BR112020010179A2

BR112020010179A2 - método para soldagem de topo a laser de duas chapas de metal

Info

Publication number: BR112020010179A2
Application number: BR112020010179-6A
Authority: BR
Inventors: René Vierstraete
Original assignee: Arcelormittal
Priority date: 2017-12-26
Filing date: 2018-12-19
Publication date: 2020-10-13
Also published as: MA51448B1; UA124997C2; RU2739265C1; EP3731992B1; ES2901433T3; BR112020010179B1; EP3731992A1; US11806808B2; KR20200087248A; CN111526965A; WO2019130169A1; CA3086970A1; MA51448A; CA3086970C; PL3731992T3; HUE056639T2; JP7118156B2; KR102351463B1; US20210053152A1; ZA202003549B

Abstract

Método para soldagem de topo a laser de duas chapas de metal (2, 4) compreende: fornecer uma primeira chapa de metal (2) e uma segunda chapa de metal (4); soldar a topo as chapas de metal (2, 4) ao longo de uma direção de soldagem, em que a etapa de soldagem de topo compreende emitir simultaneamente: um primeiro feixe de laser frontal (12) criando um primeiro ponto frontal (18) na interseção com a primeira chapa de metal (2) e gerando um primeiro buraco de fechadura frontal (19) na primeira chapa de metal (2) no primeiro ponto frontal (18); um segundo feixe de laser frontal (14) criando um segundo ponto frontal (20) na interseção com a segunda chapa de metal (4) e gerando um segundo buraco de fechadura frontal na segunda chapa de metal (4) no segundo ponto frontal (20); um feixe de laser traseiro (16) criando um ponto traseiro (22) na primeira e segunda chapas de metal (2, 4) e gerando um buraco de fechadura traseiro (23A) na primeira e segunda chapas de metal (2, 4) no ponto traseiro (22); o primeiro e o segundo feixes de laser frontais (12, 14) e o feixe de laser traseiro (16) sendo configurados de tal maneira que, a cada instante no tempo, uma região de fase sólida (25) e/ou uma região de fase líquida (13, 23B) das chapas de metal (2, 4) permanece entre o primeiro buraco de fechadura frontal (19) e o buraco de fechadura traseiro (23A) e entre o segundo buraco de fechadura frontal e o buraco de fechadura traseiro (23A).

Description

“MÉTODO PARA SOLDAGEM DE TOPO A LASER DE DUAS CHAPAS DE METAL” CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção se refere a um método para soldagem de topo a laser de duas chapas de metal.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] As chapas de metal usadas para soldagem são geralmente obtidas cortando tiras de metal ou chapas de metal maiores usando métodos de corte tais como corte longitudinal, cisalhamento, corte por prensa, corte a laser ou corte por jato de água.

[003] Esses métodos de corte geralmente criam um perfil de borda com um ângulo de alívio ou de abertura, o que resulta em um espaço entre as chapas de metal quando essas chapas de metal são dispostas borda a borda em vista da soldagem de topo. Esse espaço pode resultar na ausência de contato em todo o comprimento da borda sobre pelo menos uma parte da espessura das chapas de metal ou na ausência de contato em apenas alguns pontos das bordas faceadas das chapas de metal. Esse espaço inicial pode ser aumentado ainda mais devido às deformações das chapas de metal resultantes das tensões térmicas durante o próprio processo de soldagem.

[004] Em alguns casos, por exemplo, se for necessário adicionar um material de solda ao banho de solda, pode ser desejável ainda impor e manter um espaço mínimo de solda entre as chapas. Nesse caso, o espaço de solda geralmente se estende por toda a espessura e comprimento das bordas faceadas das chapas de metal, de modo que não haja contato entre as duas chapas de metal que serão soldadas uma à outra.

[005] O inventor da presente invenção verificou que os métodos convencionais de soldagem a laser usando um feixe de laser padrão não são totalmente satisfatórios para soldagem de topo dessas chapas de metal devido à presença desse espaço entre as chapas de metal. De fato, uma parte importante da energia do feixe de laser é perdida, uma vez que passa através do espaço e, portanto, não interage com as chapas. De fato, o inventor observou que, normalmente, apenas 10% a 20% da energia do feixe de laser é realmente usado para soldar as chapas, enquanto os restantes 80 a 90% são perdidos.

