi - Pontos por polegada (dots per inch)
LISTA DE SÍMBOLOS
Є - Emissividade [%]
R - Refletividade [%]
λ - Comprimento de onda [nm]
I
0
- Densidade de potência [W/mm
2
]
R
f
- Raio focal [mm]
T
f
- Temperatura de fusão [K]
T
v
- Temperatura de vaporização [K]
T - Temperatura [K]
K - Coeficiente de condutividade térmica [W.m
-1
.K
-1
]
E - Energia [J]
h - Constante de Planck [6,62.10
-34
J.s]
mdz - Massa dos depósitos de zinco [g/m
2
]
ecz - Espessura da camada de zinco [µm]
dz - Densidade do zinco [g/cm
3
]
υ - Freqüência [Hz]
1
1 INTRODUÇÃO E OBJETIVOS
1.1 O estado da arte da tecnologia LASER na indústria automobilística
É possível obter alguma compreensão em aplicações de LASER na indústria
automotiva considerando os desenvolvimentos recentes na Volkswagen-Alemanha.
Desde 1993, a companhia vem integrando geradores de LASER dentro da área de
manufatura em armações de carroceria.
São utilizados geradores de LASER de estado sólido de 4000W que soldam
carrocerias em seis plantas da Volkswagen ao redor do mundo: 4 na Europa, 1 na
América do Norte e 1 na África.
Na unidade Anchieta em São Bernardo do Campo são efetuadas soldas com
sobreposição de peças e soldas com adição de material unindo bordas, tais como as
que unem o teto às laterais e a que une duas partes da folha externa da tampa do
porta-malas. Os materiais são aços automotivos com cobertura de zinco galvanizados
ou aplicados a fogo.
Do ponto de vista do produto, a tecnologia LASER produz um veículo de melhor
manuseio como resultado de uma carroceria mais rígida e da redução do peso total
veículo, permite também a redução do consumo de combustível.
A Tecnologia LASER possui muitas vantagens adicionais em relação às tecnologias
de união de metais tradicionais, tais como linhas de manufatura mais compactas.
Obtém-se assim redução de utilização de espaço físico, redução do peso total do
veículo, aumento da velocidade do processo (resultando em uma produtividade
maior), tempos de ciclos mais curtos, distorções por calor minimizadas das partes
unidas, melhoria na rigidez das uniões comparada com a maioria dos processos
alternativos de solda contínua e alta flexibilidade de ferramental, pois o mesmo
LASER pode soldar com ou sem adição de material e ainda cortar.
Adicionalmente, um gerador LASER pode entregar um feixe de LASER para
múltiplas células de trabalho por meio de cabos de fibra óptica.
A solda a LASER oferece aos projetistas uma flexibilidade total na localização e
geometria das soldas sem sofrer deméritos em termos de velocidade. Os projetistas
podem colocar uniões com geometrias em locais de melhor encaixe para acomodar
2
os resultados de escolha de programas de cálculo e simulação. Os projetistas também
podem minimizar a quantidade de solda requerida, otimizar a rigidez de segurança do
veículo e minimizar custos de manufatura.
O LASER é gerado em 7 geradores com 6 canais de saída em cada um e que
distribuem os feixes de LASER através de cabos de fibra óptica até os cabeçotes
ópticos que tem a finalidade de focalizar o feixe de LASER no processo.
Quando o feixe de LASER incide sobre a chapa de aço, a radiação é inicialmente
absorvida superficialmente.
Em metais, por exemplo, com coeficientes de absorção da ordem de 2%, a energia é
depositada sobre frações de mícron da espessura da chapa. Desta forma, a
emissividade do material torna-se principalmente importante nos primeiros instantes
da interação e não desempenha nenhuma função importante na fase da formação da
poça de fusão.
Grandes quantidades do elemento zinco evaporam-se do banho e podem produzir
irregularidades na soldagem, bem como respingos. Freqüentemente, observa-se um
cordão com estrutura porosa causada pela passagem do vapor do zinco por entre o
metal (geralmente uma liga de cobre e silício) ainda em fusão.
O metal em fusão é levantado pela pressão do vapor na cavidade. O metal tem a
tendência de ser mantido na poça de fusão graças a uma combinação das forças de
gravidade, viscosidade e de tensão superficial. No próprio interior da cavidade, os
altos gradientes de temperatura e de pressão transmitem energia dinâmica de auto
grau à matéria fluída, acompanhada de suas particulares transferências térmicas.
Quando a quantidade de energia na poça de fusão for suficiente para expulsar
matéria, esta gerará os respingos de solda que acabam atingindo as janelas de
proteção.
Os resultados destes altos gradientes de temperatura são as reações de excitação e de
ionização dos átomos de vapor cujos calores latentes são muito maiores que aqueles
ligados às mudanças de fase que ocorrem nas zonas de soldagens utilizando outros
processos genéricos de soldagem.
A maior parte do problema respingo advém do item matéria-prima. Esta informação
é proveniente da experiência própria adquirida após alguns anos de trabalho com
3
estações de geometria a LASER. Em segundo lugar, está o sub-item de variação em
sistema de fixação.
A partir do momento em que se mantém corretamente as instalações e equipamentos
de um sistema de solda LASER, com um programa de manutenção adequado e
direcionado a atender especificações e recomendações dos fabricantes, pode-se dizer
que os equipamentos em sua totalidade não sofrem com variações capazes de impor
ao sistema grandes incrementos temporários de respingo.
Os respingos e emissão de particulado de forma geral são os causadores da
degradação do sistema óptico e conseqüentemente do componente estudado neste
trabalho.
O sistema óptico de aplicação, composto basicamente de uma fibra óptica para o
transporte do feixe de LASER e de um cabeçote óptico, destinado a focalizar o feixe
de LASER no processo, é o mais atingido pelos respingos de solda. As partes
principais de um cabeçote óptico de aplicação de feixe de LASER são as lentes de re-
colimação e focalização juntamente com a janela de proteção.
A função da janela de proteção, que é o último componente óptico do cabeçote e o
objeto de atenção do estudo proposto, é a de proteger a lente de focalização contra
poeira, fumos e respingos durante o processo de solda.
Entre o ponto focal e a janela de proteção, um soprador é responsável por gerar uma
cortina de ar comprimido que tem a finalidade de reduzir ou não permitir que
respingos de solda sejam depositados sobre a superfície da janela de proteção.
O efeito do depósito de respingos sobre a janela de proteção causa distúrbios ao feixe
LASER, pois nestas áreas o LASER é absorvido gerando acúmulo de calor em altas
temperaturas, o que promove uma aceleração da degradação deste componente e
conseqüentemente aumenta o risco de danos à lente de focalização. Outra parcela
deste fixe é novamente refletida ao sistema em forma de luz difusa.
As variáveis que interferem diretamente na taxa de degradação das janelas de
proteção, levando em consideração um processo estável, são várias destacando-se o
posicionamento e ângulo de trabalho do cabeçote óptico, a quantidade de solda
realizada, a pressão do ar comprimido usado na cortina de proteção, a potência
LASER utilizada e a quantidade de impurezas sobre as chapas.
4
As janelas de proteção utilizadas em processos de soldagem de carrocerias são
componentes feitos de Quartzo.
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo Geral
O componente em estudo, denominado por janela de proteção, faz parte de um
sistema de soldagem a LASER empregado em carrocerias automotivas e tem por
finalidade proteger outros componentes ópticos de alto valor de aquisição contra
respingos de solda.
A janela de proteção é o último componente ótico atravessado pelo feixe de LASER
antes que este atinja o processo. Ela deve possuir propriedades de alta transmitância
e baixa refletividade para determinados comprimentos de onda e ao mesmo tempo
deve possuir propriedades físicas que impeçam a sua ruptura por efeito de dilatação
térmica quando do trabalho com altas densidades de potência I
0
do feixe de LASER.
A preocupação referente à otimização de sua utilização reside no fato de ser um
componente de alto valor e utilizado em vários postos de trabalho. Se sua troca,
mediante seu índice de degradação, não for bem definida poderá acarretar prejuízo ao
processo causando demérito à qualidade do produto, ou aumentar o custo final do
produto à medida que for excessivamente trocado.
Na literatura de componentes ópticos, não existem trabalhos que ofereçam soluções
para economia nos gastos com tais componentes. Obviamente, com o aumento da
oferta de alguns itens, seus custos tendem a ser reduzidos, porém, apesar do aumento
constante do emprego de componentes, tais como as janelas de proteção estudadas
neste trabalho, a produção em larga escala com fornecimento por múltiplos
fabricantes ainda é um fato distante. Seu fornecimento continua sendo feito por
poucas empresas especializadas ao redor do mundo, o que impede que o custo
unitário tenha uma redução significativa.
A importância deste trabalho torna-se evidente neste caso, pois além de demonstrar a
viabilidade no reaproveitamento das janelas de proteção, também define um caminho
5
para se determinar a maximização da utilização de tal componente sem afetar a
qualidade do produto final.
1.2.2 Objetivo Específico
Este trabalho tem por objetivo propor uma forma de avaliar quantitativamente o
índice de degradação de janelas de proteção utilizadas em processos de soldagem a
LASER por meio da análise de imagens. Para isto, foram utilizadas amostras de
componentes reais em uma instalação cuja necessidade de se conhecer os limites
máximos e mínimos de utilização fazem a diferença entre possuir um processo mais
econômico com a manutenção da qualidade e um processo fadado ao
desaparecimento por sua ineficiência ou alto custo e que será facilmente vencido por
processos mais eficientes.
Quando grandes volumes produtivos são implementados em um parque industrial,
grande quantidade de materiais de consumo vinculada a este processo é necessária,
portanto, qualquer redução de custo é sempre bem vinda, especialmente quando esta
economia se torna segura por estar cerceada por parâmetros de processo.
1.3 Organização da Dissertação
Este trabalho está dividido em nove capítulos. O primeiro capítulo tem a finalidade
de expor o estado da arte referente à utilização e às vantagens dos processos de solda
a LASER na indústria automobilística. Neste capítulo também será demonstrada a
importância dos objetivos traçados com a finalidade de economia e otimização de
utilização de um componente consumível gerando ganhos no processo de solda
LASER.
O capítulo 2 tem por finalidade expor características práticas referentes ao princípio
de funcionamento dos equipamentos envolvidos no processo de solda a LASER e a
necessidade de se encontrar parâmetros que forneçam a melhor relação custo versus
benefício na utilização do objeto de estudo deste trabalho.
O capítulo 3 expõe as características do feixe de LASER e também os parâmetros e
condições que influenciam diretamente em um processo de solda a LASER
6
mostrando que a quantidade de variáveis que podem exercer influência no
surgimento de respingos de solda é grande e seu controle contínuo é tarefa árdua.
A importância do efeito obtido na interação matéria versus energia LASER
considerando diversos materiais é explicada no capítulo 4. As características dos
geradores utilizados e do processo são os influenciadores do aumento ou da redução
dos respingos de solda, que são os principais responsáveis pela degradação das
janelas de proteção, objeto de estudo deste trabalho.
Pelo fato do material a ser soldado ter influência na emissão de respingos de solda, o
capítulo 5 expõe as características de chapas de aço com revestimento de zinco,
segundo as normas atualmente vigentes de sua fabricação. Estas chapas são
empregadas nos processos de montagem de carrocerias automotivas que, após a
conformação a frio, são soldadas em estações de geometria a LASER.
O capítulo 6 faz uma descrição dos diversos tipos de janelas de proteção atualmente
utilizadas no mercado e suas respectivas características.
O capítulo 7 promove a análise estruturada da compreensão da causa do aumento de
incidência de respingos de solda em janelas de proteção e expõe os resultados dos
trabalhos anteriormente realizados na tentativa de reduzir os custos de utilização do
material em questão.
Também é neste capítulo que é exposto o estudo prático por meio da análise de
imagem de algumas amostras de forma a determinar uma coerência entre as trocas
efetuadas em postos de trabalhos específicos e o índice de degradação das amostras
em questão.
7
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 Princípio de Funcionamento do equipamento gerador LASER empregado
nos processos de solda.
Um gerador LASER utilizado em processos de solda deve gerar altas densidades de
potência I
0
com a propriedade de ser absorvida. O primeiro passo é conseguir uma
fonte geradora LASER capaz de gerar LASER da ordem de milhares de Watts. Hoje
é possível conseguir em uma cavidade geradora potência nominal da ordem de
centenas de Watt. Cavidade é a denominação de uma unidade geradora que compõe
um gerador LASER. Cavidades, associadas em série, são capazes de amplificar o
feixe com uma estabilidade em controle que torna possível a sua aplicação em um
processo em larga escala.
As cavidades utilizadas para se atingir esta ordem de potência são compostas por
duas lâmpadas de arco de aproximadamente 800W cada (DAVIS, C.C., 2000)
posicionadas paralelamente com um cristal que será excitado posicionado também
paralelamente entre as duas lâmpadas. Para que grande parte de toda energia das
lâmpadas seja destinada à excitação do cristal, um refletor envolve todo o conjunto.
A superfície do refletor é feita em ouro para que não haja índices de oxidação que
comprometam a absorção de radiação pelo cristal conforme Figura 2.1.
Figura 2.1 – Cavidade geradora LASER (TRUMPF GmbH, 2001).
8
No caso dos geradores utilizados, a excitação utiliza-se de três cavidades, ou seja,
entre o espelho de reflexão total e o espelho de acoplamento de saída existem três
cristais de excitação alinhados e seis lâmpadas de arco, como pode ser observado na
Figura 2.2.
Figura 2.2 – Conjunto de cavidades que compõe a região do ressonador e a região
do amplificador (TRUMPF GmbH, 2001).
Após deixar as cavidades, o feixe de LASER é direcionado para o obturador central,
que é o componente responsável por liberar o feixe para o processo ou enviá-lo para
um absorvedor (Figura 2.3), que é o componente necessário para consumir a potência
gerada no modo de espera (geralmente 10% do valor empregado no processo), pois
as lâmpadas não podem, em regime operacional, operarem com desligamento total e
religamento total.
A tecnologia atual, levando em consideração o tamanho dos cristais de Nd:YAG e a
potência das lâmpadas consegue produzir até 500W de potência LASER por
cavidade. O conjunto destas três primeiras cavidades é denominado por ressonador.
As demais cavidades têm a função de amplificação. Para se conseguir a potência
nominal dos geradores utilizados HL4006D de 4000W, faz-se necessário o emprego
de oito cavidades em cada gerador sendo que as primeiras três trabalham como
cavidades osciladoras e as cinco cavidades restantes têm o papel de amplificar o
feixe (TRUMPF GmbH, 2001).
Após o último estágio de geração do feixe, este é desviado a um conjunto medidor,
cujos valores são informados ao sistema de controle com a finalidade de garantir a
estabilidade de potência de geração do feixe de LASER.
9
Figura 2.3 – Mesa óptica composta pelos componentes cuja função é distribuir o
feixe de LASER gerado para um dos canais a ser utilizado (TRUMPF GmbH, 2001).
Posteriormente, o feixe deve ser liberado por um componente denominado obturador
central. Após deixar o obturador central, o feixe é direcionado por meio de espelhos
e corretores de colimação de feixe até um segundo nível de chaveadores que são os
responsáveis por fazer a entrega do feixe de LASER a uma entre seis diferentes
saídas conectadas a cabos de fibra óptica (Figura 2.4).
Cada um destes cabos de fibra óptica têm a finalidade de propagar o feixe LASER
até diferentes cabeçotes ópticos (Figura 2.5) que recebem o feixe LASER divergente,
torna-o colimado e posteriormente focalizando-o no produto. Os cabeçotes ópticos
são manipulados por robôs, que o operam com segurança e precisão.
Um tipo de LASER muito empregado para soldas em chapas de aço de carrocerias
automotivas é o Nd:YAG devido à alta absorção do comprimento de onda de
1064nm, emitido por este tipo de LASER (Figura 2.6) em regime, ou seja, após a
formação da poça de fusão.
10
Figura 2.4 – Conjunto de entrega de feixe de LASER formado pela fibra-óptica e
pelo cabeçote óptico (TRUMPF GmbH, 2001).
Figura 2.5 – Dois tipos de cabeçotes ópticos utilizados (RIBOLLA, A. et al, 2005).
11
Figura 2.6 – Curva de absorção de Nd:YAG para diversos tipos de materiais
(TRUMPF GmbH, 2001).
2.2 Princípio de Funcionamento da solda a LASER
Ainda que sejam utilizados exemplos referentes a outros tipos de meios excitadores
na geração de LASER e materiais, este trabalho abordará as características dos
equipamentos referentes a uma instalação específica que é formada por sete
geradores LASER.
Os geradores utilizados são compostos por oito cavidades geradoras, controle
eletrônico, um equipamento para refrigeração, um cabo de fibra óptica para cada uma
das seis saídas do gerador que for utilizada, cabeçotes ópticos de colimação e
focalização para a aplicação LASER no processo, um microcomputador para ajuste
dos parâmetros de solda bem como diagnóstico de falhas e uma interface de controle
remoto (Figura 2.7).
O LASER de Nd:YAG é gerado a partir do bombeamento de luz em um cristal
artificial de Ítrio, Alumínio e Granada dopado com Neodímio. O Ítrio é um metal
leve de coloração branco-prateada e facilmente moldável (densidade 4,47 g/cm³). Foi
descoberto por J. Gadolin em 1794 sendo denominado Ytterby. O ítrio tem um ponto
de fusão de 1526ºC e se inflama em chama vermelha acima de 500ºC. É também
utilizado como componente de liga em linhas condutoras de aquecimento, na
produção de aço níquel-cromo, no fósforo do tubo de raios catódicos da televisão
12
para produzir a cor vermelha, em velas de ignição para motores a gasolina de forma a
aumentar sua vida útil, em filtros de raios-X em superligas e também como
constituinte de supercondutores (VITA ZAHNFABRIK, 2002).
Figura 2.7 – Componentes de um sistema de solda a LASER (TRUMPF GmbH,
2001).
A luz necessária para excitar os cristais, como já foi mencionado anteriormente,
provém de duas lâmpadas de arco, que juntamente com o cristal de Nd:YAG são
confinadas dentro de uma cavidade refletora de luz e refrigerada com água a baixas
temperaturas.
2.3 Vantagens da utilização do processo de solda a LASER
Dentro da indústria automobilística, especificamente na área de armação de
carrocerias, responsável pela geometria e estrutura de um veículo, a tecnologia de
solda LASER vem sendo empregada com a finalidade de reduzir a quantidade de
pontos de solda-resistência por meio do emprego de cordões de solda
estrategicamente posicionados. Tais soldas, na maioria das vezes, não podem ser
feitas por dispositivos de solda-resistência, pois estes possuem dimensões que não
permitem alcançar regiões de difícil acesso (Figura 2.8).
13
Figura 2.8 – Comparação dimensional entre uma pinça elétrica e um cabeçote
óptico .
Outra vantagem de empregar-se o LASER em processos de solda, é que é possível
reduzir drasticamente a deformação de chapas de aço que ocorre com a degradação
térmica do material na região afetada pelo calor (Figura 2.9) aplicado ao processo,
haja vista que é possível conseguir altas densidades de potência I
0
com um feixe de
LASER.
Por fim, utilizando-se este tipo de LASER é possível fazer a entrega do feixe de
LASER ao processo através de cabos de fibra óptica flexíveis, o que também
contribui para o acesso fácil a determinadas regiões da carroceria com manipulação
por meio de robôs.
14
Figura 2.9 – Comparação da ZTA entre o processo de Brasagem LASER e MIG .
