Transmissão de laser aplicada à união de peças plásticas

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A soldagem por transmissão de laser se destaca em relação aos outros processos de união por ser especialmente precisa e higiênica, e também por oferecer muitos métodos para monitoração simultânea da qualidade. O presente artigo discute as possibilidades de se efetuar ensaios após essa soldagem.

Câmara de umidificação fabricada pela Grundler Medical precisa ser estanque a gases e água. Essa Câmaras são submetidas a 100% de inspeção por meio de um ensaio com aplicação de pressão para verificar a ocorrência de vazamentos. Este método viabiliza conclusões confiáveis sobre a estanqueidade nas câmaras isoladas. A câmara para umidificação de gás para respiração serve para aquecer e umidificar gases para respiração usados em clínicas.[/caption]

A soldagem por transmissão de laser é um processo de união que oferece diversas abordagens para a monitoração simultânea da qualidade. Os vários aspectos da garantia da qualidade envolvidos nesse processo foram apresentados numa série de três artigos publicados pela revista alemã Kunststoffe. Na primeira parte da série foram discutidos os métodos de soldagem disponíveis e as possibilidades de falhas dentro da cadeia de processos. Entre os fatores essenciais deste tópico estão as variações nas propriedades dos materiais ou problemas herdados da manufatura das peças a serem unidas. As taxas de absorção relevantes para a soldagem por transmissão a laser podem ser confirmadas de modo confiáveis usando-se, por exemplo, dispositivos de transmissão. O segundo capítulo da série manteve seu foco sobre os métodos de ensaios dentro do processo. Ele apresentou a monitoração do trajeto de união, controle e ajuste dos pirômetros, detecção de queima e os novos diagnósticos de reflexão. Todas essas abordagens proporcionaram conclusões robustas sobre a qualidade das juntas soldadas e permitem que elas sejam submetidas a localização e rastreamento ininterruptos. Esta terceira parte trata dos ensaios executados após a soldagem. As verificações esporádicas em peças soldadas permitem descobrir defeitos que, até certo ponto, não podem ser detectados usando-se os métodos isolados em linha que já foram apresentados anteriormente. Por exemplo, a formação de bolhas (devido ao superaquecimento ou excesso de água presente num material absorvedor) não pode ser detectada pela monitoração do trajeto de união.

Fig. 1 A adesão entre os materiais indica a ocorrência de fratura coesiva, que é o tipo desejado. Fig. 2 Durante o exame ao microscópio podem ser vistas bolhas na junta soldada, as quais ocorrem quando o teor de água no plástico soldado é excessivo.[/caption]

Portanto, o número e frequência dos ensaios efetuados após o processo dependem da aplicação em particular e da experiência com o componente que está sendo processado. Os requisitos relativos aos ensaios podem ser reduzidos por meio da combinação de métodos em linha. Nos casos que envolvem peças que não são críticas, e em que a qualidade do material está garantida, a experiência mostra que ensaios esporádicos após a soldagem são suficientes. O operador da máquina é o primeiro profissional que adquire uma impressão do produto soldado. A junta soldada é claramente visível através de muitas peças transparentes ao laser, de forma que zonas com problemas são detectadas prontamente quando é feita uma verificação visual imediatamente após a remoção da peça do equipamento.

Microscopia e materialografia

Podem ser conseguidas informações muito mais detalhadas se as peças forem inspecionadas opticamente de forma mais minuciosa, seja por meio de microscopia, seja por materialografia. Ao se usar a microscopia óptica por reflexão, a peça a ser analisada deve ser quebrada na junta soldada, sendo a superfície da fratura obtida examinada e avaliada usando-se um microscópio. Este método permite que se detectem os seguintes defeitos de forma muito simples e econômica:

 