[006] O documento WO 2017/103149 refere-se ao problema de obter uma junta de solda com propriedades uniformes do material entre duas chapas de metal possuindo um pré-revestimento de liga de zinco ou liga de alumínio. Para esse fim, o documento WO 2017/103149 revela um método para soldagem de topo a laser de duas dessas chapas de metal usando um fio de adição e três feixes de laser, um primeiro feixe de laser sendo destinado a fundir o fio de adição e outros dois feixes de laser sendo destinados a fundir as chapas de metal e misturar a poça de solda criada. Como pode ser visto na Figura 1c, os três feixes de laser cooperam para formar uma única poça de solda, de modo a obter uma boa mistura dos materiais na mesma poça de solda, usando o efeito Gibbs-Marangoni. No entanto, esse método não é totalmente satisfatório. Em particular, possui uma eficiência energética relativamente baixa e, portanto, não está adaptado para a soldagem de duas chapas de metal possuindo um espaço entre elas.

[007] A brasagem a laser também é conhecida por unir duas chapas de metal. Contudo, este método de junção não está adaptado para obter, na área de junção, propriedades mecânicas que são pelo menos iguais às propriedades mecânicas do material de base.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[008] Um dos objetivos da invenção é superar as desvantagens acima, propondo um método para soldagem de topo a laser de duas chapas de metal dispostas borda a borda, resultando em uma melhor qualidade do produto final.

[009] Para este fim, a invenção se refere a um método para soldagem de topo a laser de duas chapas de metal, o método compreendendo as seguintes etapas: - fornecer uma primeira chapa de metal e uma segunda chapa de metal, cada chapa de metal possuindo, respectivamente, duas faces principais e uma face lateral unindo as duas faces principais; - posicionar a primeira e a segunda chapas de metal de modo que as faces laterais das mesmas estejam voltadas uma para a outra, o posicionamento da primeira e da segunda chapas de metal definindo um plano médio perpendicular às faces principais da primeira e da segunda chapas de metal; e - soldar a topo a primeira e a segunda chapas de metal ao longo de uma direção de soldagem, em que a etapa de soldagem de topo compreende emitir simultaneamente: - um primeiro feixe de laser frontal ao longo de um primeiro eixo emissor frontal, o primeiro eixo emissor frontal intersectando uma das faces principais da primeira chapa de metal, o primeiro feixe de laser frontal criando um primeiro ponto frontal na interseção com a referida face principal da primeira chapa de metal, a densidade de energia do primeiro feixe de laser frontal sendo maior ou igual a 106 W/cm2, o primeiro feixe de laser frontal gerando um primeiro buraco de fechadura frontal na primeira chapa de metal no primeiro ponto frontal; - um segundo feixe de laser frontal ao longo de um segundo eixo emissor frontal, o segundo eixo emissor frontal intersectando uma das faces principais da segunda chapa de metal, o segundo feixe de laser frontal criando um segundo ponto frontal na interseção com a referida face principal da segunda chapa de metal, a densidade de energia do segundo feixe de laser frontal sendo maior ou igual a 106 W/cm2, o segundo feixe de laser frontal gerando um segundo buraco de fechadura frontal na segunda chapa de metal no segundo ponto frontal; - o centro de cada um dentre o primeiro e segundo pontos frontais estando localizado a uma distância menor ou igual a 2,5 mm da face lateral, respectivamente, da primeira chapa de metal e da segunda chapa de metal e a distância, tomada ao longo da direção de soldagem, entre os centros do primeiro e segundo feixes de laser frontais sendo menor ou igual a 5 mm; e - um feixe de laser traseiro, em que o feixe de laser traseiro intersecta as faces principais adjacentes da primeira e da segunda chapas de metal e cria um ponto traseiro nas mesmas, a densidade de energia do feixe de laser traseiro sendo maior ou igual a 106 W/cm2, a área superficial do ponto traseiro sendo maior que a área superficial de cada um dentre o primeiro e segundo pontos frontais, o feixe de laser traseiro gerando um buraco de fechadura traseiro na primeira e segunda chapas de metal no ponto traseiro; - o primeiro e o segundo feixes de laser frontais e o feixe de laser traseiro sendo configurados de tal maneira que: - o primeiro e o segundo pontos frontais estão localizados na frente do ponto traseiro; e tal que: - em cada instante no tempo, uma região de fase sólida e/ ou uma região de fase líquida das chapas de metal permanece entre o primeiro buraco de fechadura frontal e o buraco de fechadura traseiro e entre o segundo buraco de fechadura frontal e o buraco de fechadura traseiro.