2.4 Produtos e Processos
A instalação utilizada para estudo é uma estação de geometria de carrocerias
automotivas composta por duas cabines de solda a LASER. Atualmente em uma
delas são soldadas as carrocerias dos modelos VW240 e VW241 (Polo Hatch-back e
Polo Sedan respectivamente) e na outra cabine é soldada a carroceria do modelo
VW249 (Fox) (Figura 2.10). Até há alguns meses atrás, o modelo VW249 não era
produzido nestas instalações. Ambas as cabines são providas por LASER que é
gerado em sete geradores com seis canais de saída em cada um e que distribuem os
feixes de LASER por meio de cabos de fibra óptica até os cabeçotes ópticos que têm
a finalidade de focalizar o feixe de LASER no processo. Assim, o LASER é
empregado para realização de solda de duas formas distintas: a primeira é o processo
de solda por união de chapas, onde duas ou três chapas são unidas mecanicamente e
15
são bombardeadas perpendicularmente por um feixe de LASER de forma a
concatenar as chapas por fusão. A segunda é o processo de brasagem, aplicado
somente na região do teto das carrocerias quando duas chapas são posicionadas e um
feixe de LASER percorre a extremidade das chapas fazendo com que um arame de
CuSi
3 seja fundido e depositado nas extremidades dobradas de ambas as chapas.
Figura 2.10 - Configuração das estações de geometria a LASER utilizadas .
2.5 Variáveis de processo controláveis e não controláveis
Considerando as variáveis de um processo de união a LASER que interferem na
emissão de particulado, pode-se efetuar uma separação em dois grupos relevantes. O
primeiro grupo, que denominaremos variáveis controláveis, são as variáveis impostas
pelo processo de soldagem por meio da estrutura de equipamentos que o influenciam
diretamente. O segundo grupo, que será denominado variáveis não controláveis, são
as variáveis que processos anteriores ou adjacentes empregam ao processo sem que
um controle efetivo possa ser feito. Esta separação em grupos serve para determinar
quais variáveis serão consideradas neste estudo e quais não poderão ser consideradas.
16
As variáveis não controláveis, por não serem de domínio do processo em questão,
serão desconsideradas.
2.5.1 Variáveis de processo controláveis
2.5.1.1 Potência do feixe de LASER
Em relação às variáveis controláveis, é possível determinar com precisão a potência
do feixe de LASER que é aplicada ao processo e esta variável tem uma implicação
direta na quantidade de respingos emitidos. Na saída dos geradores LASER existe
um sensor que faz a medida da potência do feixe e reporta a um circuito responsável
pelo controle automático de ganho, que mantém a intensidade de geração do feixe de
LASER sempre constante. Os componentes que conduzem o feixe de LASER após o
controle de ganho possuem sensores óticos e de temperatura que indicam se existem
perdas no sistema. Desta forma, esta variável será considerada controlável.
2.5.1.2 Comprimento total dos cordões e velocidade do robô de aplicação
O comprimento total dos cordões e a velocidade do cabeçote óptico manipulado
pelos robôs de cada estação de trabalho caracterizam o tempo de exposição ao
processo do cabeçote óptico e, conseqüentemente, o tempo de exposição da janela de
proteção. Tal variável controlável também tem influência direta na quantidade de
respingos que serão depositados na superfície da janela de proteção.
2.5.1.3 Distância focal
No caso da distância focal, ela é considerada uma variável controlável, pois possui
seu valor fixado e não sofre variações, pois a tolerância da região focal é muito
pequena e qualquer variação comprometeria as condições estruturais da solda. Seu
valor é de 200mm para o processo em estudo.
17
2.5.2 Variáveis de processo não controláveis
2.5.2.1 Intensidade da cortina de ar comprimido
A cortina de ar comprimido gerada para reduzir a quantidade de respingos na
superfície da janela de proteção é aplicada através de um bico padrão e idêntico em
todos os postos de trabalho com orifícios alinhados e o ar é soprado a uma distância
de 50mm do ponto focal do feixe de LASER, paralelo à janela de proteção com
pressão de uma linha de 6 bar. Se for considerado que uma manutenção constante é
aplicada aos bicos sopradores, pode-se dizer que respingos que poderiam aderir à
saída de ar dos bicos não influirão significativamente no processo.
2.5.2.2 Quantidade de óleo depositado sobre as chapas de aço
Por vezes a quantidade de óleo, necessária aos processos de conformação a frio,
excede os limites. Quando tal problema é identificado, uma limpeza manual é
efetuada em cada carroceria antes da estação de solda, pois o problema gerado pode
tornar-se mais complexo do que somente um aumento da emissão de particulados.
Uma quantidade excessiva de óleo pode gerar problemas na qualidade do cordão de
solda, tanto do ponto de vista de acabamento superficial, quanto do ponto de vista
estrutural. Esta variável é levada a níveis onde a qualidade do produto é possível de
ser praticada, porém não pode ser denominada como uma variável controlável.
2.5.2.3 Variação dimensional das peças a serem unidas
A variação dimensional, assim como o excesso de depósitos de óleo, exerce uma
influência muito forte na qualidade do produto, portanto, toda vez que uma variação
dimensional acontece, ela é automaticamente corrigida para níveis de trabalho
exigidos pela qualidade do processo. Isto torna esta variável aparentemente estável,
porém também não pode ser denominada como uma variável controlável.
18
2.5.2.4 Variação da camada de zinco aplicada
No caso dos depósitos de camadas de zinco das chapas de aço utilizadas no processo,
admitir-se-á que o fabricante está fornecendo os depósitos dentro da norma DIN EN
10327.
19
3 CARACTERÍSTICAS DO FEIXE
3.1 A Soldagem a LASER
Uma vez que um feixe LASER seja utilizado, a soldagem ocorre primeiramente por
meio da interação da radiação do feixe com a matéria que é parte absorvido e parte
refletido. A parte absorvida é de tal ordem de intensidade que aquece o material
levando-o à fusão ou vaporização dependendo do índice de densidade de energia.
Na fase de vaporização do material, forma-se uma coluna de vapores metálicos
partindo do ponto de interação do feixe com o material e avançando em direção ao
interior da peça. Esta coluna de material irregularmente derretido, denominada como
poça de fusão, absorverá tanta radiação incidente na peça quanto o seu perfil
irregular permitir, distribuindo a radiação em seu interior.
A aplicação do feixe de LASER é notoriamente dinâmica sendo que, o deslocamento
da peça garantirá a sustentação da poça de fusão, porém existirá uma velocidade de
avanço mínima e máxima para que o processo se sustente. Com o deslocamento da
poça de fusão, a massa de material líquido vai se solidificando ocorrendo assim a
soldagem.
Em um segundo caso, quando a densidade de energia não for suficiente para a
derreter completamente o material, ocorrerá a soldagem por condução, que terá um
mecanismo extremamente semelhante aos processos de soldagem convencionais,
com o calor sendo dissipado lateralmente (aumento da ZTA) (DAWES, C., 1992).
A fim de fazer com que a potência seja incrementada levando ao conseqüente
aumento da penetração, um recurso usado é a utilização do LASER de modo
pulsado. Neste modo, o equipamento fornece a potência em dois diferentes
patamares, em um mecanismo semelhante ao MIG pulsado. Este princípio é bastante
útil na soldagem de materiais como alumínio e cobre por serem extremamente
reflexivos para algumas freqüências irradiadas e difíceis de soldar com este processo.
Porém, em nosso caso prático de estudo, é utilizado somente o LASER contínuo
(DAWES, C., 1992).
20
3.2 Influências no rendimento do processo de solda a LASER
Uma vez que o processo tenha sido definido e o comprimento de onda determinado,
a potência do feixe é o fator mais importante a ser considerado no grupo de
parâmetros a serem definidos, uma vez que está diretamente ligada com a espessura
máxima a ser soldada. O modo do feixe é a forma como a potência é distribuída ao
longo da secção do feixe e é um fator importante a se considerar, pois influencia na
potência máxima utilizada e na simetria do feixe. A qualidade dos componentes do
sistema óptico é o que determinará a diferença entre a potência gerada e a que
efetivamente vai atingir a peça, ou em outras palavras o rendimento, uma vez que o
feixe perde potência em cada componente refletor ou condutor utilizado. Além disso,
o sistema óptico atua também na determinação do diâmetro do feixe na zona de
interação.
3.3 Modo de Feixe
Por ocasião da determinação do material a ser soldado e do tipo de equipamento
usado para a solda, é necessário conhecer as características e estrutura do modo de
feixe para melhor determinar o diâmetro do feixe incidente. Este estudo é geralmente
realizado pelo fabricante do equipamento e o usuário geralmente desconhece suas
características. A densidade de potência através do diâmetro de saída de um feixe de
LASER não é uniforme e é dependente do meio ativo que é utilizado para gerar o
LASER, de suas dimensões internas, do projeto de realimentação óptica e do sistema
de excitação empregado (DAWES, C., 1992). A característica da secção transversa
de um feixe de LASER, que mostra a sua distribuição de potência, é chamada de
Modo Eletromagnético Transverso (Transverse Electromagnetic Mode – TEM)
seguida por um índice de dois dígitos “m” e “n” sendo representada na forma
TEMmn. Outro autor já identifica o modo TEMmn como a distribuição de campo
elétrico que está associada com qualquer raio que percorra uma trajetória fechada
(YOUNG, M., 1998). Muitos modos podem ser projetados e cada tipo é denominado
segundo o seu número. Em geral, quanto maior o número, maior é a dificuldade de se
focalizar o feixe de LASER para um ponto mais estreito de forma a se atingir uma
21
densidade maior de potência. Feixes de LASER com TEM
00
, TEM
01
, TEM
10
, TEM
11
e TEM
20
e combinações destes modos são geralmente utilizados. Na Figura 3.1 se
tem como exemplo o TEM
00
, com uma distribuição gaussiana, com a melhor
qualidade de raio.
Figura 3.1 - Característica do Modo do Feixe – O modo de ordem mais baixa
possível em forma de sino (distribuição na curva Gaussiana) de luz através de um
feixe de LASER (GIMENES, Jr. L. et al, 2006).
O TEM
00
designa o modo transverso mais simples de um LASER com uma
distribuição de energia Gaussiana através do feixe (Figura 3.2). Ao longo deste
capítulo, consideremos uma distribuição gaussiana do feixe (modo TEM
00
). Para
uma determinação precisa, fazem-se medições experimentais (ALBRIGHT, C.,
1985) (DAWES, C., 1992).
Figura 3.2 – Visualização do Modo Transversal TEM
00
(GIMENES, Jr. L. et al,
2006).
22
A Figura 3.3 mostra os tipos de formatos básicos das características de modo de
feixe. Alguns feixes de LASER produzem muitos modos diferentes e estes são
geralmente referenciados por possuírem um tipo de operação multímodo.
Figura 3.3 - Modos básicos de feixe produzidos por diferentes feixes de LASER.
Alguns feixes de LASER possuem combinação destes modos (DAWES, C., 1992).
3.4 Parametrização do processo de solda
Para realizar a parametrização do sistema, é necessário conhecer bem as variáveis
envolvidas. Com este intuito, elas serão divididas em dois grupos: primárias
(referentes ao equipamento) e secundárias (referentes ao produto) (ALBRIGHT, C.,
1985).
As principais variáveis primárias também dependem do tipo de LASER e são
classificados em potência do feixe de LASER, diâmetros do raio incidente, absorção
do material para o comprimento de onda utilizado, velocidade de soldagem, proteção
gasosa, distância focal, pulso, geometria e espaçamento entre peças a serem soldadas.
As variáveis secundárias são classificadas em profundidade de penetração e
propriedades físicas e metalúrgicas.
O material a ser soldado apresenta diferentes propriedades e entre elas a
absortividade do material para determinados comprimentos de onda intrínsecos a
cada tipo de LASER é extremamente importante, pois dará uma indicação para
determinar quanto de radiação será refletido ou absorvido pelo material e, com isto,
23
qual a potência de feixe necessária e ainda se será do tipo pulsado ou contínuo. Tais
definições são feitas ainda em fase de projeto.
A penetração é diretamente relacionada com a densidade de potência, a qual está
relacionada com a potência e o diâmetro do feixe. Para se medir a energia de saída
das cavidades ressonantes e conseqüentemente dos geradores, utilizam-se medidores
de potência refrigerados a água. Se a potência a ser medida não atingir um valor tão
grande, pode ser utilizado o próprio absorvedor interno contido dentro de cada um
dos geradores LASER para que a medida possa ser feita.
O diâmetro do raio incidente é um dos parâmetros mais importantes, pois determina
a densidade de energia. Quando são empregadas altas potências de LASER, seu
ajuste focal e de posição para emprego em processo é feito utilizando um outro
LASER, de potência muito inferior e de comprimento de onda dentro do espectro
visível.
O fator absorção é o que determina a eficiência do feixe de luz incidente na peça.
Qualquer cálculo de energia transferida por um processo de soldagem utilizando
LASER é baseada na energia absorvida pela peça. Outros fatores também
influenciam, como a qualidade da superfície e o gás de proteção (caso seja utilizado).
Para uma dada potência, um decréscimo na velocidade de soldagem, origina um
aumento da penetração. Elevadas velocidades podem originar penetrações
insuficientes, enquanto baixas velocidades conduzem a fusões excessivas do metal
provocando vaporização e perda de material com a conseqüente formação de
defeitos, na Figura 3.4 é exposta a influência da velocidade para diferentes potências
de LASER.
Quando utilizado, o gás de proteção serve para remover o plasma formado na fusão
(ou vaporização) do material. Caso não seja feita esta remoção, o plasma tende a
absorver e desviar o feixe de LASER causando demérito de qualidade em alguns
tipos de processos. O tipo de gás utilizado e seus diferentes potenciais de ionização
proporcionarão diferenças na interação entre feixe e matéria alterando a transferência
da energia. Outro fator influenciado pelo gás é a composição química da atmosfera
criada nas proximidades do local aonde a solda é realizada. Se esta atmosfera for
criada com um gás inerte, este terá a propriedade de remover o oxigênio da região
reduzindo assim a susceptibilidade à corrosão. Porém, um ponto negativo criado pela
24
aplicação de gás é que, dependendo de como for aplicado, pode gerar redução de
temperatura na região de solda. Dependendo do nível da qualidade de solda exigida,
não é vantajosa a utilização de aplicação de gás, pois desta forma gastos extras com
energia elétrica, manutenção e com o próprio consumo de gás deverão ser previstos
como custos fixos para a instalação (BRYSCH, P. , 2003).
Figura 3.4 - Potências de aplicação de LASER x penetração para três diferentes
velocidades de soldagem com Nd:YAG (TRUMPF GmbH, 2001).
O ponto focal é considerado como o máximo ponto de convergência do feixe. Seu
posicionamento é crítico para determinar um bom rendimento do processo de
soldagem e para determinar a qualidade do processo. No caso da brasagem, ou solda
com adição de material, o ponto focal é aplicado de tal forma que seu centro atinja o
material a ser aplicado e suas bordas atinjam as duas chapas que serão unidas pelo
material de fusão (BRYSCH, P. , 2003).
O LASER pulsado, também empregado em processos de solda, é usado
principalmente quando o objetivo é aumentar a penetração. Os parâmetros de pulso
são a duração, ou largura de pulso e a freqüência. No caso das instalações onde
25
foram feitos os ensaios que serão mostrados adiante, não é utilizado este recurso,
sendo que os geradores de LASER utilizados são de feixes contínuos.
Um dos principais problemas enfrentados nos processos de solda LASER é referente
ao assentamento de peças. A localização da peça a soldar na direção perpendicular ao
feixe é fundamental, pois a focalização do feixe faz com que este tenha sua
densidade ótima em uma determinada distância. Fora dela, o feixe já não é tão
concentrado e, para a mesma potência apresentará maior dimensão de ponto focal
com redução de densidade de potência e conseqüentemente menor penetração.
A garantia da correta conformação das peças a serem soldadas e o respeito às
tolerâncias dimensionais referentes ao projeto, se forem devidamente certificadas,
garantirão a qualidade do produto e o rendimento do processo. 90% dos problemas
de qualidade e rendimento das instalações nos processos de solda a LASER advém
de variações no fornecimento do produto a ser soldado. As variações são as mais
abrangentes possíveis. Elas vão desde a própria variação dimensional, passando pela
qualidade ou pelo tipo do revestimento de zinco e chegam até os elementos
contaminantes, tais como o adesivo utilizado com finalidades estruturais e os
lubrificantes, às vezes, utilizados para o processo de conformação a frio (BRYSCH,
P. , 2003).
26
4 INTERAÇÃO DA ENERGIA COM A MATÉRIA
4.1 Influência da Refletividade
Para conhecer as possibilidades e os limites das operações realizadas com LASER,
faz-se necessário compreender os processos de interação entre feixe incidente e
materiais a serem processados.
A apresentação das características físicas dessa interação terá como centro os
materiais metálicos, mas as propriedades essenciais de tal interação LASER-matéria
são aplicáveis a todos os outros tipos de meios sólidos. A partir do momento que
uma radiação incide sobre uma peça, uma fração dessa radiação atravessa esta peça,
outra fração é absorvida e uma terceira é refletida. A energia absorvida aquece o
material começando por sua superfície.
Existem vários regimes a serem examinados, conforme a duração da irradiação e
conforme a densidade de potência depositada. Se o modo de operação do LASER é
pulsado, o que não é o caso das fontes onde acontecem os nossos estudos, as perdas
por condução térmica na matéria são desprezíveis para períodos pequenos de pulsos,
porém, elas devem ser consideradas em geradores de LASER de pulsos longos e em
geradores de LASER de emissão contínua.
Levando em consideração a questão da refletividade, em um sólido opaco, para um
dado comprimento de onda, a fração absorvida da radiação incidente é dada por:
Є = 1 - R (4.1)
O parâmetro Є é a emissividade e R é a refletividade que é a relação entre a potência
refletida e a potência incidente normal. Estes parâmetros podem ser medidos ou
calculados a partir do conhecimento das constantes ópticas do material.
A Figura 4.1 apresenta a refletividade de alguns metais em função do comprimento
de onda λ. Constata-se que, exceto para o alumínio, a refletividade sofre variações
muito acentuadas em uma banda espectral até os 600 nanômetros, favorecendo o
emprego de LASER para esta faixa de comprimento de onda. No infravermelho, a
refletividade atinge rapidamente um valor constante acima de 90%, o que
27
desqualifica os geradores de LASER que trabalham na região do infravermelho para
a maioria destes materiais.
Todos os valores indicados nas curvas da Figura 4.1 aplicam-se apenas a superfícies
metálicas limpas. Na prática, quando da aplicação com LASER, é preciso considerar
o estado de oxidação ou de contaminação da superfície, o que altera profundamente
os dados anteriores. Sendo assim, a Figura 4.1 apresenta informações de caráter
qualitativo (J. K. CONSULTING, 2006).
Figura 4.1 - Refletividade de vários metais em função do comprimento de onda com
indicação da posição de várias faixas de trabalho de feixes de LASER correntes (J.
K. CONSULTING, 2006).
A 10,6µm, no comprimento de onda emitido pelo LASER de CO
2
, considerações
referentes à refletividade são decisivas. A absorção do cobre, como a da prata, é
cerca de 1,5%, enquanto a absorção do aço é da ordem de 4%. Portanto, apesar do
baixo rendimento do processo, o aço absorve uma fração 2,5 vezes maior da radiação
do que o cobre e a prata. Sendo assim, para o LASER de CO
2,
os aços têm sua
propriedade de soldabilidade superior à do cobre ou da prata. Essa refletividade
elevada chegou a ser, durante muito tempo, uma barreira para a aplicação do LASER
de CO
2
na soldagem de metais como o ouro nas quais a influência do comprimento
de onda também é muito acentuada. No aço, a emissividade a 1064nm é cerca de
28
40%, ou seja, 10 vezes o valor anterior. Isso significa que, ao menos na fase inicial,
um LASER Nd:YAG com intensidade igual à de um LASER de CO
2
terá sua
radiação 10 vezes mais absorvida, para as mesmas condições de feixe. Esta
observação demonstra o quanto é vantajoso dispor de feixes de LASER de neodímio
com alta potência e emissão contínua.