- falha de união: quando vestígios de uma das peças unidas colam na outra, ou em ambas as peças unidas, tem-se então uma fratura coesiva. Este tipo de comportamento é desejável e ideal, uma vez que ele indica que os materiais em ambas as peças unidas estão se misturando de forma confiável, Contudo, quando nenhum material de uma peça se cola na outra, tem-se um comportamento de fratura adesiva, ou seja, a resistência mecânica da junta soldada é menor do que a do material adjacente. Eventualmente este tipo de fratura até pode ser desejado mas, na grande maioria dos casos, ele não o é, uma vez que ele indica um nível de resistência mecânica significativamente menor (Figura 1);

- Superaquecimento do material, teor excessivo de água: a presença de pequenas bolhas de gás na zona da fratura leva a duas diferentes conclusões sobre suas possíveis causas. Ou o processo está usando energia em excesso, ou seja, o material forma bolhas de gás porque começou a degradar, ou então seu teor de água é muito alto, especialmente no caso de resinas hidrofílicas, tais como poliamidas. Uma vez que a água evapora a temperaturas significativamente menores do que as do plástico, ocorre então a formação de bolhas.

Essa duas causas de falha não podem ser detectadas por meio da simples monitoração do trajeto da união durante o processo de soldagem, mas elas são identificadas de maneira muito eficaz via monitoração adicional dos pirômetros (Figura 2).

A materialografia proporciona informações adicionais, seja complementando, seja substituindo a microscopia com luz refletida. Uma análise mais precisa pode ser executada por meio da obtenção de uma seção fina usando-se um micrótomo. Essa seção do material, perpendicular à junta soldada, pode ser fina o suficiente para se tornar translúcida, permitindo assim que seja inspecionada por meio de microscópio óptico, tanto com luz transmitida como refletida. Como pode ser visto nas figuras 3 a 6, usando-se os ataques e filtros ópticos adequados, é possível revelar a junta soldada e as zonas com problemas.

Ensaio de resistência ao estouro

Um método de ensaios simples e popular é o que determina a resistência só estouro. Ele é adequado para testar peças com juntas soldadas que apresentem volume fechado e estanque. As aplicações incluem, por exemplo, gabinetes usados em vários aparelhos eletrônicos. Neste ensaio o gabinete totalmente soldado é dotado de uma válvula para as comprimido e submetido a pressões crescentes até que ou o gabinete ou a junta soldada falhem. O valor máximo de pressão conseguido permite elaborar conclusões sobre a qualidade da junta soldada, já no desenho da peça, um valor claramente definido para a pressão de estouro e as tolerâncias aceitáveis. Só a resistência ao estouro não é um critério suficiente para se fazer afirmações sobre o processo de soldagem ou mesmo sobre a qualidade da junta soldada. Este ensaio sempre precisa ser combinado com outros, como a microscopia. Invenstigações que ainda estão sendo executadas indicam que as juntas soldadas criadas dentro da faixa de degradação térmica de um plásico tendem a apresentar maior nível de resistência à fadiga de curto prazo do que juntas soldadas feitas sob menores valores de temperatura. este coimportamento geralmente se inverte no caso mais importante das propriedades a longo prazo. Portanto, conforme as circunstâncias, pode até ser contra producente otimizar o processo de forma a se conseguir o máximo valor de pressão de estouto possível.

Ensaios de vazamento ou formação de bolhas

Há outro ensaio que ocorre de forma não destrutiva, mas ele somente pode ser executado em gabinetes fechados ou, pelo menos, que possam ser fechados. Este ensaio, de vazamento ou formação de bolhas, é geralmente feito antes do ensaio de resistência ao estouro, uma vez que a preparação da peça é a mesma para ambos os ensaios. Nos dois casos é necessário dispor de uma conexão de ar comprimido. A peça a ser testada é submetida a um valor ´ré-determinado de pressão, o qual varia de acordo com o tamanho da peça e seus requisitos. Um rotâmetro registra a quantidade de ar que flui para fora da peça, a qual, numa situação ideal, deveria ser nula. Na prática, os valore sde vazamento normalmente precisam permanecer abaixo de valores mínimos. Mesmo vazamentos mínimos podem ser encontrados num simples ensaio. Se a peça for submersa num banho de água, ocorrerá a formação de bolhas que mostram a possição das zonasw com defeitos (foto no início do artigo). Isto pode ser importante, por exemplo, para se fazer ajustes no processo de soldagem, ou para otimizá-lo.