[010] De acordo com formas de realização específicas, o método de acordo com a invenção pode ainda compreender uma ou mais das seguintes características: - Em cada instante no tempo da etapa de soldagem de topo, o volume do banho de fusão criado pelo primeiro e segundo feixes de laser frontais é separado do volume do banho de fusão criado pelo feixe de laser traseiro;

- A maior dimensão do primeiro e/ ou do segundo ponto frontal está compreendida entre 50 µm e 250 µm;

- A maior dimensão do ponto traseiro está compreendida entre

200 µm e 1800 µm, preferencialmente entre 600 µm e 1200 µm;

- A primeira chapa de metal e a segunda chapa de metal possuem, respectivamente, uma espessura compreendida entre 0,15 mm e 5 mm;

- Os centros do primeiro e segundo pontos frontais estão localizados a uma distância igual do plano médio entre a primeira e a segunda chapas de metal;

- Os centros do primeiro e segundo pontos frontais estão alinhados ao longo de uma direção perpendicular à direção de soldagem;

- Os centros do primeiro e segundo pontos frontais estão dispostos a uma distância um do outro ao longo da direção de soldagem;

- O ponto traseiro está centrado no plano médio entre a primeira e a segunda chapas de metal;

- O centro do ponto traseiro está lateralmente deslocado em relação ao plano médio entre a primeira e a segunda chapas de metal;

- O centro do ponto traseiro se estende a uma distância, tomada ao longo da direção de soldagem, compreendida entre 0,5 mm e 8 mm a partir do centro do último dentre o primeiro e o segundo pontos frontais e, de preferência, a uma distância compreendida entre 1 mm e 5 mm;

- O primeiro ponto frontal e/ ou o segundo ponto frontal possui uma distribuição de energia Gaussiana ou superior (top hat) e, de preferência, um contorno circular;

- O ponto traseiro possui uma distribuição de energia Gaussiana ou superior;

- O ponto traseiro é em forma de anel;

- Uma dimensão externa do ponto traseiro tomada perpendicularmente à direção de soldagem é menor do que uma dimensão externa do ponto traseiro tomada paralela à direção de soldagem;

- O ponto traseiro é simétrico em relação a um plano paralelo ao plano médio entre as duas chapas de metal;

- A maior dimensão externa do ponto traseiro está compreendida entre 200 µm e 1800 µm, preferencialmente entre 600 µm e 1200 µm;

- A razão da maior dimensão externa pela maior dimensão interna do ponto traseiro está compreendida entre 1,2 e 3,2, preferencialmente entre

1,3 e 2;

- O ponto traseiro possui um contorno circular ou uma forma alongada, ao longo de uma direção de alongamento paralela à direção de soldagem;

- O método compreende ainda, simultaneamente com a etapa de emitir o primeiro feixe de laser frontal, o segundo feixe de laser frontal e o feixe de laser traseiro, emitir um feixe de laser traseiro secundário, em que o feixe de laser traseiro secundário intersecta as faces principais adjacentes da primeira e segunda chapas de metal e cria um ponto traseiro secundário (36) nas mesmas, o feixe de laser traseiro secundário sendo configurado de tal maneira que o ponto traseiro secundário esteja localizado atrás do ponto traseiro;

- O ponto traseiro secundário é em forma de anel ou possui uma distribuição de energia Gaussiana ou superior;

- A maior dimensão externa do ponto traseiro é maior que a maior dimensão externa do ponto traseiro secundário; - O método compreende ainda o fornecimento de um material de solda, por exemplo, um fio ou pó de soldadura, durante a etapa de soldagem de topo; - A primeira e/ou a segunda chapas de metal compreendem um substrato de aço possuindo um pré-revestimento de liga de zinco ou liga de alumínio em pelo menos uma de suas faces principais; - O primeiro feixe de laser frontal e/ ou o segundo feixe de laser frontal e/ ou o feixe de laser traseiro são gerados por uma cabeça de laser comum; - Cada feixe de laser é criado por uma cabeça de laser dedicada; - O substrato de aço de pelo menos uma dentre a primeira chapa de metal ou a segunda chapa de metal é um aço temperável por pressão; e, - A pelo menos uma dentre a primeira chapa de metal ou a segunda chapa de metal compreende um pré-revestimento contendo zinco ou contendo alumínio.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[011] Outros aspectos e vantagens da invenção aparecerão após a leitura da descrição a seguir, dada a título de exemplo e feita com referência aos desenhos anexos, em que: - A Figura 1 é uma vista esquemática em corte de duas chapas de metal posicionadas de acordo com uma primeira forma de realização do método para soldagem de topo de duas chapas de metal; - A Figura 2 é uma vista superior esquemática das duas chapas de metal da Figura 1 durante a etapa de soldagem de topo do método de acordo com a primeira forma de realização; - A Figura 3 é um corte esquemático de uma das duas chapas de metal da Figura 2, de acordo com o plano III-III da Figura 2; e - As Figuras 4 a 8 são vistas superiores esquemáticas de duas chapas de metal durante a etapa de soldagem de topo de um método para soldagem de topo de duas chapas de metal de acordo com, respectivamente,