Embora um valor exato de Є desempenhe um papel destacado na decisão da
definição do índice de absorção e no aquecimento inicial consecutivos à irradiação
de um metal, verificou-se que esse parâmetro começa a variar desde os primeiros
instantes de sua aplicação para potências incidentes consideradas suficientes para a
operação em regime.
Com efeito, a partir do momento em que o metal começou a sofrer uma
transformação estrutural ou mecânica nas proximidades do ponto de fusão, ele se
comporta, mais ou menos, como um absorvedor de alto rendimento, com uma
emissividade tendendo a 1 (ALBRIGHT, C., 1985). O aumento da absorção da
radiação incidente pode ser considerado muito rápido. Esta propriedade é que faculta
aos geradores de LASER de CO
2
e de Nd:YAG um papel tão importante no trabalho
de metais, apesar de seu comprimento de onda a princípio desfavorável (Figura 4.2).
Pode-se avaliar qualitativamente a temperatura média atingida em regime
estacionário no centro de um feixe de perfil gaussiano focalizado sobre um
determinado material (RYKALIN, N. et al, 1978). Para isso, basta considerar que a
densidade de potência absorvida (Є.I
0
) é igual ao fluxo de calor dissipado
(MONTOYA, J. W. R. , 2005). Este fluxo é proporcional ao gradiente de
temperatura (SCHMIDT, R. et al, 1998) que se avalia impondo que a temperatura T
reduz-se à metade em uma distância da ordem do raio R
f
da zona focal. Com efeito,
conforme já ficou implícito anteriormente, quando a quantidade de energia absorvida
pelo material é suficiente para ultrapassar a energia de ligação dos átomos e
moléculas que asseguram a estrutura do meio, à medida que a temperatura se eleva,
efetuam-se transformações termodinâmicas no interior desse meio.
29
Figuras 4.2 - Percentuais de absorção e rendimento total para diversos tipos de
feixes de LASER e materiais (TRUMPF GmbH, 2001).
Com feixes de LASER de potência corretamente focalizados, a superfície atinge
rapidamente sua temperatura de fusão. Evidentemente, essa fusão induzida por
LASER está na base das técnicas de soldagem e é indicada por três autores distintos
(RYKALIN, N. et al, 1978) (ALBRIGHT, C., 1985) (DAWES, C., 1992). Nesse
caso, deseja-se uma penetração máxima sem que se atinja a temperatura de
vaporização, o que só é obtido em condições bem específicas de densidade de
potência e de duração de irradiação. Já em outras aplicações, tais como a perfuração
ou o corte, deseja-se atingir e ultrapassar esse ponto de vaporização.
Portanto, formulando a hipótese de que os efeitos térmicos úteis são produzidos
somente quando a temperatura T atinge o valor da temperatura de fusão T
f
ou então a
temperatura de vaporização T
v
pode-se, consultando as tabelas especializadas,
comparar os méritos dos geradores de LASER no trabalho desses materiais. A Figura
4.3 estabelece essa comparação.
Baseado na relação E = h.υ onde E é igual à energia dada em Joules, h é a constante
de Planck (6,62.10
-34
J.s) e υ é a freqüência (COHEN-TANNOUDJI, C et al, 1977), a
Figura 4.3 apresenta as potências relativas necessárias para atingir a temperaturas T
f
30
e T
v
de cinco metais: cobre, titânio, platina, ferro, alumínio. Dessa forma, é possível
avaliar as dificuldades para se atingir diversos gradientes de temperatura com
diferentes tipos de geradores de LASER (Ar, rubi, Nd:YAG, CO
2
). Para os geradores
de LASER de argônio, rubi ou neodímio, qualquer que seja o material considerado,
as potências relativas a serem utilizadas são muito próximas com um sutil efeito de
escala devido aos comprimentos de onda. No LASER de CO
2
, o efeito de
comprimento de onda é bastante evidente.
Figura 4.3 – Potências LASER relativas para atingir o campo das temperaturas
compreendidas entre as temperaturas de fusão e de vaporização, em metais como o
cobre, titânio, platina, ferro, alumínio (apud comunicação interna).
Pode ser também percebido que as dificuldades de aplicação de LASER, por
exemplo, a soldagem de metais como o ferro e, sobretudo o cobre, explicam-se pelos
elevados valores de seu coeficiente (K.T
f
), que no cobre atinge 5400 W / cm, ou seja,
3,5 vezes mais que no ferro (RYKALIN, N. et al, 1978).
Para um LASER como o CO
2
, essas observações sobre a absorção permitem a
elaboração de um gabarito explicando as capacidades dos diferentes grupos de
materiais a serem trabalhados.
31
Utilizando-se um modelo da absorção da energia LASER para um determinado
material (LANDAU, L. et al, 19-?), ainda simplificado e um pouco mais exato e,
levando-se em consideração a variação da emissividade com a temperatura, é
possível produzir os resultados da Figura 4.4 utilizando como material o aço
inoxidável 304. Tal curva representa a absorção da energia LASER em função da
densidade de potência ou da temperatura de superfície para dois comprimentos de
onda muito utilizados. Os resultados demonstram claramente que, quando é atingida
a temperatura T
f
, ocorre uma brusca variação de fração de potência absorvida. Por
último, efetuando-se a determinação da densidade de potência para a temperatura T
v
sobre a curva, é possível delimitar três zonas de potências específicas,
correspondentes a três níveis de temperatura para trabalho, respectivamente o
tratamento térmico, a soldagem e o corte, porém é importante lembrar que somente
nas últimas duas existe a emissão de respingos.
Figura 4.4 – Absorção de energia LASER, em função da densidade de potência I
0
no
centro da zona focal, para o aço inoxidável 304. Estão indicados os limiares
correspondentes às temperaturas de fusão e de vaporização (apud comunicação
interna).
32
Ainda em relação à propriedade de refletividade, é importante mencionar o efeito da
polarização. Neste caso, o valor da refletividade varia conforme a orientação relativa
do campo elétrico da onda LASER e do plano de incidência. Para um feixe cuja
polarização do campo elétrico é perpendicular ao plano de incidência, a refletividade
é sempre elevada, qualquer que seja o ângulo de incidência.
Para uma polarização do campo elétrico paralelo em relação ao plano de incidência,
a refletividade decresce à medida que aumenta o ângulo de incidência e, nessas
condições, o acoplamento entre o feixe e o material a ser processado é maior, o que
significa que a absorção aumenta. Esse efeito tem conseqüências importantes para
certas operações com LASER, pois a eficácia depende da orientação relativa da
direção de polarização e da direção de translação do produto. Essa propriedade
importante é explorada no corte de materiais (metais, plásticos, madeiras) em que o
emprego de um feixe de polarização paralelo à direção de corte aumenta a velocidade
de trabalho, bem como a qualidade do traço de corte.
É importante lembrar que o trabalho em diversos materiais consiste em controlar o
estabelecimento de um equilíbrio térmico em resposta à súbita aplicação de uma
fonte de energia térmica. Por exemplo, a manutenção controlada de uma zona de
matéria fundida sob irradiação LASER depende basicamente da difusão do calor no
material.
A esse respeito, o parâmetro crítico desse regime não estacionário é a difusividade
térmica do material que é medida pela razão entre unidade de área e tempo
(RYKALIN, N. et al, 1978). Esse parâmetro é diretamente proporcional à
condutibilidade térmica, e inversamente proporcional à densidade do material, bem
como ao seu calor específico. A difusividade determina a rapidez com que um
material aceita e conduz a energia térmica.
Com a aplicação do feixe, produz-se no interior da matéria o fenômeno de cavidade
que se estabelece no banho de fusão, de forma que a energia do LASER penetre
profundamente e seja depositada no interior do metal. O escoamento do metal em
fusão, consecutivo à passagem do feixe, solidifica-se atrás da zona focal e torna a
fechar a poça de fusão. Peças de aço inoxidável com 10mm de espessura são
habitualmente soldadas dessa maneira.
33
Considerando a mesma faixa de densidade de potência, se o material a ser
processado for varrido rapidamente, ou seja, em alguns microssegundos, a fusão do
metal fica confinada superficialmente em espessuras muito pequenas, compreendidas
entre 1 e 10 micrômetros. Nesse processo, ocorrem gradientes muito elevados de
temperatura, que acarretam gradientes de tempo de redução de temperatura
consideráveis. Produzem-se assim novas microestruturas metalúrgicas muito
homogêneas, ou ainda ligas amorfas. Tais técnicas podem ser aplicadas nos
processos de vitrificação e também onde o efeito desejado é a abrasão por
vaporização de uma substância sólida, como no corte ou na perfuração.
Convém notar que temperaturas de fusão para o aço são atingidas com densidades de
potência LASER situadas entre 10
3
W/mm² e 10
4
W/mm². Em contrapartida, é
necessário dispor de uma potência específica pelo menos dez vezes mais elevada
para atingir a temperatura de vaporização, ou seja, aproximadamente 10
4
a 10
6
W/mm² em feixes de LASER visíveis ou próximos do infravermelho, e 10
4
a 3.10
5
W/mm² em feixes de LASER de CO
2
. Na realidade, quando um feixe LASER de
grande densidade de potência (aproximadamente 10
4
W/mm²) é irradiado em um
determinado material, a superfície deve primeiramente entrar em fusão antes de se
evaporar, porém, devido à rapidez com que é atingida a temperatura T
v
de
vaporização, pouca matéria tem tempo de se fundir, e predomina o processo de
evaporação do metal e conseqüente emissão de particulado.
Após ser atingida a temperatura T
v
, o LASER continua a depositar energia na
superfície que fornece o calor latente de vaporização e que garante a forma de vapor.
O resultado é o surgimento de um orifício no material processado. Os geradores de
LASER mais eficazes para a perfuração são os pulsados, que libertam
aproximadamente 10
4
W/mm² na zona focal com durações de pulso ajustadas em
função da difusividade térmica do material processado.
Do ponto de vista do mérito em perfuração ou em corte, os materiais classificam-se
segundo seus respectivos coeficientes K.T
v
. Poder-se-ia supor que, para aumentar a
abrasão de matéria, seria preferível utilizar geradores de LASER que fornecessem
uma grande potência de pico, como por exemplo geradores de LASER
desencadeados ou destravados, (Q-switched). Paradoxalmente, não é o que acontece.
Com efeito, já nos primeiros nanosegundos do pulso as camadas superficiais dos
34
materiais a serem processados são vaporizadas, a radiação incidente interage com
esse vapor, conduzindo-o a uma alta temperatura (superior a 10000°C). Uma fração
importante dos átomos do vapor metálico superaquecido vê-se então excitada ou
ionizada. Tais átomos combinam-se com os gases circundantes, principalmente o
oxigênio e o nitrogênio, para formar um plasma, isto é, um gás ionizado que absorve,
reflete ou difunde muito fortemente essa radiação incidente, formando assim uma
blindagem contra a penetração do LASER no material a ser processado.
Algumas experiências efetuadas com alumínio, utilizando um LASER de CO
2
liberando pulsos de 2.10
4
W/mm² durante 5ms, demonstraram, com a ajuda de uma
câmera de alta velocidade, a formação em aproximadamente 1ms de uma nuvem
incandescente estendendo-se acima da superfície do material em processo a uma
altura de aproximadamente 10mm, propagando-se dentro do feixe de LASER em
direção de uma zona com menor densidade de potência. Tal nuvem incandescente
promove uma blindagem e quando isso ocorre, o material a ser processado já não
fornece mais partículas incandescentes e a nuvem dissipa-se (DAWES, C., 1992).
Tal propriedade de processo gerou o termo LASER Supported Absorption Wave
(LSAW) para as ondas de absorção induzidas por LASER (SCHWICKERT, M. et al,
2004).
A natureza do material irradiado influi bastante na criação dessa onda LSAW que se
forma sobretudo com metais, mas não ocorre com materiais como a grafite ou os
compostos fibrosos. Para evitar a aparição desse efeito de blindagem de plasma,
substitui-se o ar ambiente por um gás inerte como o argônio, o hélio ou uma mistura
de ambos, que é mais difícil de ser excitada ou ionizada, porém deve ser lembrado
que a aplicação de gás no processo exerce influências na temperatura, pois ele é
diretamente aplicado na região de solda, o que pode comprometer a qualidade do
processo e gerar trincas (STOUT, R. D. et al, 1997).
No caso das estações de geometria utilizadas na VW, o gás inerte de proteção não foi
utilizado levando-se em consideração principalmente que, apesar do conhecido
ganho na qualidade do processo, o custo de sua aplicação é elevado e, além disso,
seu emprego insere mais uma variável no processo, pois altera a temperatura da
região.
35
Outra técnica onde o LASER é empregado é a perfuração, que explora a criação de
ondas de choque na matéria por meio da "explosão assistida por LASER". Tal
processo é factível quando da evaporação superficial de matéria com transferência de
quantidade de movimento e recuo do material superaquecido contra a superfície
(SCHIFF, L. I., 1968). Desta forma, gerando-se as ondas de choque e de pressão, é
possível remover da cavidade perfurada os líquidos, os detritos sólidos e os óxidos e
nitretos. Tal processo utiliza feixes de LASER de Nd:YAG ou o de rubi empregando
para isso densidades de potência muito elevadas, da ordem de 10
7
W/mm².
Por meio dos diferentes processos físicos que ocorrem durante a irradiação de um
material por um LASER é possível concluir que estes podem ser distinguidos
segundo as características termomecânicas do material, mas, sobretudo, segundo o
período de irradiação e a sua intensidade superficial. Baseando-se nesta conclusão, é
possível separar as diferentes famílias de transformação e determinar os seus
respectivos campos de aplicação. O diagrama apresentado na Figura 4.5 pode ilustrar
tal situação (TRUMPF GmbH, 2001).
Figura 4.5 – Diagrama dos regimes de funcionamento dos diversos tipos de
geradores de LASER e dos diferentes grupos de aplicações (TRUMPF GmbH, 2001).
É muito importante ressaltar que a radiação é inicialmente absorvida
superficialmente. Em metais, por exemplo, com coeficientes de absorção da ordem
36
de 2%, a energia é depositada sobre frações de mícron da espessura da chapa. Desta
forma, a emissividade do material só é importante nos primeiros instantes da
interação, e não desempenha na fase seguinte nenhuma função importante, fase esta
que corresponde à penetração da energia absorvida por meio da condução térmica no
material.
Transformações estruturais da matéria correspondentes a um tratamento de superfície
são produzidas com densidades de potência da ordem de 10
2
W/mm² e tempos de
interação de 10ms a 100ms. Utilizando-se de densidades de potência superiores,
entre 10
3
e 10
4
W/mm² e tempos de interação mais curtos, situados entre 1ms e
10ms, atinge-se a fusão da superfície irradiada, e uma interface líquida pode se
propagar no material. Utilizando-se de períodos de irradiação semelhantes e
densidades de fluxo 10 vezes superiores (10
4
a 10
5
W/mm²), a superfície externa
pode vaporizar-se e a matéria será assim eliminada. Tal fenômeno caracteriza o
campo das aplicações de corte dos materiais.
Considerando as mesmas energias específicas, ou seja, 10 a 100
J/mm², porém
utilizando feixes de LASER pulsados que produzem pulsos com duração da ordem
de 10ms, podem ser realizadas as operações de perfurações. Acima disso, para
energias específicas próximas de 1000 J/mm², a absorção da radiação pela matéria
ejetada pode conduzir à formação da blindagem de plasma em alta temperatura,
sobretudo com materiais metálicos, conforme mencionado anteriormente.
A Figura 4.5 apresenta também as zonas características de transformação por choque
(Shock hardening), como a perfuração por explosão assistida por LASER, ou a
têmpera por choque (10
4
KW/mm², 100ns). A Figura 4.5 também situa as aplicações
de congelamento e de vitrificação sendo que estas últimas são geralmente
empregadas em superfícies metálicas ou cerâmicas (ALBRIGHT, C., 1985).
4.2 O LASER empregado em diversos processos
4.2.1 O Processo de Soldagem
A soldagem é um dos principais processos dentro da área de manufatura na indústria
automobilística, pois é largamente utilizada na área de fabricação de carrocerias e
37
onde encontrou um ativo campo de aplicação onde a solda resistência não consegue
alcançar (RIBOLLA, A. et al, 2005). Além dos metais unidos, também mais
recentemente alguns compostos termoplásticos têm sido soldados por LASER, para
aplicações em embalagem, devido à boa absorção que os polímeros oferecem à
radiação infravermelha.
Utilizando potências médias (inferiores ao quilowatt), a energia do LASER é
absorvida na superfície da peça a ser trabalhada e a penetração é limitada pela
condução térmica. A uma potência de vários quilowatts, os mecanismos de interação
são novos e as profundidades de penetração bem mais elevadas.
4.2.2 Soldagem contínua utilizando baixas potências
A soldagem por junção contínua em baixas potências sem a adição de material
efetua-se tanto com feixes de LASER de emissão contínua como com feixes de
LASER pulsados sendo que os feixes de LASER de CO
2
e Nd:YAG de algumas
unidades de quilowatts são especialmente bem adaptados para este processo. Para as
mesmas espessuras de lâmina, as performances são totalmente comparáveis às
permitidas pelos feixes de LASER de CO
2
. Assim, as diferenças de refletividade a
1,06mm e a 10,6mm não parecem muito grandes no aço, o que significa que, em
ambos os casos, a energia difunde-se corretamente na placa. Entretanto em metais de
alta condutividade elétrica, como o cobre e o alumínio, as diferenças de refletividade
são mais acentuadas e o LASER Nd:YAG pode mostrar-se mais apropriado
(DAWES, C., 1992).
No caso do LASER pulsado, o ritmo obrigatoriamente alto garante a cobertura dos
pontos de impacto e possibilita formação do cordão; a potência média raramente
excede 100 watts, e a potência de pico é que permite transpor a barreira da
refletividade.
No processo de união de chapas sem a adição de material e em regime, a fonte deve
irradiar energia de forma que a peça tenha a temperatura superficial excedendo a
temperatura de fusão, porém mantendo-se inferior à temperatura de vaporização a
fim de evitar uma perda de matéria, o que enfraqueceria a junção.
38
As espessuras atualmente praticadas podem envolver até três chapas totalizando uma
espessura de até 2,5mm e utilizando uma potência de 4kW. Se fosse utilizada uma
potência inferior a atualmente empregada, isto teria o efeito de diminuir as
velocidades de trabalho e criar zonas afetadas termicamente excessivamente largas,
isto é, zonas onde a difusão de calor na massa ocuparia um volume excessivamente
grande. Observa-se que em aços de carbono, cuja difusividade é aproximadamente
quatro vezes superior à do aço inoxidável, as mesmas velocidades de trabalho
permitem soldar espessuras duas vezes maiores.