 

Ensaio não destrutivo de peças

Os métodos de ensaio mencionados acima requerem que as peças a serem testadas sejam removidas aleatoriamente da produção e destruídas ou, pelo menos, submetidas ao teste. Isso não é possível para aplicações cujos requisitos do produto sejam os mais severos possíveis. Sempre que cada peça individual tenha de ser qualificada, somente ensaios não destrutivos podem ser usados. Esses requisitos mais severos são comuns, especialmente nas categorias de maior risco das aplicações médicas. Exemplos dos métodos de ensaios não destrutivos disponíveis incluem a análise por raios-X ou ultrassom. Naturalmente, ambas as técnicas são mais dispoendiosas do que os métodos anteriormente descritos. As análises por ultrassom fazem uso da microscopia acústica, a qual se baseia no mesmo princípio de funcionamento dos exames de ultrassom familiares na medicina. Um transdutor transfere um sinal ultrassônico via acoplamento, geralmente água, até a superfície que está sendo investigada. As ondas sonoras refletidas pelo material são detectadas de acordo com sua intensidade, fase e tempo de voo, sendo então recombinadas numa imagem das estruturas internas. As zonas com defeitos ou bolhas presentes na junta soldada podem ser detectadas confiavelmente por meio da análise ultrassônica (figura 6). A análise por raios-X e / ou a tomografia computadorizada com reios-X funcionam de forma não destrutiva. a peça é varrda por raios-X, resultando na geração de uma imagem da seção transversal do corpo após a varredura. Dependendo da configuração do equipamento, podem ser geradas imagens bi ou tridimensionais. As soluções industriais primeiramente avaliam uma peça boa e usam as medidas obtidas a partir desse ensaio como referência para o julgamento dos resultados dos teste subsequintes. Os resultados podem ser apresentados na forma de um protocolo das análises ou em apresentações esquemáticas onde as diferenças são acentuadas por meio de condificação colorida. Dependendo da configuração, não apenas a junta soldada é testada; também são detectadas quaisquer heterrogeneidades no material-base, desvios na geometria da peça ou qualquer mudança nas propriedades do material. A soldagem por transmissão a laser destacou-se em relação a outros processos de união por ser especialmente precisa e higiênica. Esta série de artigos sobre qualidade mostra que a ela também possui outras vantagens claras quando a consistência do processo está envolvida. Particularmente os métodos em linha apresentados na segunda parte desta série tornaram supérfluos os complicados métodos de ensaio subsequentes, ou podem, ao menos, minimizar o número de amostras que devem ser testadas. A soldagem por transmissão a laser encontra-se próxima ao final da cadeia de produção. O laser é tão flexível que pode ser usado para compensar tolerâncias nos produots semiacabados. Na soldagem até o final do curso o laser permanece ativo até que um trajeto de união definido tenha sido alcançado. Isto compensa as variações geométricas até certo ponto. Uma combinação adequada de métodos de ensaio em linha assegura altos níveis de segurança, mesmo no caso de peças críticas. a combinação da monitoração do trajeto de união e do controle por pirometria pode detecta quase todos os casos de defeitos que foram descritos aqui, já no processo de soldagem, e alertam o operador a respeito de qualquer desvio. O tempo de ciclo não será prolongado de forma significativa se os métodos de ensaio forem adequadamente integrados no sistema de soldagem a laser. Finalizando, pode-se estabelecer uma regra que afirma que a monitorarção em linha concebida de forma inteligente reduz sensivelmente o esforço e os custos associados aos ensaios aleatórios subsequentes. Em muitos casos eles podem ser totalmente suprimidos. a soldagem por transmissão a laser demonstra dessa forma suas vantagens tecnológicas, ao mesmo tempo em que reduz o custo global para cada peça.

Fonte: http://www.arandanet.com.br/midiaonline/plastico_industrial/2015/maio/index.php

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Publicado em: 14/02/2017

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