uma segunda, uma terceira, uma quarta, uma quinta e uma sexta forma de realização.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[012] Um método para soldagem de topo a laser de duas chapas de metal (2, 4) de acordo com uma primeira forma de realização da invenção será descrito em vista das Figuras 1 a 3.

[013] O método compreende uma etapa de fornecer uma primeira chapa de metal (2) e uma segunda chapa de metal (4).

[014] Cada chapa de metal (2, 4), respectivamente, tem duas faces principais (6, 7) e uma face lateral (8) que une as duas faces principais (6, 7).

[015] As faces principais (6, 7) são uma face superior (6) e uma face inferior (7). Os termos “superior” e “inferior” têm significados em relação a um eixo perpendicular às referidas faces principais (6, 7).

[016] A face lateral (8) de cada chapa de metal (2, 4) se estende, por exemplo, perpendicularmente às faces principais (6, 7) da chapa de metal (2, 4). Como alternativa, a face lateral (8) de pelo menos uma chapa de metal (2, 4) não se estende perpendicularmente às faces principais (6, 7). Por exemplo, a face lateral (8) de pelo menos uma chapa de metal (2, 4) é inclinada em relação às faces principais (6, 7) desta chapa de metal (2, 4) e forma com uma das faces principais (6, 7), um ângulo distinto de 90° e, por exemplo, um ângulo maior ou igual a 45°, mais particularmente maior que ou igual a 60°.

[017] A primeira chapa de metal (2) e a segunda chapa de metal (4) têm, respectivamente, uma espessura compreendida entre 0,15 mm e 5 mm. Por “espessura de uma chapa de metal”, entende-se a distância entre as faces principais (6, 7) da chapa de metal (2, 4), tomada perpendicularmente às referidas faces principais (6, 7).

[018] De preferência, a primeira chapa de metal (2) e a segunda chapa de metal (4), respectivamente, têm uma espessura constante.

Alternativamente, pelo menos uma dentre a primeira chapa de metal (2) e a segunda chapa de metal (4) tem uma espessura variável.

[019] A primeira chapa de metal (2) e a segunda chapa de metal (4) têm, por exemplo, a mesma espessura. Alternativamente, elas têm espessuras diferentes.

[020] A primeira e/ou a segunda chapas de metal (2, 4) compreende(m) um substrato de aço (9A).

[021] O aço do substrato (9A) é mais particularmente um aço com uma microestrutura ferrito-perlítica.

[022] De preferência, o substrato (9A) é feito de um aço destinado ao tratamento térmico, mais particularmente um aço temperável por pressão e, por exemplo, um aço manganês-boro, tal como um aço do tipo 22MnB5.

[023] Alternativamente, a microestrutura do substrato de aço (9A) compreende bainita e/ ou ferrita e/ ou austenita retida.

[024] O substrato pode ser obtido, dependendo de sua espessura desejada, por laminação a quente e/ou por laminação a frio seguida de recozimento, ou por qualquer outro método apropriado.

[025] A chapa (2, 4), por exemplo, compreende um pré- revestimento contendo zinco ou contendo alumínio (9B) em pelo menos uma das faces principais do substrato (9A) e, por exemplo, em ambas as faces principais do mesmo.

[026] O método compreende ainda uma etapa de posicionamento da primeira e segunda chapas de metal (2, 4) para soldagem de topo a laser.

[027] Como ilustrado na Figura 1, o posicionamento é tal que as faces laterais (8) da primeira e segunda chapas de metal (2, 4) ficam voltadas uma para a outra.

[028] No exemplo mostrado na Figura 2, há pelo menos uma região da primeira e da segunda chapas de metal (2, 4), na qual as faces laterais (8) voltadas uma para a outra são posicionadas afastadas uma da outra. Alternativamente, a primeira e a segunda chapas de metal (2, 4) estão, por exemplo, em contato em toda a área de suas faces laterais (8). Em outra alternativa, há pelo menos uma região da primeira e da segunda chapas de metal (2, 4) na qual as faces laterais (8) estão em contato uma com a outra apenas sobre uma parte de sua espessura.