Pode-se considerar que a difusão térmica é máxima quando a temperatura de
superfície é imediatamente inferior à temperatura de vaporização, porém as
diferenças entre as propriedades térmicas dos metais soldados, sobretudo quando não
são feitos dos mesmos materiais, influenciam acentuadamente as profundidades das
poças de fusão que são formadas. Como as ligas à base de magnésio, ou à base de
materiais semelhantes, possuem uma temperatura de fusão baixa, elas tendem a ter
quantidades excessivas de matéria removidas de sua superfície, especialmente
quando a sua difusividade é baixa. As ligas com apreciável porcentagem de zinco
apresentam uma “superfusão” no momento da soldagem (SPEIGHT, F. Y. et al,
1979) (DAWES, C., 1992).
Grandes quantidades do elemento zinco evaporam-se do banho e produzem uma
soldagem desigual, freqüentemente um cordão com estrutura porosa causada pela
passagem do vapor do zinco por entre o metal (geralmente uma liga de cobre e
silício) ainda em fusão (STOUT, R. D. et al, 1997). Se a espessura de chapa a soldar
for pequena, a largura do cordão pode tornar-se muito pequena também. Em
soldagem com adição de material (brasagem), a relação utilizada para as diversas
variáveis é mostrada na Figura 4.6 (BRYSCH, P., 2003).
Enaltece-se também como boa característica a espessura extremamente pequena da
zona afetada termicamente (ZAT) que constitui uma das características interessantes
da técnica de soldagem a LASER. Por esse processo, são produzidas junções muito
estreitas, o que permite soldas bem localizadas, sem prejuízos a estrutura do material.
Em contrapartida, a energia total consumida em soldagem a LASER representa
apenas uma pequena fração (aproximadamente 2%) da energia elétrica consumida
(TRUMPF GmbH, 2001).
39
Em geral, os processos de soldagem realizados com feixes de LASER contínuos ou
pulsados utilizando Nd:YAG ou CO
2
e potência média de algumas centenas de Watt
correspondem aos processos de união de placas ou chapas delgadas, de tubos ou de
peças prontas, tais como uma carroceria automotiva.
Figura 4.6 – Medidas a serem respeitadas por ocasião do processo de brasagem
entre teto e lateral (BRYSCH, P. , 2003).
4.2.3 Soldagem contínua sem adição de material
Utilizando-se feixes de LASER de CO
2
contínuos da ordem de 10³ Watt, efetuam-se
penetrações estreitas, profundas e sem distorções em peças de aço com espessura da
ordem de milímetros e velocidades da ordem de metros por minuto conforme
mostrado na Figura 4.7 (TRUMPF GmbH, 2001).
A vantagem básica do LASER está na elevada velocidade de soldagem atingida em
atmosfera livre para altas densidades de potência. Pode-se demonstrar que os
processos iniciais de penetração dependem do comprimento de onda do feixe, de sua
40
potência específica e do estado de superfície do metal a soldar, ao passo que a
propagação do cordão de soldagem depende principalmente da potência total da
radiação incidente.
Deslocando-se o foco do feixe LASER e, portanto, a zona de máxima densidade de
potência ao longo da junção a soldar obtém-se o efeito de penetração. Em tais
densidades de potências utilizadas surgem novos fenômenos termodinâmicos e
hidrodinâmicos que apresentam grande eficácia térmica.
Figura 4.7 – Soldagem de chapas de aço doce sem liga com LASER Nd:YAG.
Espessura soldada em função da velocidade de trabalho, para diferentes potências
do LASER (TRUMPF GmbH, 2001).
Quando o foco do feixe de LASER está situado profundamente no interior da peça a
soldar, forma-se no material uma “cavidade” cheia de vapor superaquecido e cercada
de material fundido. A pressão de vapor no interior dessa cavidade, também
denominada de núcleo, mantém o equilíbrio com a pressão hidrodinâmica do metal
em fusão no banho que cerca a cavidade. Em uma linha de fusão com penetração
total, esse núcleo ocupa uma zona muito pequena margeada por uma camada
cilíndrica que se estende através de toda a espessura da peça (BERGSTRÖM, D.,
2005).
Em condições corretas do movimento relativo entre a peça e o foco do feixe, a
cavidade em penetração profunda mantém-se em equilíbrio dinâmico no interior do
metal deslocando uma zona de fusão para cima, para baixo, e na periferia do ponto
de impacto e uma zona de solidificação do banho no rastro conforme a Figura 4.8.
41
Figura 4.8 – Esquema do cordão de soldagem por penetração obtido com um
LASER Nd:YAG (TRUMPF GmbH, 2001).
4.3 Respingo: Um desequilíbrio termodinâmico
O metal fundido é levantado pela pressão do vapor na cavidade. O metal tem a
tendência de ser mantido na poça de fusão graças a uma combinação das forças de
gravidade, viscosidade e de tensão superficial. No próprio interior da cavidade, os
altos gradientes de temperatura e de pressão transmitem à matéria fluida energia
dinâmica de auto grau, acompanhados de suas particulares transferências térmicas.
Quando a quantidade de energia na poça de fusão for suficiente para expulsar
matéria, esta gerará os respingos de solda que acabam atingindo as janelas de
proteção. Os resultados destes altos gradientes de temperatura são as reações de
excitação e de ionização dos átomos de vapor cujos calores latentes são muito
maiores que aqueles ligados às mudanças de fase que ocorrem nas zonas de
soldagens utilizando outros processos genéricos de soldagem.
Para o processo de solda a LASER, a combinação do equilíbrio de tensões
superficiais da poça de fusão com as intensas variações de temperatura em distâncias
muito pequenas provoca a formação de um cordão estreito e delgado, com
profundidade e largura estreitamente relacionados, e possui a vantagem adicional de
limitar a zona termicamente afetada (ZTA). De outro lado, a rapidez dessas reações,
associada a velocidades de resfriamento muito elevadas, gera no plano metalográfico
42
estruturas novas formadas de microestruturas com grãos extremamente finos,
homogêneos e contendo poucas impurezas. Em tais processos de soldagem, as
propriedades mecânicas, como dureza e resistência à tensão, são comparáveis às dos
metais antes da soldagem (NOWAKOWSKI, K. A., 2005).
4.3.1 Efeito da cobertura anticorrosiva no processo de soldagem do aço
A união de chapas por sobreposição com aplicação de zinco em um único lado
(quando este se encontra do lado externo das chapas unidas) possui similaridade às
uniões de bordas de chapa. Porém, quando a cobertura se situa nas faces unidas,
surgem sérios problemas que afetam a formação da solda.
O ponto de ebulição do Zinco ocorre aos 900ºC e o ponto de fusão do aço ocorre
próximo aos 1500ºC, conseqüentemente, em uniões deste tipo muito justas, o zinco
já terá evaporado e estará criando pressões na junção mesmo antes da poça de fusão
ter se formado.
Uma vez que a poça de fusão se forma, bolhas de zinco vaporizado tentam escapar
através do material derretido. Se ambas coberturas de zinco na região a ser soldada
for inferior a 15µm e a espessura das chapas for superior a 0,8mm (o que mantém
baixo o índice de zinco sobre a chapa), as bolhas de gás geralmente escaparão antes
da solidificação da poça de fusão. Neste caso qualquer bolha que fique presa será
muito pequena e estará bem dispersa ao longo da solda realizada.
A espessura da cobertura superior a 15µm entre as faces que serão unidas por
sobreposição produzirá uma grande quantidade de vapor de zinco que não poderá
escapar antes que a poça de fusão se solidifique. Na realidade, a pressão criada com
as bolhas de gás causa explosões do metal derretido antes que este se solidifique.
A Figura 4.9 mostra um corte transversal da união de chapas de aço com cobertura
de zinco em ambos os lados da chapa com diferentes espessuras de coberturas (8 µm
e 12 µm) o que torna evidente a diferença na formação da solda.
Reduzir tão somente a velocidade do processo não resolve o problema da
vaporização do Zinco, pois assim mais calor é conduzido no processo o que acaba
por vaporizar mais Zinco de uma área maior. Se for necessário o emprego da redução
43
de velocidade, tal redução deve vir acompanhada também de uma redução de valor
de potência de LASER aplicada ao processo.
Figura 4.9 – Corte de uma junção com chapas de aço de 0,7mm recobertas com
Zinco em ambos os lados com 8 µm (a) e 12 µm (b). Isto ilustra o aumento do
aparecimento de porosidades com o aumento da camada de Zinco (DAWES, C.,
1992).
Algum sucesso em processos de soldagem onde a cobertura de Zinco ultrapassa os
15µm na superfície de união pôde ser atingido mantendo-se uma pequena distância
entre chapas da ordem de 0,1mm entre as chapas sobrepostas que serão soldadas
(DAWES, C., 1992) permitindo, assim, a saída do vapor de Zinco. Sob condições de
ensaio de laboratório, onde um cuidado maior pode ser tomado para manter as
dimensões corretas do distanciamento entre chapas, esta metodologia provou ter
bastante sucesso, porém, sob condições de produção, envolvendo grandes peças de
aço soldado onde as chapas a serem soldadas encontram inclusive condições de
superfície em curva, o controle do distanciamento torna-se extremamente difícil. Por
este motivo, este método foi patenteado (EUROPEAN PATENT APPLICATION,
1989).
4.4 Condições para uma boa soldagem contínua sem adição de material
A notável eficácia térmica e as boas qualidades mecânicas da soldagem a LASER
por penetração foram demonstradas no item 2.3, entretanto, este processo de
44
soldagem não limita o enfraquecimento das peças a frio, sobretudo dos aços com alto
conteúdo de carbono que tendem a ser mais frágeis a fraturas.
A Figura 4.10 mostra a macrografia de testes de linhas de fusão efetuadas com um
LASER de 200W sobre uma chapa de alumínio com espessura de 3mm (SEEFELD,
T., 2005). Quando a velocidade de soldagem passa de 30m/min para 15m/min,
constata-se na secção da chapa um nítido aumento da espessura do cordão de
penetração. Quanto à profundidade, esta foi limitada pela espessura da chapa. Pode-
se observar também que o perfil da zona fundida depende de diferentes fatores. Neste
caso o fator que desempenha um papel crítico é a posição do ponto de focalização
enquanto é mantida a velocidade de trabalho em valor constante.
Figura 4.10 – Macrografia de linhas por penetração, em quatro diferentes
velocidades de trabalhos, em uma chapa de alumínio com 0,3mm de espessura, por
meio de um LASER com 200W de potência (SEEFELD, T., 2005).
45
Considerando um feixe focalizado profundamente na peça, a zona de fusão
acompanha a distribuição da densidade de potência e toma uma forma cônica. No
caso de um feixe focalizado em superfície, a penetração torna-se menor, porém, por
outro lado, o cordão apresenta uma forma de rolo superficial. Assim, para se obter
uma penetração máxima e ao mesmo tempo uma zona de fusão regular, a posição
ótima do foco deve situar-se imediatamente abaixo da superfície (DAWES, C.,
1992).
Portanto, para que se obtenha cordões com excelentes qualidades metalúrgicas, é
necessário o perfeito controle da relação existente entre a posição do ponto de
focalização e a velocidade de soldagem em potência constante. Entretanto isto não é
o suficiente, pois as propriedades térmicas e hidrodinâmicas do metal em fusão
desempenham um papel primordial na qualidade do cordão.
A Figura 4.11 resume graficamente os resultados que podem ser obtidos com um
LASER de Nd:YAG para penetração em aço mole, com diferentes velocidades de
soldagem, para valores de potência compreendidos entre 1 kW e 4 kW (TRUMPF
GmbH, 2001). Para uma velocidade típica de soldagem de 4m/min, é preciso dispor
de uma potência de 4 kW para soldar uma chapa com quase 4mm de espessura. Pode
ser constatado assim que as profundidades de penetração são suficientemente
grandes para oferecer numerosas aplicações práticas. Em relação ao alumínio, cabe a
observação de que a soldagem por meio de LASER de chapas deste material ou de
suas ligas é muito mais difícil devido às propriedades físicas do metal fundido
(baixas tensões de vapor e viscosidade). Para estes casos, muitas vezes torna-se
necessário um pré-aquecimento do metal.
No atual estágio tecnológico, as maiores espessuras que na prática podem ser
soldadas a velocidades razoáveis em ambiente industrial e considerando o custo de
processo, são de aproximadamente 15 mm, entretanto, pesquisas experimentais com
numerosos metais têm sido realizadas com objetivo de determinar a profundidade
máxima de penetração de um feixe LASER executável em uma única passagem.
Outro objetivo deste tipo de pesquisa é determinar as possibilidades extremas de
soldagem por LASER.
Um ponto fundamental quando se emprega a soldagem com LASER é o ajuste das
peças, pois este é muito mais rigoroso que nas técnicas tradicionais (soldagem com
46
TIG ou plasma) (ALBRIGHT, C., 1985) (DAWES, C., 1992). As tolerâncias não se
assemelham àquelas exigidas por outros processos. As peças devem ser posicionadas
com muita precisão e as tolerâncias de ajuste para uma chapa de aço estão
empiricamente fixadas entre 0,1mm e 0,2mm para uma peça com 0,6mm de
espessura para o processo sem adição de material e o processo de brasagem.
Figura 4.11 – Soldagem por penetração no aço mole, em três diferentes velocidades
de trabalho. Potências LASER Nd:YAG situados entre 1 kW e 4 kW (TRUMPF
GmbH, 2001).
Hoje, é conhecido que não se consegue atingir boa qualidade de um cordão de solda
com adição de material em processo contínuo e estável sem que os ajustes
dimensionais das peças a serem soldadas estejam constantes e estáveis. Tal fato pode
ser explicado por meio da variação do volume a ser preenchido quando existe a
variação da distância entre componentes soldados, também pela variação do
aquecimento das extremidades dos metais que serão soldados e, por fim, pela criação
47
da impossibilidade de fuga do vapor de zinco, o que gera um grande aumento no
número de poros (STOUT, R. D. et al, 1997).
Ainda em relação à qualidade do cordão, podemos acrescentar que, para proteger a
zona de fusão contra a oxidação que pode provocar má qualidade mecânica ao
cordão, freqüentemente é necessário proteger essa zona por meio de uma atmosfera
localizada de gás inerte: argônio, hélio ou nitrogênio, conforme o metal tratado. Tal
processo é diretamente derivado daquele empregado pelas técnicas de fusão a arco e
não elimina poros, mantendo somente as características anticorrosivas.
Com um feixe de 4kW, atinge-se em produção velocidades de soldagem de 50mm/s,
correspondentes a uma penetração de 2mm aceitável na maioria dos processos de
soldagem de carrocerias com duas chapas de 0,6mm cada.
48
5 QUALIDADE DO AÇO E DE SEU REVESTIMENTO
5.1 Composição dos respingos de solda
Para entender um pouco melhor a característica dos componentes envolvidos na
cadeia de degradação das janelas de proteção, faz-se necessário um estudo da
composição dos materiais que compõe o processo. Os respingos originários da fusão
entre chapas denotam sua composição quando são avaliados sob a óptica de seus dois
principais componentes: a chapa de aço e sua respectiva camada anticorrosiva. A
camada anticorrosiva do produto que faz parte do estudo em questão, é composta por
Zinco, material de melhor relação custo x benefício e empregado pela maioria das
industrias automobilísticas ao redor do globo.
5.2 A microestrutura das ligas de Aço-Zinco
Como conseqüência da ação ocorrida com a liga do Aço e do Zinco, a cobertura
produzida pela galvanização por imersão a quente está longe de ser simplesmente
uma camada de Zinco espalhada por uma superfície de aço. Quatro fases distintas
são geralmente formadas em recobrimentos galvanizados (Figura 5.1). Adjacente à
superfície do aço, existe usualmente uma camada de liga Gama contendo entre 21%
e 28 % de ferro. A camada seguinte conhecida por camada de liga Delta é formada
basicamente de FeZn
7
. Sobre a camada de liga Delta existe a camada de liga Zeta
formada por FeZn
13
que tende a separar-se e manter-se em suspensão em relação à
base dentro do banho de Zinco. Ambos compostos destas camadas intermetálicas são
muito frágeis. A camada de Zinco que se forma na superfície exterior da cobertura
(camada Eta) contém uma solução saturada de ferro no Zinco. Tal solução não
ultrapassa os 0,0028% (BURNS et al, 1967). As proporções das camadas Gama,
Delta e Zeta em recobrimentos galvanizados dependem da temperatura, tempo de
imersão, espessura do metal a ser recoberto e composição do banho.
49
5.3 O efeito do processo de galvanização por imersão a quente no metal de base
Os efeitos causados no metal de base em detrimento à galvanização por imersão a
quente são, na grande maioria das vezes, atribuídos a incidentes no próprio processo
se comparado aos efeitos causados no processo de derretimento do Zinco (BURNS et
al, 1967).
É um fato muito bem estabelecido e conhecido que a fragilidade no aço pode ser
induzida pela formação de ácido com as mudanças estruturais que, em geral, também
são de natureza temporária. A maior parte de hidrogênio no aço para a qual a
fragilidade é geralmente atribuída acontece a temperaturas muito baixas, a
aproximadamente 200°C. Assim, é extremamente improvável que, em temperaturas
empregadas no processo de galvanização por imersão a quente, uma quantidade
grande o suficiente de hidrogênio, necessária para afetar as propriedades mecânicas
do metal, permaneceriam no aço.
Figura 5.1 - Imagem microscópica das camadas intermetálicas após a conclusão do
processo de galvanização por imersão a quente (ALVAREZ, L.F.M., 2005).
50
5.4 Chapas de aço revestido
O tipo de aço utilizado na fabricação de veículos está em sua totalidade situado na
classe de aços sem liga, pois nenhum dos valores limites, de acordo com a Tabela
5.1, é ultrapassado (DIN EN 10020, 2000).
Tabela 5.1 – Limite de aços com liga e sem liga (análise de fusão) (DIN EN 10020,
2000).
Elemento determinado
Valor limite
Proporção da
massa em %
Al - alumínio 0.3
B - boro 0.0008
Bi - bismuto 0.1
Co - cobalto 0.3
Cr - cromo 0.3
Cu - cobre 0.4
La - lantanídeos (valorizados individualmente) 0.1
Mn - manganês 1.65*
Mo - molibdêmio 0.08
Nb - nióbio 0.06
Ni - níquel 0.3
Pb - chumbo 0.4
Se - selênio 0.1
Si - silício 0.6
Te - telúrio 0.1
Ti - titânio 0.05
V - vanádio 0.1
W - tungstênio 0.3
Zr - zircônio 0.05
Outros (com exceção de carbono, fósforo, enxofre, nitrogênio) 0.1
* Caso seja determinado para o manganês somente um valor máximo, o
valor-limite será 1,80% e a regra dos 70% não valerá.
51
Tais componentes totalizam (5,39%) da composição da chapa sem revestimento.
Outros 2% (valor máximo) referem-se ao elemento Carbono e o complemento é
composto do elemento Ferro (92,61%).
Os tipos de chapa que sofrem o processo de solda sem adição de material passam por
um processo de revestimento de Zinco aplicado a fogo. Tal processo é realizado
mediante a imersão da chapa ou da fita em um banho de fusão e o peso total de seu
revestimento é indicado em g/m
2
. As chapas ou as fitas com depósito de Zinco têm a
espessura de suas camadas situadas entre um valor mínimo possível admitido, que
garanta proteção à corrosão e um valor máximo de 700g/m
2
em ambos os lados.
As variáveis controladas e garantidas na fabricação de chapas são as medidas
limítrofes e tolerâncias de forma compostas por espessura, largura, comprimento,
planificação, perpendicularidade e retilinidade (DIN EN 10143, 1993).
No caso do parâmetro espessura, os valores para os produtos planos modificados
com fusão por imersão são definidos conforme a pressão utilizada no processo de
moldagem a frio sendo o valor de 280N/mm² o determinante para a escolha de tabela
de parâmetros a ser utilizada. As tabelas 5.2 e 5.3 indicam os valores que devem ser
respeitados em cada caso.
