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A soldadura a laser é amplamente utilizada na indústria para unir peças de chapa metálica

Sonda para inspeção da qualidade da soldadura laser

Matilde Figueiredo, Marketing, Communication & Quality Manager da Introsys07/02/2024
O processo de brasagem a laser para unir peças de chapa metálica tem sido amplamente adotado pela indústria. Este processo oferece diversas vantagens, incluindo menor distorção térmica, superfícies de alta qualidade sem necessidade de selagem adicional, automação facilitada, liberdade de design aprimorada, produtividade aumentada e custos reduzidos. No entanto, apesar da aceitação generalizada, a brasagem a laser ainda é um processo complexo cujos resultados podem ser afetados por várias variáveis do processo, resultando em soldas não aceitáveis.

Em resposta a este desafio, foi desenvolvido um sistema de inspeção automatizado, com base em métodos não destrutivos, que inclui uma sonda, com pedido de patente submetido, integrada num sistema totalmente automatizado. Este sistema foi utilizado para inspecionar juntas brasadas a laser em componentes automóveis. O sistema de inspeção permitiu a deteção de porosidades, descontinuidades e falta de aderência nas juntas brasadas, oferece uma abordagem inovadora para melhorar a qualidade das soldaduras e otimizar o controlo da qualidade na linha de produção. A combinação de diferentes técnicas de teste não destrutivas, a integração de processos robóticos e a análise de dados prometem resultados promissores no setor automóvel ou outras.

Desafios da soldadura laser

A soldadura a laser é amplamente utilizada na indústria para unir peças de chapa metálica. No entanto, os resultados desse processo podem ser afetados por vários parâmetros, bem como por defeitos na microestrutura dos materiais, contaminações na peça de trabalho e alterações nas propriedades do feixe laser, resultando em soldas de qualidade insatisfatória com diferentes tipos de defeitos, como poros individuais ou agrupados, falta de aderência e descontinuidades.

A indústria automóvel apresenta requisitos muito exigentes, impossíveis de garantir com as soluções comerciais existentes, nomeadamente:

  • Distinguir entre defeitos superficiais e internos;
  • Detetar tamanhos de defeitos abaixo de 0,25 mm;
  • Utilização intensiva e resistência ao desgaste.

Testes Não Destrutivos (NDT) para inspeção de juntas soldadas a laser

Foram analisados vários métodos de teste não destrutivos passíveis de ser empregues para inspecionar juntas soldadas a laser – Raio-X, ultrassons, líquidos penetrantes, correntes eletromagnéticas e visão, mas a maioria apresenta limitações incompatíveis com uma aplicação generalizada, nomeadamente relacionadas com a complexidade da geometria das peças, segurança dos operadores, aplicação apenas a defeitos de superfície, dificuldade de automatização, entre outras.

Tecnologia de correntes induzidas para inspeção de juntas soldadas a laser

Como forma de ultrapassar as limitações das tecnologias existentes, foi desenvolvida uma sonda de inspeção incorporando a tecnologia de correntes induzidas (Eddy Currents – ECT), que permite a deteção de defeitos superficiais e sub-superficiais.

O ECT é um método de ensaio eletromagnético não destrutivo baseado na indução e deteção de corrente elétrica nas camadas superficiais de peças eletricamente condutoras. De um modo simplificado, a impedância de uma bobina de sensor é medida enquanto é energizada com corrente alternada. Um campo magnético alternado é gerado, que é responsável por induzir EC na peça. Na presença de defeitos na peça, a distribuição do campo magnético é modificada o que permite detetar o defeito.

Sondas personalizadas foram projetadas, simuladas e produzidas para otimizar a sua geometria e desempenho, sendo o sistema de inspeção validado experimentalmente em juntas soldadas a laser no setor automóvel.

Fig...
Fig.1 – (a) União de tejadilho e painel lateral de um carro por soldadura laser; (b) representação de sonda de correntes induzidas (Eddy Currents)

O sistema de inspeção desenvolvido forneceu resultados promissores, permitindo detetar defeitos extremamente pequenos, como poros com diâmetro de 0,13 a 0,27 mm e defeitos sub-superficiais localizados a 1 mm de profundidade. A operação com diferentes frequências permite distinguir entre defeitos de superfície e defeitos sub-superficiais, nomeadamente porosidades, fissuras e falta de aderência nas juntas soldadas.

Sistema integrado de inspeção

As sondas desenvolvidas para inspeção da qualidade da soldadura laser foram integradas num braço robótico, permitindo o movimento das sondas ao longo das juntas soldadas para uma inspeção completa em contexto de produção. A solução foi ainda robustecida com um sistema de visão computacional que permite complementar a análise dos defeitos superficiais.

Esta solução foi testada na linha de produção e permite detetar defeitos em tempo real, fornecendo um conjunto de informações relativamente aos defeitos e sua localização nas peças inspecionadas. Permite ainda o ajuste dos limiares de aceitação de defeitos em conformidade com os requisitos de produção.

Fig. 2 - solução implementada na linha de produção da Volkswagen Autoeuropa
Fig. 2 - solução implementada na linha de produção da Volkswagen Autoeuropa

Apoiado por fundos da União Europeia

Este sistema inovador foi resultado de uma colaboração bem-sucedida entre a indústria e instituições do meio científico-tecnológico, impulsionada por dois projetos cofinanciados: PROBING (www.probing.introsys.eu) e ADAM (www.adam.introsys.eu).

O projeto PROBING, liderado pela Introsys em colaboração com a Universidade Nova de Lisboa e a Volkswagen Autoeuropa, teve como objetivo melhorar a inspeção de qualidade em processos industriais. Cofinanciado no âmbito do programa P2020 (POR LISBOA e COMPETE) pela Comissão Europeia, o projeto teve como principal enfoque o desenvolvimento da sonda para Ensaios não destrutivos (END) por via da tecnologia de correntes induzidas para a identificação de defeitos à superfície como em profundidade em peças brasadas a laser

O projeto ADAM, por sua vez, visou a produtização da solução desenvolvida no projeto anterior. Cofinanciado no âmbito do programa Portugal 2020, (POR LISBOA e COMPETE) pela Comissão Europeia, com selo SmartEureka, envolveu um consórcio internacional diversificado, incluindo OEMs, empresas de engenharia e centros de interface, com parceiros como a Soraluce (Espanha), Volkswagen Autoeuropa (Portugal), Aldakin Gipuzkoa (Espanha), Introsys SA (Portugal), IK4-Ideko S.Coop (Espanha), CEiiA (Portugal) e a Universidade FCT NOVA – UNINOVA e UNIDEMI (Portugal).

Compromisso com o avanço do conhecimento e a partilha de resultados

No âmbito destes projetos, vários artigos científicos foram publicados, refletindo o compromisso com o avanço do conhecimento e a partilha de resultados. Além disso, uma patente europeia foi submetida (Nr. 21211512.5), destacando a natureza inovadora e potencialmente disruptiva da abordagem desenvolvida. Esta patente representa não apenas um marco na trajetória dos projetos, mas também uma contribuição valiosa para a indústria metalúrgica e automóvel.

A sonda de inspeção por via da tecnologia de correntes induzidas desenvolvida demonstra o poder da colaboração entre a indústria, instituições do meio cientifico-tecnológico e outras partes interessadas. A busca por soluções avançadas de inspeção não apenas melhora a qualidade das juntas soldadas a laser na indústria automóvel, mas também impulsiona a inovação, o progresso tecnológico e a excelência na indústria dos metais.

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