[029] As faces principais (6, 7) estão posicionadas substancialmente paralelas uma à outra. Por “substancialmente paralelo”, entende-se que as faces principais (6, 7) definem, respectivamente, um primeiro plano e um segundo plano, o primeiro e o segundo planos definindo um ângulo entre eles inferior a 1°.

[030] O posicionamento define um plano médio (10) perpendicular às faces principais (6, 7) da primeira e segunda chapas de metal (2, 4). O plano médio (10) é, em particular, um plano médio entre as faces laterais (8). O plano médio (10) é, de preferência, vertical.

[031] O método compreende então uma etapa de soldagem de topo da primeira e segunda chapas de metal (2, 4) ao longo de uma direção de soldagem. A direção de soldagem, em particular, se estende ao longo do plano médio (10). Na Figura 2, a seta (11) indica a direção de soldagem.

[032] Esta etapa da soldagem de topo compreende emitir simultaneamente um primeiro feixe de laser frontal (12), um segundo feixe de laser frontal (14) e um feixe de laser traseiro (16).

[033] Os feixes de laser (12, 14, 16) são produzidos, por exemplo, por lasers de CO2, laser YAG-Nd, laser de fibra, laser de disco ou laser de diodo direto. Os diferentes feixes de laser (12), (14) e (16) podem ser produzidos pelo mesmo tipo de laser ou por diferentes tipos de lasers.

[034] Em uma forma de realização, o primeiro feixe de laser frontal (12) e o segundo feixe de laser frontal (14) e/ou o feixe de laser traseiro (16) são gerados por uma cabeça de laser comum.

[035] De acordo com uma alternativa, cada feixe de laser (12, 14, 16) é criado por uma cabeça de laser dedicada.

[036] Como alternativa adicional, dois feixes de laser, por exemplo, dois feixes de laser frontais (12, 14), são criados por uma cabeça de laser comum e o terceiro feixe de laser, por exemplo, o feixe de laser traseiro (16), é criado por uma cabeça de laser diferente.

[037] A direção de soldagem resulta de um deslocamento relativo entre a primeira e a segunda chapas de metal (2, 4) e os feixes de laser (12), (14) e (16).

[038] O primeiro feixe de laser frontal (12) é emitido ao longo de um primeiro eixo emissor frontal (E1). O primeiro eixo emissor frontal (E1) intersecta uma das faces principais (6, 7) da primeira chapa de metal (2). No exemplo ilustrado na Figura 2, a referida face principal é uma face superior (6) da primeira chapa de metal (2). Alternativamente, a referida face principal é uma face inferior (7) da primeira chapa de metal (2).

[039] Por exemplo, o primeiro eixo emissor frontal (E1) se estende perpendicularmente às faces principais (6, 7) da primeira chapa de metal (2).

[040] Como ilustrado na Figura 2, o primeiro feixe de laser frontal (12) cria um primeiro ponto frontal (18) na interseção com a referida face principal (6, 7) da primeira chapa de metal (2).

[041] Em particular, o primeiro feixe de laser frontal (12) intersecta a referida face principal (6, 7) da primeira chapa de metal (2) sobre toda a seção transversal do primeiro feixe de laser frontal (12). Assim, toda a energia do primeiro feixe de laser frontal (12) é transmitida para a primeira chapa de metal (2).

[042] A densidade de energia do primeiro feixe de laser frontal (12) é maior ou igual a 106 W/cm2. Como resultado, o primeiro feixe de laser frontal (12) gera um primeiro buraco de fechadura frontal (19) na primeira chapa de metal (2) no primeiro ponto frontal (18) (ver Figura 3). Na Figura 3, os feixes de laser não são mostrados.

[043] Nesse contexto, um buraco de fechadura é uma cavidade que se estende na espessura da chapa de metal e contém material vaporizado resultante do impacto do feixe de laser com a chapa de metal. Um buraco de fechadura permite uma transmissão direta da energia do feixe de laser associado para a chapa de metal.

[044] Como ilustrado na Figura 3, durante a etapa de soldagem de topo, o primeiro feixe de laser frontal (12) cria um primeiro banho de fusão (13) no local do primeiro ponto frontal (18).

[045] O primeiro buraco de fechadura frontal (19) é cercado pelo primeiro banho de fusão (13).