Para o parâmetro largura, os valores para os produtos planos modificados com fusão
por imersão são definidos conforme os valores inferiores e superiores a 600mm de
largura. As tabelas 5.4 e 5.5 indicam os valores que devem ser respeitados em cada
caso.
A tabela 5.6 indica os valores de tolerância a serem respeitados em função do
comprimento.
Em relação ao parâmetro planificação, os valores para os produtos planos
modificados com fusão por imersão também são definidos conforme a pressão
utilizada no processo de moldagem a frio sendo, para o primeiro conjunto de
parâmetros, adotados os valores inferiores a 280N/mm² e, para o segundo conjunto
de parâmetros, adotados os valores entre 280N/mm² e 360N/mm². As tabelas 5.7 e
5.8 indicam os valores que devem ser respeitados em cada caso.
52
Tabela 5.2 - Tolerâncias limítrofes da espessura para os produtos planos
modificados com fusão por imersão de aços maleáveis para moldagem a frio (p.ex.
conforme EN 10142) assim como de aços de construção com valores mínimos para o
alongamento < 280 N/mm² - (inclusive qualidades de aço FeE 550G S550GD)
(medidas em mm) (DIN EN 10143, 1993).
Tolerâncias Limítrofes normais *,
** para larguras nominais
Tolerâncias limítrofes reduzidas
(S) para larguras nominais *, **
Espessura
nominal
≤ 1200
> 1200
≤ 1500
> 1500 ≤ 1200
> 1200
≤ 1500
> 1500
≤ 0.4
± 0.06 ± 0.06 - ± 0.03 ± 0.04 -
> 0.4 ≤ 0.6
± 0.06 ± 0.07 ± 0.08 ± 0.04 ± 0.05 ± 0.06
> 0.6 ≤ 0.8
± 0.07 ± 0.08 ± 0.09 ± 0.05 ± 0.06 ± 0.06
> 0.8 ≤ 1.0
± 0.08 ± 0.09 ± 0.10 ± 0.06 ± 0.07 ± 0.07
> 1.0 ≤ 1.2
± 0.09 ± 0.10 ± 0.11 ± 0.07 ± 0.08 ± 0.08
> 1.2 ≤ 1.6
± 0.11 ± 0.12 ± 0.12 ± 0.08 ± 0.09 ± 0.09
> 1.6 ≤ 2.0
± 0.13 ± 0.14 ± 0.14 ± 0.09 ± 0.10 ± 0.10
> 2.0 ≤ 2.5
± 0.15 ± 0.16 ± 0.16 ± 0.11 ± 0.12 ± 0.12
> 2.5 ≤ 3.0
± 0.17 ± 0.18 ± 0.18 ± 0.12 ± 0.13 ± 0.13
* Na região de soldas nas laminagens a frio um comprimento de 15m em tiras
largas divididas longitudinalmente as tolerâncias limítrofes da espessura são
maiores em 60%.
** Para as camadas de zinco Z 450 e Z 600 as tolerâncias limítrofes da espessura
aumentam em 0,02mm.
O fator perpendicularidade define o quanto o corte feito na largura da chapa mantém-
se perpendicular em relação ao comprimento. Este desvio deve ser de no máximo
1%. No caso da retilinidade, ou na propriedade de sua aresta no comprimento ser
reta, sua divergência pode ter uma diferença de, no máximo, 6mm em 2000mm. Para
comprimentos abaixo de 2000mm, a tolerância da retilinidade pode ter no máximo
0,3% do comprimento efetivo. Para tira larga dividida longitudinalmente em larguras
nominais inferior a 600mm, pode ser exigida uma tolerância de retilinidade reduzida
de 2mm em comprimentos de 2000mm, porém esta tolerância reduzida não é válida
para tira de aço larga dividida longitudinalmente com um alongamento mínimo
superior ou igual a 280N/mm².
53
Tabela 5.3 - Tolerâncias limítrofes da espessura para os produtos planos
modificados com fusão por imersão de aços de construção com valores mínimos
para o alongamento ≥ 280 N/mm² (medidas em mm) (DIN EN 10143, 1993).
Tolerâncias Limítrofes normais *,
** para larguras nominais
Tolerâncias limítrofes reduzidas
(S) para larguras nominais *, **
Espessura
nominal
≤ 1200
> 1200
≤ 1500
> 1500 ≤ 1200
> 1200
≤ 1500
> 1500
≤ 0.4
± 0.06 ± 0.07 - ± 0.04 ± 0.05 -
> 0.4 ≤ 0.6
± 0.07 ± 0.08 ± 0.09 ± 0.05 ± 0.06 ± 0.07
> 0.6 ≤ 0.8
± 0.08 ± 0.09 ± 0.11 ± 0.06 ± 0.07 ± 0.07
> 0.8 ≤ 1.0
± 0.09 ± 0.11 ± 0.12 ± 0.07 ± 0.08 ± 0.08
> 1.0 ≤ 1.2
± 0.11 ± 0.12 ± 0.13 ± 0.08 ± 0.09 ± 0.09
> 1.2 ≤ 1.6
± 0.13 ± 0.14 ± 0.14 ± 0.09 ± 0.11 ± 0.11
> 1.6 ≤ 2.0
± 0.15 ± 0.17 ± 0.17 ± 0.11 ± 0.12 ± 0.12
> 2.0 ≤ 2.5
± 0.18 ± 0.19 ± 0.19 ± 0.13 ± 0.14 ± 0.14
> 2.5 ≤ 3.0
± 0.20 ± 0.21 ± 0.21 ± 0.14 ± 0.15 ± 0.15
* Na região de soldas nas laminagens a frio um comprimento de 15m em tiras
largas divididas longitudinalmente as tolerâncias limítrofes da espessura são
maiores em 60%.
** Para as camadas de zinco Z 450 e Z 600 as tolerâncias limítrofes da espessura
aumentam em 0,02mm.
Tabela 5.4 - Tolerâncias limítrofes da largura em produtos planos modificados com
fusão por imersão em larguras nominais ≥ 600mm (tiras largas e barras) (medidas
em mm) (DIN EN 10143, 1993).
Tolerâncias limítrofes
normais
Tolerâncias limítrofes
reduzidas (S)
Largura
nominal
tolerância
inferior
tolerância
superior
tolerância
inferior
tolerância
superior
≥ 600 ≤ 1200
0 + 5 0 + 2
> 1200 ≤ 1500
0 + 6 0 + 2
> 1500
0 + 7 0 + 3
54
Tabela 5.5 - Tolerâncias limítrofes da largura em produtos planos modificados com
fusão por imersão em larguras nominais < 600mm (tiras largas e barras divididas
longitudinalmente) (medidas em mm) (DIN EN 10143, 1993).
Largura Nominal
< 125
≥ 125
< 250
≥ 250
< 400
≥ 400
< 600
Classe de
Tolerância
Espessura
nominal
Tol.
inf.
Tol.
sup.
Tol.
inf.
Tol.
sup.
Tol.
inf.
Tol.
sup.
Tol.
inf.
Tol.
sup.
< 0.6
0 + 0.4 0 + 0.5 0 + 0.7 0 + 1.0
≥ 0.6 < 1.0
0 + 0.5 0 + 0.6 0 + 0.9 0 + 1.2
≥ 1.0 < 2.0
0 + 0.6 0 + 0.8 0 + 1.1 0 + 1.4
Normal
≥ 2.0 ≤ 3.0
0 + 0.7 0 + 1.0 0 + 1.3 0 + 1.6
< 0.6
0 + 0.2 0 + 0.2 0 + 0.3 0 + 0.5
≥ 0.6 < 1.0
0 + 0.2 0 + 0.3 0 + 0.4 0 + 0.6
≥ 1.0 < 2.0
0 + 0.3 0 + 0.4 0 + 0.5 0 + 0.7
Reduzida
(S)
≥ 2.0 ≤ 3.0
0 + 0.4 0 + 0.5 0 + 0.6 0 + 0.8
Tabela 5.6 - Tolerâncias limítrofes do comprimento (em chapas e barras) (medidas
em mm) (DIN EN 10143, 1993).
Tolerâncias limítrofes do comprimento
normal reduzida (S)
Comprimento
nominal
(l)
Tol. inferior Tol. superior Tol. inferior Tol. superior
< 2000
0 6 0 3
≥ 2000
0 0.003 x l 0 0.015 x l
55
Tabela 5.7 - Tolerâncias de precisão para chapa modificada com fusão por imersão
de aços maleáveis para moldagem a frio (p.ex. conforme EN 10142) assim como
aços para construção com os valores mínimos para o alongamento < 280 N/mm
2
(medidas em mm) (DIN EN 10143, 1993).
Espessura Nominal
Classe de
Tolerância
Largura
nominal
< 0.7
≥ 0.7
< 1.2
≥ 1.2
≥ 600 < 1200
12 10 8
≥ 1200 < 1500
15 12 10
Normal
≥ 1500
19 17 15
≥ 600 < 1200
5 4 3
≥ 1200 < 1500
6 5 4
Reduzida
(FS)
≥ 1500
8 7 6
Tabela 5.8 - Tolerâncias de precisão para chapa modificada com fusão por imersão
de aços para construção com os valores mínimos para o alongamento ≥ 280 < 360
N/mm
2
(medidas em mm) (DIN EN 10143, 1993).
Espessura Nominal
Classe de
Tolerância
Largura
nominal
< 0.7
≥ 0.7
< 1.2
≥ 1.2
≥ 600 < 1200
15 13 10
≥ 1200 < 1500
18 15 13
Normal
≥ 1500
22 20 19
≥ 600 < 1200
8 6 5
≥ 1200 < 1500
9 8 6
Reduzida
(FS)
≥ 1500
12 10 9
A aplicação de Zinco por imersão a quente deve possuir um teor de Zinco superior a
99% (DIN EN 10327, 2004). As massas dos depósitos de revestimentos de maior
espessura poderão limitar a capacidade de moldagem e soldabilidade do produto.
Dependendo das condições do refinamento por imersão a quente, serão originados
56
óxidos e cristais com tamanhos e brilhos diferentes, porém a qualidade do
revestimento não é influenciada por este fato. Nos casos em que for desejada uma
redução de óxido de zinco, é necessário realizar uma alteração específica no processo
de solidificação.
A tabela 5.9 abaixo mostra os depósitos disponíveis considerando a massa mínima de
depósito em ambos os lados e os valores das espessuras da camada de zinco por lado.
Tabela 5.9 – Depósitos disponíveis (DIN EN 10327, 2004).
Massa mínima dos depósitos
em g/m², ambos os lados
Valor de referência teórico
para espessuras de camada
por lado em corpo de prova
de superfície única em µm
Código
dos
depósitos
Corpo de prova
com três
superfícies
Corpo de prova
de superfície
única
Valor típico Esfera
Densidade
[g/cm³]
Massa dos depósitos de zinco (Z)
Z100
100 85 7 5 a 12
Z140
140 120 10 7 a 15
Z200
200 170 14 10 a 20
Z225
225 195 16 11 a 22
Z275
275 235 20 15 a 27
Z350
350 300 25 19 a 33
Z450
450 385 32 24 a 42
Z600
600 510 42 32 a 55
7,1
A massa dos depósitos deve corresponder aos dados contidos na tabela acima. Os
valores valem para a massa total do revestimento em ambos os lados nos corpos de
prova de três superfícies e nos corpos de prova de superfície única. A massa dos
depósitos é determinada por meio da remoção química do revestimento. Neste caso é
utilizado ácido clorídrico diluído em água totalmente dessalinizada ou destilada na
proporção de 1:1 (solução de 50%). Sob mistura, a esta solução são adicionados 3,5g
de hexametilenotetramina por litro.
A partir desta massa dos depósitos de zinco (mdz) em ambos os lados de uma mesma
chapa em gramas por metro quadrado, é possível calcular a espessura da camada de
57
zinco (ecz) (em µm) utilizando-se também da densidade do zinco 7,1 g/cm
3
(dz) da
seguinte maneira (Equação 5.1):
dz
mdz
ecz
×
=
2
(5.1)
É importante ressaltar que os depósitos não são sempre distribuídos igualmente em
ambos os lados do produto. No entanto, é possível pressupor que em cada lado existe
um depósito correspondendo a, no mínimo, 40% do valor mencionado na tabela 5.9
para o corpo de prova de superfície única.
58
6 JANELAS DE PROTEÇÃO
6.1 Tipos de janelas de proteção mais comumente utilizadas (CVI LASER
OPTICS AND COATINGS, 2004).
Diversos tipos de materiais ópticos com suas respectivas propriedades são
encontrados no mercado, porém quando se atinge certas características de processo,
tais como altos gradientes de temperatura aliados a uma atmosfera de trabalho hostil
e a determinados comprimentos de onda, restringem-se as opções. Os próximos itens
demonstram os tipos de materiais mais comumente utilizados em aplicações com
LASER e a Tabela 6.1 expõe a comparação entre suas diversas características.
6.1.1 Vidro BK7
O BK7 é um vidro óptico borossilicato com alta homogeneidade e baixo índice de
bolhas. Suas boas propriedades físico-químicas fazem com que ele seja muito
empregado em aplicações onde o espectro utilizado varia da faixa visível até
próximo à faixa do infravermelho. A maioria das janelas de proteção, lentes e
prismas utilizados em LASER, sistemas ópticos e comunicação óptica são feitos de
vidro BK7.
6.1.2 CaF
2
CaF
2
é um cristal com boa transmissão entre 170 nm a 7800 nm. Ele é levemente
solúvel em água e suscetível a choque térmico. CaF
2
é comumente utilizado em
componentes que operam na faixa do infravermelho, tais como janelas de proteção,
lentes e prismas.
6.1.3 Cristal de Quartzo
O Cristal de Quartzo é um cristal unitário bi-refringente uniaxial positivo formado
por meio de um processo hidrotérmico. Para sua utilização, ainda é necessário
59
efetuar uma avaliação do ponto de vista de inclusões e índice refringente com o
intuito de reduzi-los.
Cristais de quartzo também são muito comumente utilizados com feixes de LASER
de argônio.
6.1.4 Sílica Fundida
Sílica fundida é formada por uma combinação química de silício e oxigênio. A Sílica
fundida é um material óptico muito bom devido aos seus índices de transmissão UV
e IR e baixo coeficiente de expansão térmico. Ele possui alta estabilidade e
resistência a choque térmico em incursões a temperaturas extremas, ampla faixa de
temperatura operacional e um bom limiar de degradação trabalhando com LASER.
6.1.5 MgF
2
MgF
2
é um cristal de material bi-refringente com propriedades físico-químicas
excelentes. Ele fornece amplo espectro de transparência e alta transmissibilidade.
MgF
2
é um material robusto resistente à corrosão química e choques térmicos e
mecânicos. A transmissão de UV em alto vácuo e resistência a degradação por
LASER fazem do MgF
2
uma escolha popular para janelas de proteção para feixes de
LASER UV e excimer, polarizadores e lentes.
6.1.6 Safira
A Safira é um cristal de óxido alumínio (Al
2
O
3
). É um dos materiais de maior dureza.
A Safira tem boas características de transmissão além do espectro visível e próximo
ao infravermelho. Ele exibe alta resistência mecânica, alta resistência química, alta
condutividade e estabilidade térmica. Ele é comumente utilizado como janela de
proteção em campos específicos, tais como a tecnologia aeroespacial onde a
resistência a altas temperaturas e a riscos é necessária.
60
Tabela 6.1 – Dados característicos comparativos entre materiais mais comumente
utilizados (RED OPTRONICS, 2005).
6.2 Coberturas para as janelas de proteção
As aplicações industriais requerem janelas de proteção mais robustas para
executarem a função de proteger as lentes de focalização. Tais janelas possuem
coberturas anti-reflexivas que favorecem a transmissão de energia em até 99%
(Figura 6.1). Quando a cobertura se danifica, existe uma redução da potência do
feixe resultando em aquecimento do sistema e levando a eventuais falhas. Por causa
da impregnação de respingos de solda, estas janelas devem ter seus ciclos de vida
conhecidos e devem ter suas trocas programadas.
As composições dos filmes metálicos aplicados são mantidas em sigilo.
Basicamente, as coberturas utilizadas são divididas em dois tipos sendo um dos tipos
uma cobertura anti-reflexiva e o segundo tipo uma cobertura de proteção contra
particulado.
A cobertura anti-reflexiva tem a função de reduzir a refletância do LASER gerado,
pois os geradores têm como dispositivo de proteção sensores de radiação dispersa
que são acionados quando existe sobre a superfície de algum componente óptico
(lente, espelho, etc...) alguma partícula depositada. Esta impureza será uma barreira
refletiva e fará com que parte da radiação gerada seja espalhada dentro do gerador,
sendo detectada pelos sensores.
As barreiras anti-reflexivas podem ser, dependendo da aplicação, confeccionadas
com uma banda passante simples ou dupla. Os índices de refletância podem chegar a
0,2% em 1064nm e 0,4% para sua primeira harmônica em 532nm. Os limites para
61
início de degradação iniciam-se acima de 7GW/cm² com LASER pulsado com
largura de 10ns e taxa de repetição de 10Hz (CASIX, 2004).
Figura 6.1 – Transmitância em função do comprimento de onda para materiais mais
comumente utilizados (CVI LASER OPTICS AND COATINGS, 2004).
A cobertura de proteção tem a função paralela de prevenir a janela contra exposição
à umidade. As faces polidas de uma janela de proteção são relativamente fáceis de
serem embaçadas em alta umidade por causa de sua baixa susceptibilidade
higroscópica. A cobertura de proteção possui as seguintes propriedades:
a) Alta durabilidade, chegando a durar, segundo alguns fabricantes, até seis meses
com 95% de umidade ambiente;
b) Limiar de degradação alto, acima de 7GW/cm² com LASER pulsado de largura de
30ps em 1064nm;
c) Transmitância superior se comparadas a janelas sem cobertura de proteção sendo
que o comprimento de onda de trabalho inicia em 200nm e vai até 3500nm.
62
7 MATERIAIS E MÉTODOS
7.1 Considerações específicas do Processo
Devem ser considerados os aspectos de qualidade de materiais e processos utilizados
efetivamente neste estudo. Apesar de diversos exemplos terem sido mencionados nos
capítulos anteriores, tais como chapas de alumínio e geradores LASER de CO
2
, para
este capítulo, faz-se necessário conhecer as reais condições do processo estudado.
No caso da estrutura dos veículos, todas as chapas utilizadas são de aço com
aplicação de zinco a fogo, conformadas a frio com depósito de camadas em ambos os
lados da chapa respeitando os limites de depósitos, conforme norma informados no
capítulo 5. A espessura das chapas varia entre 0,6mm e 1,0mm e a sobreposição de
chapas na região da solda pode compreender duas ou três chapas de aço. A análise da
emissão de respingos efetuada neste estudo não utiliza a adição de materiais, sendo
considerando para este estudo, somente as condições onde duas ou três chapas são
sobrepostas e é aplicado um feixe de LASER (Figura 7.1).
Figura 7.1 – Tipo de cordão de solda efetuado pelo robô E (apud comunicação
interna).
