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Simulação de soldagem por oscilação a laser


 
 

1. Introdução


A simulação de soldagem por oscilação a laser representa um avanço significativo na compreensão e aprimoramento dos processos de união de materiais mediante a aplicação de feixes laser. Este método inovador incorpora a tecnologia de oscilação, introduzindo movimentos controlados e precisos durante o processo de soldagem, resultando em características distintas e melhorias na qualidade das juntas soldadas. A combinação da energia concentrada do laser com a dinâmica da oscilação proporciona um ambiente altamente controlado, permitindo análises detalhadas e otimizações no desempenho do processo.

O FLOW-3D WELD é uma ferramenta poderosa que permite modelar de maneira precisa e realista a interação complexa entre o feixe laser, o material de trabalho e as variáveis dinâmicas introduzidas pela oscilação. Esta introdução busca explorar a relevância e o impacto dessa abordagem de simulação, destacando como o uso do FLOW-3D WELD oferece insights valiosos sobre a formação da poça de fusão, a evolução do cordão de solda e outros aspectos cruciais do processo. Ao compreendermos esses detalhes intricados por meio da simulação, podemos aprimorar significativamente o controle e a eficiência da soldagem por oscilação a laser, impulsionando inovações na indústria de fabricação e melhorias na qualidade das juntas soldadas.


2. Descrição da análise


Nessa análise, são explorados aspectos cruciais, como a formação da poça de fusão, a distribuição térmica, o resfriamento do cordão de solda e a morfologia resultante. A capacidade do FLOW-3D WELD em modelar esses fenômenos com precisão possibilita uma avaliação minuciosa dos efeitos das variáveis do processo, como velocidade de oscilação, potência do laser e geometria das peças.

Além disso, esta simulação antecipa a configuração da poça de fusão durante o processo, assim como a seção transversal da solda concluída. A análise destaca como a simulação contribui para o aprimoramento do controle do processo, proporcionando uma oportunidade valiosa para otimizar a geometria da solda, maximizando a área de contato entre as peças unidas. Os resultados obtidos são submetidos a um processo pós-simulação por meio do FLOW-3D POST.

3. Condições de contorno


Neste tipo de simulação, foram utilizados modelos de transferência de calor e solidificação para analisar as variações de densidade do fluxo de fluido. Além disso, foram incorporados modelos de mudança de fase, escalares e gravidade.

O material de 0.2% Carbon Steel, (AISI 1026) foi utilizado neste estudo.

Neste estudo, foram utilizados dois pedaços de trabalho, cada um com 1 cm de comprimento e uma distância de 0,025 cm entre eles. Os parâmetros do laser foram cuidadosamente definidos da seguinte maneira:
- Raio da Lente: 0,03 cm
- Raio do Ponto: 0,03 cm
- Potência do Laser: 3,3e10 erg/s
O movimento oscilatório no processo de soldagem a laser desempenha um papel crucial na melhoria da qualidade da solda. No software FLOW-3D WELD, oferecemos várias opções de movimentos oscilatórios, como Linear, Circular, Espiral e Aleatório, cada um adaptável aos requisitos específicos de soldagem. Nesta simulação, optamos por empregar um movimento oscilatório senoidal, cujos parâmetros específicos podem ser observados na figura abaixo.


4. Resultados e discussão

Na nossa simulação de soldagem por oscilação a laser, é possível obter vários resultados para compreender os processos físicos envolvidos na operação de soldagem. Aqui estão alguns resultados comuns que podem ser analisados:
A região de fusão desempenha um papel central e delicado na simulação de soldagem por oscilação a laser, uma técnica avançada que utiliza um feixe de laser para unir materiais metálicos. Este domínio crítico é moldado por uma interação complexa de variáveis, cada uma delas influenciando a qualidade e as propriedades da junta soldada resultante.

Em primeiro lugar, a potência do laser exerce um impacto direto na região de fusão. O feixe concentrado de energia térmica gera temperaturas extremamente elevadas, dando origem a gradientes térmicos significativos na região de fusão. A uniformidade dessa distribuição térmica é crucial para evitar defeitos na junta soldada, e ajustar adequadamente a potência do laser é fundamental nesse processo.

Além disso, a introdução de oscilação ao feixe de laser é uma estratégia empregada para otimizar a junta soldada. A amplitude e a frequência dessa oscilação têm um papel decisivo na morfologia da região de fusão. A oscilação contribui para a redistribuição do calor, mitigando possíveis irregularidades e melhorando a qualidade geral da solda.
A rapidez do resfriamento é outra característica distintiva da soldagem por oscilação a laser. Após a fusão, a região de fusão é submetida a taxas de resfriamento extremamente rápidas, o que pode impactar a microestrutura do material. Este fenômeno, por sua vez, influencia as propriedades mecânicas e a integridade estrutural da junta soldada.



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