Para o caso de brasagem, o procedimento proposto também é válido, porém outras
variáveis deverão ser consideradas, por exemplo, o material que está sendo
adicionado e parâmetros de processo, tais como velocidade de avanço de arame e
corrente de pré-aquecimento utilizada para o arame. Os geradores LASER utilizados
63
são compostos de oito cavidades geradoras de Nd:YAG com potência média
suficiente para fornecer ao processo um total de 4000W de potência por gerador. As
janelas de proteção utilizadas são de Quartzo recobertas com uma camada anti-
reflexiva para trabalhar no comprimento de onda de 1064nm. Os robôs entregam o
feixe focalizado ao processo a uma distância de 200mm a partir da lente de
focalização, o que faz com que a distância das janelas de proteção ao processo
estejam a uma distância fixa de 190mm. Todos os robôs empregam a utilização de
cortinas de ar comprimido entre ponto focal e o cabeçote óptico de forma a reduzir a
quantidade de respingos de solda que atingiriam a superfície das janelas de proteção.
Apesar de, atualmente, a instalação em estudo produzir três modelos, na época em
que o estudo foi feito, existiam somente os modelos 240 e 241, portanto, os
resultados que serão apresentados serão referentes somente aos modelos 240 e 241.
7.2 Efeitos dos respingos de solda no cabeçote óptico
As partes principais de um cabeçote óptico de aplicação de feixe de LASER são as
lentes de re-colimação e focalização juntamente com a janela de proteção (Figura
7.2).
A função da janela de proteção, que é o último componente óptico do cabeçote e o
objeto de estudo deste trabalho, é a de proteger a lente de focalização contra poeira,
fumos e respingos durante o processo de solda. A, aproximadamente, 50mm de
distância do ponto focal, um soprador é responsável por gerar uma cortina de ar
comprimido que tem a finalidade de não permitir que respingos de solda sejam
depositados sobre a superfície da janela de proteção. Cabem, aqui, duas observações
referentes à utilização destas cortinas de ar comprimido: a primeira é referente ao
custo da geração de ar comprimido e a segunda é referente ao cuidado necessário
para que a cortina de ar não interfira diretamente no processo resfriando a região de
solda.
O efeito do depósito de respingos sobre a janela de proteção causa distúrbios ao feixe
LASER (Figura 7.3), pois, nestas áreas, o LASER é absorvido, gerando acúmulo de
calor em altas temperaturas, o que promove uma aceleração da degradação deste
64
componente e, conseqüentemente, aumenta o risco de danos à lente de focalização.
Além disso, o feixe de LASER é refletido ao sistema em forma de luz difusa.
Figura 7.2 – Cabeçote óptico (TRUMPF GmbH, 2001).
Figura 7.3 – Análise do comportamento de um feixe de LASER feita por meio de uma
câmera CCD em 3 condições diferentes de trabalho (apud HOFFMANN et al.,
2004).
65
Os respingos causam na superfície das janelas de proteção formas geométricas que
poderiam ser classificadas em uma matriz de correlação de irregularidade e
elongação (Figura 7.4).
Figura 7.4 – Matriz de classificação de forma segundo fator Elongação e
Irregularidade (FERNANDES, C.P., 2004).
Os padrões de degradação encontrados são os mais diversos como pode ser visto na
Figura 7.5.
As variáveis que interferem diretamente na taxa de degradação das janelas de
proteção levando em consideração um processo estável são:
- posicionamento e ângulo de trabalho do cabeçote óptico;
- quantidade de solda realizada;
- pressão do ar comprimido usado na cortina de proteção;
- potência LASER utilizada e
- quantidade de impurezas sobre as chapas.
Não foram consideradas nesta lista as variáveis: distância entre cabeçote óptico e
produto e distância focal, pois estas permanecem constantes ao longo de todo o
processo e também não têm alteração em nenhum dos postos de aplicação do feixe
de LASER.
66
Figura 7.5 – Padrões de degradação comumente encontrados em janelas de
proteção .
Considerando a deposição de respingos sobre outros componentes, é importante
ressaltar que o acréscimo de seu acúmulo leva a outros problemas, tais como o
entupimento do bocal por onde passa o ar comprimido que protege a janela de
proteção. Não existe limpeza automática para respingos, sendo que sua remoção
implica em paradas freqüentes ao longo de um dia de trabalho. No caso das janelas
de proteção, não existe processo de limpeza, pois tal processo não conseguiria
remover as partículas metálicas incrustadas na superfície externa e mesmo que
conseguisse retirá-las, a cobertura anti-reflexiva sobre a superfície teria sido
removida tornando a janela de proteção inutilizável.
7.3 Material utilizado na VW
As janelas de proteção utilizadas na VW são componentes feitos de Quartzo. São
também utilizadas no campo da microscopia, como visores em operações sensíveis
de instrumentação, em opto-eletrônicos e na confecção de componentes para controle
de processos e equipamentos sensores.
67
No caso das janelas de proteção utilizadas em LASER, toma-se um cuidado especial
com seu tratamento superficial, pois seu polimento deve garantir que os planos
superficiais sejam precisamente paralelos. As superfícies são polidas com abrasivos
muito finos de forma a reduzir o número de micro fraturas superficiais. Também se
toma um cuidado especial com a velocidade de polimento, pois deve ser efetuada
vagarosamente por grandes períodos de tempo e somente no final do processo é
aplicado o polimento padrão óptico. Isto é essencial na fabricação de material a ser
processado para atingir alto padrão de regularidade superficial, paralelismo e
acabamento.
As janelas de proteção utilizadas nas instalações que passaram por nossos estudos
têm suas características mostradas na Tabela 7.1 e podem ser visualizadas na Figura
7.6. Elas são divididas em três tipos diferentes, de acordo com o cabeçote óptico
empregado e também o fabricante.
Figura 7.6 – Todos os tipos de janelas de proteção utilizadas .
Tabela 7.1 – Características das janelas de proteção validadas para utilização .
68
7.4 Aplicação de método de análise de falha para compreensão de respingos
Avaliação realizada pelo grupo de trabalho da estação de geometria (Figura 7.7).
Figura 7.7 – Aplicação do diagrama de Ishikawa para o sistema proposto .
69
Apesar da função das janelas de proteção ser o componente que sofre o desgaste do
sistema óptico, cabe aqui uma avaliação da natureza da origem dos respingos e das
variáveis que influenciam na intensificação ou atenuação de sua incidência a fim de
considerar todos os prováveis motivos que promovem tal efeito.
É importante lembrar que, apesar de todos os fatores indicados no diagrama de
Ishikawa apresentado na Figura 7.7 terem o poder de influenciar tanto na qualidade
da solda como na quantidade de respingos, a maior parte do problema advém do item
matéria-prima (assim denominada no diagrama de Ishikawa, porém refere-se ao
material de base e material de adição utilizados no processo). Esta informação é
proveniente da experiência própria adquirida após alguns anos de trabalho com
estações de geometria a LASER.
Em segundo lugar está o subitem de variação em sistema de fixação. A partir do
momento em que se mantém corretamente a instalação e equipamentos de um
sistema de solda LASER, com um programa de manutenção adequado e direcionado
a atender especificações e recomendações dos fabricantes, pode-se dizer que os
equipamentos em sua totalidade não sofrem com variações capazes de impor ao
sistema grandes incrementos temporários de respingo. Tal fato deve-se a variações
dimensionais geralmente ocorridas no produto, o que leva a desvios do material em
relação ao ponto focal de trabalho do feixe de LASER mudando, assim, as condições
com as quais o processo termodinâmico expulsa a matéria da poça de fusão.
7.5 A busca por soluções de economia para as janelas de proteção
Para tentar reduzir custos com janelas de proteção um primeiro trabalho realizado foi
a experiência de substituir o quartzo por materiais menos nobres e,
conseqüentemente, mais baratos (RIBOLLA, A., 2003). Para a maior parte das
amostras utilizando materiais alternativos (seis entre nove amostras), um problema
característico encontrado durante os testes foi a presença de trincas devido ao alto
coeficiente de dilatação das amostras de janela de proteção utilizadas (Figura 7.8). A
trinca é uma característica inaceitável para um componente cuja função é proteger
um outro componente óptico, pois ao ser manipulada juntamente com o cabeçote
óptico pelo robô, poderia facilmente cair e deixar desprotegida a lente de focalização.
70
Pelo motivo do insucesso deste primeiro trabalho, um segundo ensaio para tentar
reduzir os custos com janelas de proteção foi realizado com amostras recuperadas de
janelas de proteção já utilizadas (RIBOLLA, A., 2004), sendo que somente este
último apontou um caminho favorável em relação à redução de custos.
Figura 7.8 – Efeito da dilatação térmica no comportamento de amostras de vidro .
7.5.1 Ensaios realizados com emprego de outros materiais e resultados obtidos
Com as janelas de proteção compostas de materiais menos nobres, os ensaios foram
realizados com dez amostras, cujas características são descritas na Tabela 7.2.
Tabela 7.2 – Características de materiais para o primeiro ensaio com BK7, Sílica
Fundida e amostra de quartzo recuperado .
71
A primeira etapa foi uma comparação pelo robô de espelho, ou seja, o robô que faz a
mesma solda, porém do outro lado da carroceria. Esta foi a forma de se garantir uma
comparação de duas amostras diferentes realizando exatamente a mesma operação
nas mesmas condições e para o mesmo número de carrocerias. A segunda etapa do
ensaio foi utilizar o mesmo robô que operou a amostra para repetir a operação para as
mesmas quantidades de carrocerias com o material já conhecido e sem ter sido
recondicionado. Os resultados obtidos podem ser vistos na Tabela 7.3.
Tabela 7.3 – Resultados do primeiro ensaio com BK7, Sílica Fundida e amostra de
quartzo recuperado .
O material BK7 é também conhecido popularmente como PIREX. O material
denominado por Sílica Fundida é popularmente conhecido como o vidro empregado
comumente em janelas residenciais. Apesar das designações e de possuírem como
base a mesma composição, estes não são vidros ordinários, pois apresentam
qualidade óptica. Os vidros ópticos têm qualidade superior em todos os aspectos,
72
pois são isentos de bolhas e particulados os quais agem como agentes contaminantes.
Além disso, possuem controle de cor, transparência, matéria-prima e
homogeneidade.
Os testes foram executados comparando-se as amostras recebidas com o material já
conhecido, utilizado e validado em processo. A comparação era feita sempre
utilizando-se quantidades iguais de veículos soldados.
Ainda em relação a este teste, algumas outras considerações devem ser feitas em
relação às amostras S1, S5, S8 e S10.
A amostra S1, que é igual às amostras S2 e S3, mesmo tendo realizado a solda de
890 carrocerias foi considerada igualmente perigosa, pois foi encontrada fora de sua
posição original, caída ao chão, quebrada e sem a possibilidade de avaliação com
relação a trincas por dilatação térmica.
Durante a utilização da amostra S5, percebeu-se que esta retinha mais intensamente
os respingos de solda que eram projetados em sua direção, pois tais respingos
geravam grandes aprofundamentos na superfície do vidro por alta temperatura
quando projetados. Optou-se por removê-lo antecipadamente, pois com o grande
acúmulo de partículas, esta amostra logo poderia sofrer degradação térmica e
romper-se.
A amostra S8 não pôde ser testada, pois não foi possível encaixá-la em seu
receptáculo, portanto foi descartada do teste.
A amostra S10 foi a única amostra aprovada, porém esta amostra, diferente das
demais, não era feita de material menos nobre. Tratava-se de uma janela de proteção
de quartzo reutilizada e que passou por um processo de recuperação, conseguindo
perfazer um grande número de soldas sem apresentar nenhum comportamento
diferente.
É importante ressaltar que as pessoas que executaram os testes não conheciam os
tipos de amostras que estavam sendo analisadas e tinham como única atividade fazer
notas dos dados do procedimento proposto.
Após o resultado apresentado por este teste (Tabela 7.3), optou-se por prosseguir
com os testes empregando a janela de proteção recondicionada.
73
7.5.2 Ensaios realizados com emprego de janelas de proteção recondicionadas
A recuperação destas amostras consta da remoção de uma camada superficial do lado
exposto ao processo com o intuito da remoção de todas as impurezas depositadas
sem afetar as qualidades originais do componente, tais como a regularidade
superficial e o paralelismo entre as faces. Após a remoção da camada de quartzo, é
novamente aplicada a camada anti-reflexiva.
Utilizando como base o resultado do ensaio anterior, optou-se por utilizar 10
amostras de janelas de proteção recondicionadas realizando procedimento descrito a
seguir.
Todas as amostras foram instaladas no robô “N” e, concomitantemente, foram
instaladas janelas de proteção comuns no robô “O”, seu robô de espelho. As soldas
foram executadas e o acompanhamento das amostras até a sua completa degradação
(caracterizado pela quebra de qualidade do processo de solda) foi realizado,
anotando-se os dias, hora de início, hora de término e quantas carrocerias foram
soldadas. O teste foi realizado ininterruptamente e procedimentos para uma
identificação correta das amostras foi empregado. Como o comportamento das
janelas de proteção em relação à redução de suas espessuras ainda era desconhecido,
tomou-se o cuidado de fazer uma verificação mais constante, principalmente, no
início da utilização de cada uma das amostras.
A espessura das amostras recuperadas variou entre 1,32mm e 1,4mm e seu índice de
transmitância variou de 99,5% a 99,9% para o comprimento de onda de 1064nm.
Com estes valores, nenhuma amostra demonstrou ruptura de sua estrutura e também
não apresentou retenção de quantidades anormais de respingos (RIBOLLA, A.,
2005).
Todas as amostras foram consideradas aprovadas e os resultados obtidos foram muito
satisfatórios, como mostra a Tabela 7.4.
Os ganhos em redução de custo com o procedimento de recuperação são bons se
comparados ao custo de um componente novo considerando que o serviço de
recuperação será realizado em lotes com quantidades mínimas pré-estabelecidas.
Vale ressaltar que não é para todo tipo de janela de proteção que o processo de
74
recuperação é economicamente viável, pois, dependendo do tipo, o custo de
aquisição torna-se inferior ao custo de recuperação.
Tabela 7.4 - Resultados do terceiro ensaio com amostras de quartzo recuperados.
7.6 Escolha do melhor universo de amostras
Para o ensaio realizado foram separadas as amostras no período de 17/04/2003 a
15/12/2004 referentes à soldagem autógena, ou seja, aquela onde não ocorre adição
de metal à poça de fusão.
Algumas amostras não puderam ser identificadas e outras amostras se perderam
durante o procedimento de troca realizado pelos operadores da estação de geometria.
Além da boa integridade física das amostras (sem apresentar furos ou trincas), três
informações foram consideradas para validar todo o material para que fosse possível
realizar o estudo superficial através da análise de imagens: a identificação da estação
de geometria, a identificação do robô que utilizou a janela de proteção e a data de
remoção da amostra. Nestas condições, 331 janelas de proteção foram segregadas e a
distribuição encontrada é demonstrada pela Figura 7.9.
A diferença no volume de amostras obtidas entre as estações de geometria pode ser
explicada com base na proporcionalidade existente referente à média do volume de
veículos fabricados para cada um dos modelos em suas respectivas estações de
geometria.
Com base nas informações da Figura 7.9, optou-se por verificar se as amostras
obtidas do robô E da estação de geometria do modelo 241 pertenciam a um período
exclusivo de tempo ou se estavam distribuídas de forma uniforme ao longo de todo o
período compreendido entre a obtenção da primeira e da última amostra.
75
Figura 7.9 – Distribuição das amostras das janelas de proteção .
Comprovou-se a uniformidade de distribuição, com exceção de um pequeno período
compreendido entre Outubro de 2003 e Abril de 2004 onde as amostras foram
obtidas com uma freqüência menor (APÊNDICE E). Tal fato pode ser explicado
devido a uma redução no volume de produção do período devido a uma série de
paralisações da estação que deveria passar por reestruturações.
Apesar da quantidade das amostras do robô E da estação de geometria do modelo
241 ter apresentado um aumento do período de troca por sete meses, optou-se por
efetuar a análise de imagem com estas amostras devido à quantidade total de janelas
de proteção obtida ser maior do que a de qualquer outro robô.
7.7 Procedimento empregado na análise de imagem
O procedimento empregado utiliza um software denominado ImageJ versão 1.33u
para quantificar a área degradada de um lote de janelas de proteção. O procedimento
utilizado previu, inicialmente, a digitalização da imagem superficial do componente
com a resolução de 1200dpi e 24bits de cor (Figura 7.10). Após a digitalização,
empregou-se um processo de tratamento de imagem para obtenção de contornos
(Figura 7.11) com a finalidade de determinar os limites atingidos por cada uma das
partículas. Com os contornos delineados, foi empregada uma máscara (Figura 7.12) a
76
fim de excluir a região por onde o feixe de luz não atravessa a janela de proteção
reduzindo-se, assim, a região total da amostra para a região útil e automaticamente
melhorando os resultados obtidos. A área total de uma janela de proteção é de
2375,83 mm², porém a área útil média utilizada e considerada foi de 1877,67 mm², o
que caracteriza uma densidade de potência de 2,13W/mm² para a potência nominal
do gerador empregado. Após a aplicação da máscara, fez-se a conversão da imagem
colorida para uma imagem binária (Black & White) (Figura 7.13), necessária para
que o analisador de partículas pudesse ser aplicado.
Figura 7.10 – Processamento de imagem da Janela de Proteção. Digitalização com
1200dpi .
Figura 7.11 – Processamento de imagem da Janela de Proteção. Obtenção de
contornos .
77
Figura 7.12 – Processamento de imagem da Janela de Proteção. Aplicação de
máscara .
Figura 7.13 – Processamento de imagem da Janela de Proteção. Conversão imagem
binária .
Após finalizado o tratamento de imagem, inicia-se a análise de área degradada
utilizando-se o módulo analisador de partículas do software ImageJ para realizar a
contagem de partículas e de suas respectivas áreas bem como de suas características
fazendo uso dos contornos obtidos na última etapa deste tratamento de imagem
(Figura 7.14).
Este procedimento foi empregado para 48 das 49 amostras haja vista que uma das
amostras encontrava-se trincada e este fato criaria ruídos desnecessários à análise,
por isso ela foi desconsiderada.
78
Antes do início da análise de partículas, para que uma maior exatidão e precisão nos
resultados fosse obtida, foram desconsiderados os pontos cuja área era inferior a 10
pontos (4,48µm²). Tal medida foi necessária para não mascarar os valores reais de
quantidades de pontos de áreas degradadas. Após a conversão da imagem colorida
para imagem binária, foram criadas automaticamente pequenas regiões indesejadas
que puderam ser eliminadas com esta medida. Além disso, também pôde ser
diagnosticada uma quantidade mais precisa de pontos reais de respingo de solda haja
vista que, se fossem considerados todos os pontos, esta contagem seria prejudicada
pela grande quantidade de ruído obtida tanto no tratamento de imagem quanto na
análise de partículas.
Figura 7.14 – Processamento de imagem da Janela de Proteção. Análise de
partículas .
Dentro da análise realizada, foram obtidos dados de perímetro, área, localização,
altura, largura, centro de gravidade e diâmetro de Feret que define a maior distância
entre dois pontos de um perímetro selecionado.
No item de menu “Analyze / Set Scale” foi empregada a configuração conforme a
Figura 7.15 respeitando as dimensões com as quais as janelas de proteção tiveram
suas imagens capturadas pelo scanner.
No item de menu “Analyze / Set Measurements” foi empregada a configuração
conforme a Figura 7.16 sendo excluídos somente os itens referentes à dados que
envolviam contagens em escala de cinza. Uma vez que transformamos a imagem em
79
binária, os itens que envolviam processamento em imagens com escala de cinza só
tomariam mais tempo de processamento. Finalmente, antes da análise propriamente
dita, no item de menu “Analyze / Analyze Particles...” foi empregada a configuração
conforme a Figura 7.17.
Figura 7.15 – Parametrização da escala de imagem no software ImageJ .
Figura 7.16 – Parametrização de itens a serem processados pelo software ImageJ .
80
Figura 7.17 – Parametrização do analisador de partículas do software ImageJ .
7.8 Resultados
Um fenômeno interessante que pôde ser constatado nas amostras, porém com maior
intensidade nas que apresentaram maior degradação foi observado: na região central
de todas as amostras, os respingos que haviam inicialmente aderido à superfície
desprenderam-se, tornando a região central da janela de proteção um pouco menos
resistente à passagem do feixe LASER se comparada às suas bordas. Tal fato talvez
possa ser explicado levando em consideração a alta densidade de potência nesta
região e a diferença nos valores dos coeficientes de dilatação linear do aço (12.10
-6
K
-1
) e do quartzo (7,1.10
-6
K
-1
), o que poderia levar ao cisalhamento da união na
região entre o respingo, cuja composição é predominantemente de aço, e o quartzo da
janela de proteção.
Nesta mesma região central, a cor superficial predominante tende ao marrom devido
à forte calcinação de impurezas depositadas sobre a janela de proteção neste local,
diferentemente das bordas que se mantêm em tonalidades de cinza. Este fenômeno,
ao mesmo tempo em que leva a um atraso do momento de troca da janela de
proteção, também aumenta a probabilidade de expor a lente de focalização a danos
considerando que o centro ainda pode permitir uma solda com relativa qualidade e a
borda, por possuir uma resistência maior à passagem da luz e conseqüentemente por
81
permitir um acúmulo maior de temperatura, pode permitir a entrada de impurezas na
câmara da lente de focalização por um possível orifício.
Já no âmbito da análise de partículas, o resultado encontrado em uma primeira
análise da área degradada demonstrou um padrão em relação à troca do componente
(APÊNDICE D), pois dentre todas as 48 amostras houve uma degradação com média
de 15% (285mm²) e desvio médio de 4% (78,69mm²) (APÊNDICE E) em relação à
área total considerada (1877,67 mm²), o que demonstra uma coerência prática em
relação à necessidade de troca da janela de proteção próxima a este valor
considerando ainda que tais componentes foram substituídos em horários diferentes e
por profissionais diferentes. É importante ressaltar que o critério utilizado por estes
profissionais para se efetuar a substituição é tão somente o da observação do
decréscimo da qualidade do processo de solda por meios visuais ou por eventuais
problemas ocorridos no processo e que poderiam ser mascarados por uma janela de
proteção em condições de uso não próprias.
As amostras com maior índice de degradação demonstram muitas marcas de respingo
em forma de lua crescente, confirmando que existe um desprendimento muito grande
de material, especialmente na região central da janela de proteção. Tal caracterização
pôde ser feita com a ajuda da estereologia, definida como o conjunto de relações e
procedimentos que permite inferir as propriedades geométricas de uma
microestrutura tridimensional a partir de medidas e observações realizadas em
imagens representativas bidimensionais obtidas de tais estruturas (RUSS, J.C. et al,
1999).
Utilizando-se do software ImageJ, pôde-se chegar a alguns parâmetros básicos de
classificação de forma segundo a sua elongação e sua irregularidade (Figura 7.4).
Nas amostras analisadas, basicamente o fator forma pode ser classificado em três
categorias: circular, suavemente alongada ou irregularmente alongada. A primeira
categoria é descrita pela marca deixada por um respingo em forma circular.
Geralmente, para deixar esta marca, o respingo continua aderido à superfície da
janela de proteção. A segunda categoria é caracterizada por formas pouco alongadas
e pouco irregulares ou disformes, geralmente criada por aglomerados de respingos e
manchas deixadas por respingos desprendidos da estrutura do quartzo. A terceira
categoria é descrita por pequenas marcas semicirculares ou em forma de lua
82
crescente e que foram deixadas por respingos que, após aderirem à superfície da
janela de proteção, foram expulsos de sua superfície. São padrões de forma
geralmente bem alongada.
Para determinar valores, foi empregada uma fórmula para se determinar o índice de
circularidade Ic (Equação 7.2) (FERNANDES, C.P., 2004):
2
4
L
A
I
c
π
=
(7.2)
Onde A é a área e L é o perímetro da partícula. Um valor igual a 1 indica um círculo
perfeito e um valor tendendo a 0 indica uma forma irregular de alongamento
crescente. No caso da utilização do ImageJ, duas considerações devem ser feitas:
a) os valores podem ter uma convergência ruim para partículas muito pequenas.
b) os arredondamentos realizados pelo software podem levar a valores de Ic errôneos
e superiores a 1 mesmo não sendo a partícula analisada uma circunferência perfeita.
Isto acontece devido à resolução empregada e às partículas muito pequenas
encontradas. Neste caso, tais partículas foram removidas do universo amostral de
forma que os resultados não fossem comprometidos. O limite determinado para esta
exclusão foi baseado no Ic.
Para compreender um pouco melhor a relação das proporções dimensionais e formas
das partículas, foram segregadas três amostras de janelas em função do número de
partículas encontradas em cada uma para poder verificar se o comportamento era
estável para seus diversos valores. A estabilidade mostrou-se consistente conforme
pode ser visto na Figura 7.18, onde se adotou a amostra global 010 com 4345 pontos
de degradação, na Figura 7.19, onde se adotou a amostra global 200 com 2184
pontos de degradação e na Figura 7.20, onde se adotou a amostra global 271 com 815
pontos de degradação.
Considerando que o diâmetro de Feret é a maior distância medida em linha reta entre
os perímetros de uma figura plana, estima-se que, no caso de uma partícula, a melhor
condição para a passagem de luz é onde o perímetro possui duas vezes o valor do
diâmetro de Feret. Na prática isto não acontece, mesmo que a partícula seja tão fina
quanto a uma linha reta muito fina, pois mesmo utilizando uma resolução de imagem
83
muito alta, o contorno delimitado pelo software nunca estará sobre a mesma linha
onde é medido o diâmetro, o que pode ser confirmado pela Figura 7.18, Figura 7.19 e
Figura 7.20. Quando a razão do perímetro pelo diâmetro de Feret é apresentada, o
valor chega próximo a 2, mas não é encontrada nenhuma leitura no exato valor de 2.
Isto pode ser explicado pelo fato de que para as partículas mais alongadas, o
perímetro da partícula vai se aproximando do dobro do valor do diâmetro, como
pode ser percebido na Figura 7.21.
Figura 7.18 – Distribuição de pontos de degradação segundo Ic e a relação de
perímetro e diâmetro de Feret para amostra 010 do robô E .
Figura 7.19 – Distribuição de pontos de degradação segundo Ic e a relação de
perímetro e diâmetro de Feret para amostra 200 do robô E .
84
Figura 7.20 – Distribuição de pontos de degradação segundo Ic e a relação de
perímetro e diâmetro de Feret para amostra 271 do robô E .
Figura 7.21 – Relação entre geometria bidimensional de uma partícula, perímetro e
diâmetro de Feret .
Considerando que o espalhamento de uma única partícula sobre a superfície de uma
janela de proteção, atualmente, não é algo tão comum e que as maiores áreas
degradadas não são formadas por um único ponto, mas sim por um aglomerado de
pontos, o que em operação com uma freqüência de troca coerente não deveria
acontecer, podemos dizer que a pior condição (Figura 7.22) para o impedimento da
passagem do feixe de LASER ocorre para os pontos de maior extensão em área onde
são encontradas razões de perímetro e diâmetro de Feret próximos ao valor de π.
Isto caracteriza uma área com perímetro circular, conseqüentemente uma área com
maior poder de absorção de radiação do que uma razão no valor próximo a 2 para o
mesmo valor de diâmetro de Feret.
85
A Figura 7.23 mostra a localização de algumas formas de partículas na distribuição
proposta que relaciona o índice de circularidade e a relação do perímetro e diâmetro
de Feret.
Acima do valor de π para a relação de perímetro e diâmetro de Feret, começamos a
encontrar as regiões degradadas formadas por aglomeração de pontos. Em condições
normais de operação, estas aglomerações não deveriam ocorrer.
Figura 7.22 – Distribuição contemplando as 50 maiores e as 50 menores áreas
degradadas .
Em uma primeira etapa formalizou-se uma metodologia para garantir uma troca
coerente das janelas de proteção com a determinação de um índice prático de troca.
Será considerado o índice inicial encontrado na análise das 48 amostras (15%).
A segunda parte será determinar para o mesmo robô E ensaiado, quais são os índices
de degradação para vários volumes de carrocerias soldadas de forma a se conhecer o
perfil deste efeito. Foram produzidas soldas em uma faixa de carrocerias de 200 a
3000 veículos para quatorze amostras e, para cada uma delas, foi efetuada análise de
imagens obtendo-se a área de degradação.
Para outras quatro amostras foram pré-determinadas as quantidades de carrocerias
com baixos valores para se estabelecer uma parte desconhecida do perfil a ser
determinado para baixos volumes de produção, haja vista que na prática esta
condição não ocorre (APÊNDICE C). O resultado foi a obtenção de uma curva com
perfil logarítmico e, a partir de uma curva de tendência obteve-se uma função para
reger este perfil como pode ser visto na Figura 7.24.
86
Figura 7.23 – Localização de algumas formas bidimensionais de partículas na
distribuição de pontos de degradação segundo Ic e a relação de perímetro e
diâmetro de Feret .
Com base neste resultado e substituindo-se o valor do índice de degradação adotado,
obtém-se a quantidade de 412 carrocerias, porém deve ser lembrado que as condições
para cada operação de robô são únicas e estas dependem basicamente de quatro
fatores: potência utilizada, velocidade do robô, comprimento total dos cordões de
solda e ângulo de inclinação de aplicação do feixe de LASER.
Figura 7.24 – Curva de referência para o robô E da quantidade de veículos
produzidos em função da área degradada .
87
Ainda em relação aos resultados encontrados na Figura 7.24, foi efetuado o teste de
correlação de Pearson com o software estatístico Minitab para verificar o quanto os
valores encontrados diferiam ou se aproximavam da curva de ajuste. Foi encontrado
o valor 0,945, o que indica que a curva de ajuste tem uma boa aderência aos dados
reais. Quando os mesmos dados foram submetidos à análise de variância para se
determinar a influência de uma variável sobre a outra, ele apresentou um número de
Fisher no valor de 7,9443 para 1 grau de liberdade no numerador e 17 no
denominador na relação F-Fisher. Quando comparado aos valores tabelados da
relação, este apresentou uma probabilidade de influência de uma variável sobre a
dentro da faixa de 90%, indicando também uma boa associação entre as variáveis
(DIETER, G.E., 2000) (MONTGOMERY D.C.
et al, 2004).
Como a grande maioria dos cordões de solda é realizada com o feixe LASER sendo
aplicado na posição horizontal, esta variável será desconsiderada neste estudo.
Utilizando-se os valores de velocidade e comprimento dos cordões é possível
calcular o tempo de exposição das janelas de proteção à fonte emissora de respingos.
O produto do tempo de disparo do feixe de LASER pela potência deste mesmo feixe
aplicado em regime constante pode fornecer um índice de mérito equivalente e
proporcional a esta degradação ou, em outras palavras, a energia do processo pode
ser considerada diretamente proporcional à degradação das janelas de proteção.
Sendo assim, utilizando os parâmetros conhecidos no processo segundo o plano de
pontos que descreve as regiões que receberão os cordões de solda (APÊNDICE A) é
possível determinar para todos os robôs que trabalham com a entrega de feixe de
LASER na posição horizontal o valor de carrocerias que podem ser processadas para
cada robô sem que haja uma troca excessiva ou tardia das janelas de proteção
(APÊNDICE B). Tais valores deverão ser ajustados ao processo prático e, para isso,
deverá ocorrer um acompanhamento mais assíduo durante a implantação dos
períodos de troca adotados com este estudo.
88
8 CONCLUSÕES
- O procedimento proposto para se determinar um índice de degradação por meio da
análise de imagens é possível e eficaz.
- É possível estabelecer uma relação, por meio de um índice quantitativo, entre área
degradada das janelas de proteção e quantidades de carrocerias soldadas utilizando-
se do estudo da análise de imagens e de referências operacionais de cada estação de
trabalho.
- O índice médio de degradação encontrado experimentalmente na superfície das
janelas de proteção e que pode ser utilizado como base inicial para outros estudos é
de 15%.
- A degradação superficial em uma janela de proteção em função do número de
veículos produzidos é representada por meio de uma curva de perfil logarítmico.
- A utilização de janelas de proteção até níveis coerentes de degradação, além de
permitir a redução de gastos excessivos com trocas freqüentes e de garantir a
qualidade da solda e conseqüentemente do produto, também permite que os níveis de
degradação das janelas de proteção possibilitem a sua posterior recuperação.
- A recuperação superficial das janelas de proteção é possível e pode gerar economia
desde que seja realizada com volumes da ordem de centenas de unidades.
89
9 TRABALHOS FUTUROS
Como sugestão de trabalhos que poderão complementar este estudo, pode-se
correlacionar a adesão de respingos e outros fumos na superfície das janelas de
proteção com o ângulo de aplicação do feixe no processo, também pode-se
correlacionar este com a pressão e formatos de bicos utilizados na cortina de ar
comprimido.
Outro fator que pode influenciar significativamente é a quantidade de zinco no
processo que pode sofrer a influência de diversas camadas (para 2 ou 3 chapas) na
emissão de respingos.
90
10 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ALBRIGHT, C. Laser welding, machining and materials processing:
Proceedings of the International Conference on Applications of Lasers and
Electro-optics (ICALEO '85, 11-14 November 1985), San Francisco,
California, USA, 1985 249p.
ALVAREZ, L.F.M. Proteção Contra Corrosão - Galvanização por imersão a
quente - Revista Tratamento de Superfície no. 129 - fev. 2005 p.26-30
BERGSTRÖM, D. The Absorptance of Metallic Alloys to Nd: YAG and Nd:
YLF Laser Light. Licentiate Thesis, 2005 134p. - Disponível em:
<http://www.epubl.ltu.se/1402-1757/2005/89/LTU-LIC-0589-SE.pdf>.
Acesso em: 18 de abr. 2006.
BRYSCH, P. Technische Prämissen für das Laserstrahlhartlöten im
Karosseriebau: (NUR ZUM INTERNEN GEBRAUCH), 2003 33p
BURNS, R. M.; BRADLEY, W. W. Protective coatings for metals. 3ed. New
York: Reinhold, 1967 (American Chemical Society. Monograph series no.
163) p.103-171.
CASIX, Product Catalogue, 2004 - Disponível em:
<http://www.casix.net/download/catalog.pdf>. Acesso em: 02 de mar. 2006.
COHEN-TANNOUDJI, C.; DIU, B.; LALOË, F. Mécanique quantique. v.1 Paris:
Hermann, 1977 p.08-45
CVI LASER OPTICS AND COATINGS Optical Materials, 2004. - Disponível
em: <http://www.cvilaser.com/Common/PDFs/OpticalMaterials.pdf>. Acesso
em: 22 de jul. 2005.
DAVIS, C. C. Lasers and Electro-Optics Fundamentals and Engineering.
Cambridge University Press, 2000 720p.
DAWES, C. Laser welding: A practical guide. Cambridge: Abington, 1992 258p.
DIETER, G.E. Engineering Design – A Materials and Processing Approach.
McGraw-Hill, 2000 715p.
91
DIN - INSTITUTO ALEMÃO PARA NORMALIZAÇÃO Chapa e tira de aço
modificadas com fusão por imersão contínua - Tolerâncias limítrofes e
tolerâncias de formas - DIN EN 10143. Alemanha, 1993.
DIN - INSTITUTO ALEMÃO PARA NORMALIZAÇÃO Chapa e tira de aços doces,
continuamente refinadas por imersão a quente para moldagem a frio –
Especificações técnicas de fornecimento - DIN EN 10327. Alemanha, 2004.
DIN - INSTITUTO ALEMÃO PARA NORMALIZAÇÃO Conceituação para
Classificação dos aços - DIN EN 10020. Alemanha, 2000.
EUROPEAN PATENT APPLICATION Joining distance between two coated
sheets - 377 182 AZ. Filed 28 March 1989. Pub1:18 Oct 1989. 4 fig, 4 claims.
FERNANDES, C.P. Análise de imagem na caracterização microestrutural, 2004
– Disponível em:
<
http://www.materiais.ufsc.br/Disciplinas/EMC5793/arquivos/inaugural.ppt>.
Acesso em: 09 de jul. 2006.
GIMENES, Jr. L.; RAMALHO, J. P. Info Solda - Disponível em:
<http://www.infosolda.com.br/soldagem_laser.htm>. Acesso em: 18 de abr.
2006.
HOFFMANN, P.; KUGLER, P. & SCHWAB, J. - Prozess-und Systemtechnik für
das Laser strahl hartlöten, Vortrag zu Loet, ERLAS Erlangen, 2004.
J. K. CONSULTING High Reflectors - Disponível em:
<http://www.kruschwitz.com/HR's.htm>. Acesso em: 18 de abr. 2006.
LANDAU, L.; LIFCHITZ, E. Teoria do Campo. São Paulo: Hemus, 19-? p.05-239
LARSSON, J.K. The Use of NdYAG Lasers in Future Automotive Applications.
In: LASER ASSISTED NET SHAPE ENGINEERING 2 - PROCEEDINGS
OF THE LANE'97, Meisenbach Bamberg, 1997 p.155-168.
MONTGOMERY, D.C.; HUBELE, N. F.; RUNGER G.C. Estatística Aplicada a
Engenharia. 2ed.– Ltc 2004 336p.
MONTOYA, J. W. R. Marcado y Esmaltado de Materiales Cerámicos com
LÁSER. 2005. 210p. Tese (Doutorado) - Departament de Física Aplicada i
Òptica Universitat de Barcelona. Barcelona, 2005.
92
NOWAKOWSKI, K. A. Laser beam interaction with materials for microscale
applications. Dissertation for the Degree of Doctor, 2005 390p. - Disponível
em: <http://www.wpi.edu/Pubs/ETD/Available/ etd-121205-
135626/unrestricted/01_PHD-D-Final.pdf>. Acesso em: 18 de abr. 2006.
RED OPTRONICS Catalogue, 2005. - Disponível em:
<http://www.redoptronics.com/index.html>. Acesso em: 02 de mar. 2006.
RIBOLLA, A. Relatório de Ensaios de Schutzgläser para Estação de Solda
LASER da Planta Anchieta, 2003 17p. (Não Publicado)
RIBOLLA, A. Relatório de Ensaios de Schutzgläser Recuperados em Volume,
2005 15p. (Não Publicado)
RIBOLLA, A. Relatório de Ensaios de Schutzgläser Recuperados, 2004 10p.
(Não Publicado)
RIBOLLA, A.; DAMOULIS, G. L.; BATALHA, G. F. The use of Nd:YAG laser
weld for large scale volume assembly of automotive body in white In:
JOURNAL OF MATERIALS PROCESSING TECHNOLOGY LAUSANNE,
v. 164-165, p. 1120-1127 (Indexado em Applied Mechanics Reviews, 1948-,
ISSN 003-6900; Indexado em Chemical Abstracts, 1907-, ISSN 0092258;
Indexado em INSPEC, 1983-, ISSN 0264-7508), jan. 2005
RUSS, J.C.; DEHOFF, R. T. Practical Stereology. 2ed. New York, NY: Plenum
Press, 1999 (ISBN 0-306-46476-4) 307p. - Disponível em:
<http://www.practical-stereology.org/stereology.pdf>. Acesso em: 02 de mar.
2006.
RYKALIN, N.; UGLOV, A.; KOKORA, A. Laser machining and welding.
Moscow: Mir Publishers, c1978 (translated from the Russian by GLEBOV,
O.) 310p.
SCHIFF, L. I. Quantum mechanics. 3ed. New York: McGraw-Hill, 1968
(International series in pure and applied physics) p.101-129
SCHMIDT, R.; WUNDT, K. Fundamentals of laser drilling In: EPC EUROPEAN
PCB CONVENTION 1998 - Wiesbaden, Germany, Sept. 29 – Oct.1, 1998 6p.
SCHWICKERT, M. et al Laser Hydriding – a Novel Method to Store Hydrogen
in Solids. Physica Scripta. Vol. T108, 113–118, 2004
93
SEEFELD, T. et al Anwendungsuntersuchungen zum Schweißen mit dem
Hochleistungsfaserlaser, 2005 - Disponível em:
<http://www.bias.de/Events/Seminar%20Faserlaser/Vortraege/1%20Seefeld.
pdf>. Acesso em: 02 de mar. 2006
SPEIGHT, F. Y.; CAMPBELL, H. C. Fumes and Gases in the Welding
Environment: A research report on fumes and gases generated during
welding operations - Research performed at Battelle-Columbus Laboratories
under the direction of the AWS Research Committee on Safety and Health.
Miami: American Welding Society, c1979 (AWS) p.01-69.
STOUT, R. D. et al Weldability of Steels. 4ed. New York, N.Y.: Welding
Research Council, 1987 p.180-191.
TRUMPF GmbH Manual de Treinamento em equipamento LASER Trumpf
HL4006D 2001.
VITA ZAHNFABRIK Product Information - Yttrium, 2002. - Disponível em:
<http://materials.globalspec.com/Goto/GotoWebPage?gotoUrl=http%3A%2F
%2Fwww%2Eplanetcerec%>. Acesso em: 02 de mar. 2006.
YOUNG, M. Óptica e LASER, 4ed., 1998. Editora da Universidade de São Paulo
(Ponta 15) 440p.
I
APÊNDICE A
Plano de pontos com solda LASER nos modelos 240 e 241.
Modelo 240 – Lateral Direita:
Modelo 240 – Lateral Esquerda:
Somente sob consulta do autor
II
Modelo 240 – Vista superior:
Modelo 240 – Vista traseira:
Somente sob consulta do autor
III
Modelo 241 – Lateral Direita:
Modelo 241 – Lateral Esquerda:
Somente sob consulta do autor
IV
Modelo 241 – Vista superior:
Modelo 241 – Vista traseira:
Somente sob consulta do autor
V
Tabela com dados de processo para o modelo 240:
Pto. Robô
L
(mm)
vR
(mm/s)
P(W)
Pto. Robô
L
(mm)
vR
(mm/s)
P(W)
Pto. Robô
L
(mm)
vR
(mm/s)
P(W)
001 D 20 33 3950 058 R 20 42 4000 115 N 20 50 3300
002 D 20 33 3950 059 R 20 42 4000 116 N 20 50 3300
003 D 20 33 3950 060 R 20 42 4000 117 N 20 50 3300
004 D 20 33 3950 061 R 20 42 4000 118 N 20 50 3300
005 D 20 50 3950 062 R 20 35 4000 119 N 20 50 3300
006 D 20 50 3950 063 R 20 25 4000 120 N 20 50 3300
007 D 20 50 3950 064 R 20 25 4000 121 N 20 50 3300
008 D 20 50 3950 065 R 20 25 4000 122 N 20 50 3300
009 D 20 50 3950 066 R 20 25 4000 123 N 20 50 3300
010 D 20 30 3950 067 R 20 25 4000 124 N 30 30 4000
011 D 20 30 3950 068 R 20 25 4000 125 N 30 30 4000
012 F 20 42 4000 069 H 20 40 4000 126 N 30 30 4000
013 F 20 42 4000 070 C 20 33 3950 127 P 20 42 4000
014 F 20 42 4000 071 C 20 33 3950 128 P 20 42 4000
015 F 20 42 4000 072 C 20 33 3950 129 P 20 42 4000
016 F 20 42 4000 073 C 20 33 3950 130 P 20 42 4000
017 F 20 42 4000 074 C 20 50 3950 131 P 20 35 4000
018 F 20 42 4000 075 C 20 50 3950 132 P 20 25 4000
019 F 20 42 4000 076 C 20 50 3950 133 P 20 25 4000
020 F 20 42 4000 077 C 20 50 3950 134 P 20 25 4000
021 F 30 42 4000 078 C 20 50 3950 135 P 20 25 4000
022 F 20 42 4000 079 C 20 30 3950 136 P 20 25 4000
023 F 20 42 4000 080 C 20 30 3950 137 P 20 25 4000
024 F 20 42 4000 081 E 20 42 4000 138 G 20 40 4000
025 F 20 42 4000 082 E 20 42 4000 139 S 20 54 4000
026 F 20 42 4000 083 E 20 42 4000 140 S 20 54 4000
027 F 20 42 4000 084 E 20 42 4000 141 I 20 70 3100
028 F 20 42 4000 085 E 20 42 4000 142 I 20 70 3100
029 F 20 42 4000 086 E 20 42 4000 143 I 20 70 3100
030 F 20 42 4000 087 E 20 42 4000 144 I 20 70 3100
031 F 20 42 4000 088 E 20 42 4000 145 T 20 54 4000
032 H 20 42 4000 089 E 20 42 4000 146 T 20 54 4000
033 H 20 42 4000 090 E 30 42 4000 147 K 20 70 3050
034 H 20 42 4000 091 E 20 42 4000 148 K 20 70 3050
035 H 20 42 4000 092 E 20 42 4000 149 K 20 70 3050
036 H 20 42 4000 093 E 20 42 4000 150 K 20 70 3050
037 H 20 42 4000 094 E 20 42 4000 151 I 20 56 4000
038 H 20 42 4000 095 E 20 42 4000 152 I 20 56 4000
039 H 50 42 4000 096 E 20 42 4000 153 I 20 56 4000
040 O 20 30 4000 097 E 20 42 4000 154 I 20 56 4000
041 O 20 30 4000 098 E 20 42 4000 155 I 20 56 4000
042 O 20 30 4000 099 E 20 42 4000 156 I 20 56 4000
043 O 20 30 4000 100 E 20 42 4000 157 I 20 56 4000
044 O 20 30 3300 101 G 20 42 4000 158 I 20 56 4000
045 O 20 50 3300 102 G 20 42 4000 159 K 20 70 3600
046 O 20 50 3300 103 G 20 42 4000 160 K 20 70 3600
047 O 20 50 3300 104 G 20 42 4000 161 K 20 70 3600
048 O 20 50 3300 105 G 20 42 4000 162 K 20 70 3600
049 O 20 50 3300 106 G 20 42 4000 163 K 20 70 3600
050 O 20 50 3300 107 G 20 42 4000 164 K 20 70 3600
051 O 20 50 3300 108 G 50 42 4000 165 K 20 70 3800
052 O 20 50 3300 109 N 20 30 4000 166 K 20 70 3800
053 O 20 50 3300 110 N 20 30 4000 167 G 20 50 4000
054 O 20 50 3300 111 N 20 30 4000 168 H 20 50 4000
055 O 30 30 4000 112 N 20 30 4000 169 I 20 60 3000
056 O 30 30 4000 113 N 20 30 3300 170 I 20 60 3000
057 O 30 30 4000 114 N 20 50 3300
Somente sob consulta do autor
VI
Tabela com dados de processo para o modelo 241:
Pto. Rb.
L
(mm)
vR
(mm/s)
P(W)
Pto. Rb.
L
(mm)
vR
(mm/s)
P(W)
Pto. Rb.
L
(mm)
vR
(mm/s)
P(W)
171 D 20 50 4000 229 O 20 42 4000 287 N 20 70 4000
172 D 20 50 4000 230 O 20 42 4000 288 N 20 70 4000
173 D 20 33 4000 231 O 20 35 4000 289 N 20 70 4000
174 D 20 33 4000 232 O 20 25 4000 290 N 20 70 4000
175 D 20 50 4000 233 O 20 25 4000 291 N 20 70 4000
176 D 20 50 4000 234 O 20 25 4000 292 N 20 70 4000
177 D 20 50 4000 235 O 20 25 4000 293 N 20 30 4000
178 D 20 50 4000 236 O 20 35 4000 294 N 20 30 4000
179 D 20 50 4000 237 O 20 35 4000 295 N 20 30 4000
180 D 20 30 4000 238 O 20 35 4000 296 N 30 30 4000
181 D 20 30 4000 239 K 20 70 3000 297 N 30 42 4000
182 F 20 40 4000 240 K 20 70 3000 298 N 30 42 4000
183 F 20 40 4000 241 K 20 70 3000 299 N 20 42 4000
184 F 20 40 4000 242 C 20 50 4000 300 N 20 42 4000
185 F 20 40 4000 243 C 20 50 4000 301 N 20 42 4000
186 F 20 40 4000 244 C 20 33 4000 302 N 20 35 4000
187 F 20 40 4000 245 C 20 33 4000 303 N 20 25 4000
188 F 20 40 4000 246 C 20 50 4000 304 N 20 25 4000
189 F 20 40 4000 247 C 20 50 4000 305 N 20 25 4000
190 F 20 40 4000 248 C 20 50 4000 306 N 20 25 4000
191 F 30 40 4000 249 C 20 50 4000 307 N 20 35 4000
192 F 20 40 4000 250 C 20 50 4000 308 N 20 35 4000
193 F 20 40 4000 251 C 20 30 4000 309 N 20 35 4000
194 F 20 40 4000 252 C 20 30 4000 310 I 20 70 3000
195 F 20 40 4000 253 E 20 40 4000 311 I 20 70 3000
196 F 20 40 4000 254 E 20 40 4000 312 I 20 70 3000
197 F 20 40 4000 255 E 20 40 4000 313 E 20 40 3800
198 F 20 40 4000 256 E 20 40 4000 314 E 20 40 3800
199 F 20 40 4000 257 E 20 40 4000 315 G 20 105 2800
200 F 20 40 4000 258 E 20 40 4000 316 G 20 105 2800
201 F 20 40 4000 259 E 20 40 4000 317 F 20 40 3800
202 H 20 40 4000 260 E 20 40 4000 318 F 20 40 3800
203 H 20 40 4000 261 E 20 40 4000 319 H 20 105 2800
204 H 20 40 4000 262 E 30 40 4000 320 H 20 105 2800
205 H 20 40 4000 263 E 20 40 4000 321 I 20 70 4000
206 H 20 40 4000 264 E 20 40 4000 322 I 20 70 4000
207 H 20 40 4000 265 E 20 40 4000 323 I 20 70 4000
208 H 20 62 4000 266 E 20 40 4000 324 I 20 80 4000
209 H 50 62 4000 267 E 20 40 4000 325 I 20 90 4000
210 O 20 30 4000 268 E 20 40 4000 326 I 20 95 4000
211 O 20 30 4000 269 E 20 40 4000 327 I 20 95 4000
212 O 20 30 4000 270 E 20 40 4000 328 I 20 95 4000
213 O 20 48 4000 271 E 20 40 4000 329 G 20 90 3800
214 O 20 70 4000 272 E 20 40 4000 330 G 20 90 3800
215 O 20 70 4000 273 G 20 40 4000 331 G 20 90 3800
216 O 20 70 4000 274 G 20 40 4000 332 K 20 70 4000
217 O 20 70 4000 275 G 20 40 4000 333 K 20 70 4000
218 O 20 70 4000 276 G 20 40 4000 334 K 20 70 4000
219 O 20 70 4000 277 G 20 40 4000 335 K 20 80 4000
220 O 20 70 4000 278 G 20 40 4000 336 K 20 90 4000
221 O 20 70 4000 279 G 20 62 4000 337 K 20 95 4000
222 O 20 30 4000 280 G 50 62 4000 338 K 20 95 4000
223 O 20 30 4000 281 N 20 30 4000 339 K 20 95 4000
224 O 20 30 4000 282 N 20 30 4000 340 I 20 90 3800
225 O 30 30 4000 283 N 20 30 4000 341 I 20 90 3800
226 O 30 42 4000 284 N 20 48 4000 342 I 20 90 3800
227 O 30 42 4000 285 N 20 70 4000 343 I 20 95 3800
228 O 20 42 4000 286 N 20 70 4000 344 I 20 95 3800
Somente sob consulta do autor
VII
APÊNDICE B
Tabela de resultados com estimativa de vida útil proposta de carrocerias para cada
um dos robôs de aplicação de LASER :
Estação Robô
Ltotal
[mm]
Tempo
[s]
P.t [W.s]
Previsão de
carrocerias
soldadas
240 C 220 5.76 22742 812
240 D 220 5.76 22742 812
240 E 410 9.76 39048 473
240 F 410 9.76 39048 473
240 G 230 5.42 21695 851
240 H 230 5.42 21695 851
240 I 280 4.67 16971 1088
240 K 240 3.43 11829 1560
240 N 390 10.33 38067 485
240 O 390 10.33 38067 485
240 P 220 7.28 29105 634
240 R 220 7.28 29105 634
240 S 40 0.74 2963 - *
240 T 40 0.74 2963 - *
241 C 220 5.35 21382 863
241 D 220 5.35 21382 863
241 E 450 11.25 44800 412
241 F 450 11.25 44800 412
241 G 290 5.18 20116 918
241 H 230 4.51 17583 1050
241 I 320 3.91 14549 1269
241 K 220 2.82 10415 1772
241 N 610 16.05 64181 288
241 O 610 16.05 64181 288
* = Aplicação do feixe LASER não horizontal
VIII
APÊNDICE C
Tabela com resultados dos ensaios de degradação realizados em 18 amostras para
diversas quantidades de carrocerias soldadas:
Nome da Amostra Veículos Produzidos Área degradada [mm2]
1 215 200.6156
2 301 218.9386
3 372 263.9878
4 542 321.7283
5 1698 391.0109
6 1315 404.9271
7 574 308.8695
8 1338 387.4764
9 361 293.8708
10 890 351.3922
11 1235 399.9199
12 1741 509.1285
13 2960 632.6381
14 2901 601.1552
50 50 2.4122
100 100 20.9986
120 120 145.3778
150 150 290.3395
IX
APÊNDICE D
Número da
Amostra do
Robô E
Número
Geral da
Amostra
Contagem
de
Partículas
Área Total
[mm2]
Área Média
[mm2]
Fração Total
de Área [%]
Fração Total de Área
no caminho do Feixe
[%]
1 10 4345 537,4290 0,1237 21,90% 28,62%
2 11 2105 236,8243 0,1125 9,70% 12,61%
3 14 2272 288,9604 0,1272 11,80% 15,39%
4 16 2607 314,9747 0,1208 12,80% 16,77%
5 18 3179 346,9164 0,1091 14,10% 18,48%
6 29 2297 237,6940 0,1035 9,70% 12,66%
7 38 1484 266,7884 0,1798 10,90% 14,21%
8 39 2475 366,6301 0,1481 14,90% 19,53%
9 45 4360 434,9803 0,0998 17,70% 23,17%
10 54 2754 410,0095 0,1489 16,70% 21,84%
11 56 2888 212,9373 0,0737 8,70% 11,34%
12 72 4693 381,8379 0,0814 15,60% 20,34%
13 73 1506 154,5064 0,1026 6,30% 8,23%
14 76 2643 346,9155 0,1313 14,10% 18,48%
15 92 1636 145,3873 0,0889 5,90% 7,74%
16 97 2421 220,2177 0,0910 9,00% 11,73%
17 110 2921 362,2300 0,1240 14,80% 19,29%
18 111 2362 177,3168 0,0751 7,20% 9,44%
19 126 1662 237,6680 0,1430 9,70% 12,66%
20 136 2721 236,0054 0,0867 9,60% 12,57%
21 139 2822 320,5132 0,1136 13,10% 17,07%
22 145 2704 242,7002 0,0898 9,90% 12,93%
23 153 2823 383,0924 0,1357 15,60% 20,40%
24 165 2165 223,7536 0,1034 9,10% 11,92%
25 172 3432 336,9859 0,0982 13,70% 17,95%
26 174 2752 374,8039 0,1362 15,30% 19,96%
27 176 2097 287,0138 0,1369 11,70% 15,29%
28 182 3583 366,8666 0,1024 15,00% 19,54%
29 190 4120 407,8961 0,0990 16,60% 21,72%
30 198 3025 330,9218 0,1094 13,50% 17,62%
31 200 2184 210,0538 0,0962 8,60% 11,19%
32 201 1524 131,1597 0,0861 5,30% 6,99%
33 207 2926 351,0540 0,1200 14,30% 18,70%
34 210 3129 345,3282 0,1104 14,10% 18,39%
35 222 2394 219,6331 0,0917 9,00% 11,70%
36 233 1925 186,8849 0,0971 7,60% 9,95%
37 235 1931 203,6394 0,1055 8,30% 10,85%
38 237 2388 265,3776 0,1111 10,80% 14,13%
39 240 2669 398,3966 0,1493 16,20% 21,22%
40 249 2394 286,8717 0,1198 11,70% 15,28%
41 270 2055 204,7294 0,0996 8,30% 10,90%
42 271 815 67,7060 0,0831 2,80% 3,61%
43 276 2686 387,0790 0,1441 15,80% 20,61%
44 300 3342 356,3676 0,1066 14,50% 18,98%
45 302 2589 269,9766 0,1043 11,00% 14,38%
46 303 2404 237,5752 0,0988 9,70% 12,65%
47 324 2907 289,3000 0,0995 11,80% 15,41%
48 325 904 77,8533 0,0861 3,20% 4,15%
284,9951
Média percentual:
15%
78,68742
Desvio médio:
4%
X
APÊNDICE E
Diferença de dias entre a substituição de cada uma das 49 amostras do robô E-241 na
linha do tempo:
Índice percentual de degradação de área de 48 janelas de proteção utilizadas no robô
E entre Outubro de 2003 e Abril de 2004:
Livros Grátis
( http://www.livrosgratis.com.br )
Milhares de Livros para Download:
Baixar livros de Administração
Baixar livros de Agronomia
Baixar livros de Arquitetura
Baixar livros de Artes
Baixar livros de Astronomia
Baixar livros de Biologia Geral
Baixar livros de Ciência da Computação
Baixar livros de Ciência da Informação
Baixar livros de Ciência Política
Baixar livros de Ciências da Saúde
Baixar livros de Comunicação
Baixar livros do Conselho Nacional de Educação - CNE
Baixar livros de Defesa civil
Baixar livros de Direito
Baixar livros de Direitos humanos
Baixar livros de Economia
Baixar livros de Economia Doméstica
Baixar livros de Educação
Baixar livros de Educação - Trânsito
Baixar livros de Educação Física
Baixar livros de Engenharia Aeroespacial
Baixar livros de Farmácia
Baixar livros de Filosofia
Baixar livros de Física
Baixar livros de Geociências
Baixar livros de Geografia
Baixar livros de História
Baixar livros de Línguas
Baixar livros de Literatura
Baixar livros de Literatura de Cordel
Baixar livros de Literatura Infantil
Baixar livros de Matemática
Baixar livros de Medicina
Baixar livros de Medicina Veterinária
Baixar livros de Meio Ambiente
Baixar livros de Meteorologia
Baixar Monografias e TCC
Baixar livros Multidisciplinar
Baixar livros de Música
Baixar livros de Psicologia
Baixar livros de Química
Baixar livros de Saúde Coletiva
Baixar livros de Serviço Social
Baixar livros de Sociologia
Baixar livros de Teologia
Baixar livros de Trabalho
Baixar livros de Turismo