[046] Durante a etapa de soldagem de topo, a pressão do vapor contido dentro do primeiro buraco de fechadura frontal (19) impede que o material fundido do primeiro banho de fusão (13) entre em colapso na cavidade formada pelo buraco de fechadura.

[047] No exemplo da Figura 3, o primeiro buraco de fechadura (19) é mostrado como uma cavidade cilíndrica que se estende perpendicularmente às faces principais (6, 8) apenas por uma questão de simplicidade. Na prática, o primeiro buraco de fechadura (19) pode ser inclinado em relação à normal às faces principais (6, 8) com um ângulo que é proporcional à velocidade de soldagem. Além disso, o primeiro buraco de fechadura (19) pode ter uma seção transversal variável através da espessura da chapa.

[048] O segundo feixe de laser frontal (14) é emitido ao longo de um segundo eixo emissor frontal (E2).

[049] O segundo eixo emissor frontal (E2) intersecta uma das faces principais (6, 7) da segunda chapa de metal (4). No exemplo ilustrado na Figura 2, a referida face principal é uma face superior (6) da segunda chapa de metal (4). Como alternativa, a referida face principal é uma face inferior (7) da segunda chapa de metal (4).

[050] Por exemplo, o segundo eixo emissor frontal (E2) se estende perpendicularmente às faces principais (6, 7) da segunda chapa de metal (4).

[051] O segundo feixe de laser frontal (14) cria um segundo ponto frontal (20) na interseção com a referida face principal (6, 7) da segunda chapa de metal (4).

[052] No exemplo ilustrado na Figura 2, o primeiro e o segundo pontos frontais (18, 20) são criados nas faces principais adjacentes (6, 7) da primeira e segunda chapas de metal (2, 4).

[053] “Faces principais adjacentes” refere-se a uma face principal da primeira chapa de metal (2) e uma face principal da segunda chapa de metal (4), que estão localizadas no mesmo lado das chapas de metal (2, 4) em relação à direção de emissão dos feixes de laser. Assim, o primeiro e o segundo pontos frontais (18, 20) são, por exemplo, criados nas faces superiores (6) da primeira e segunda chapas de metal (2, 4) ou nas faces inferiores (7) da primeira e segunda chapas de metal (2, 4).

[054] Em particular, o segundo feixe de laser frontal (14) intersecta a referida face principal (6, 7) da segunda chapa de metal (4) sobre toda a seção transversal do segundo feixe de laser frontal (14). Assim, toda a energia do segundo feixe de laser frontal (14) é transmitida para a segunda chapa de metal (4).

[055] A densidade de energia do segundo feixe de laser frontal (14) é maior ou igual a 106 W/cm2. Como resultado, o segundo feixe de laser frontal (14) gera um segundo buraco de fechadura frontal (não mostrado) na segunda chapa de metal (4) no segundo ponto frontal (20).

[056] Durante a etapa de soldagem de topo, o segundo feixe de laser frontal (14) cria um segundo banho de fusão no local do segundo ponto frontal (20). O segundo banho de fusão envolve o segundo buraco de fechadura frontal.

[057] Por exemplo, o volume do primeiro banho de fusão (13) é separado do volume do segundo banho de fusão e, pelo menos em um instante ou em cada instante no tempo da etapa de soldagem de topo, o primeiro banho de fusão (13) e o segundo banho de fusão são espaçados um do outro.

[058] Alternativamente, o volume do primeiro banho de fusão (13) é separado do volume do segundo banho de fusão e, pelo menos em um instante ou em cada instante no tempo da etapa de soldagem de topo, uma região de fase sólida das chapas de metal (2, 4) permanece entre o primeiro banho de fusão (13) e o segundo banho de fusão.

[059] Alternativamente, o primeiro e o segundo banho de fusão são unidos de modo a formar um único banho de fusão, pelo menos em um instante da etapa de soldagem de topo.

[060] A maior dimensão do primeiro e/ou do segundo ponto frontal (18, 20) está compreendida entre 50 µm e 250 µm. Assim, a energia dos feixes de laser (12, 14) é transmitida para as chapas de metal (2, 4) com uma eficiência muito alta. Além disso, essas dimensões permitem gerar o primeiro buraco de fechadura (19) e o segundo buraco de fechadura na primeira e na segunda chapas de metal (2, 4) mesmo com uma potência de energia comparativamente baixa para o primeiro e o segundo feixes de laser (14, 16).

[061] O primeiro ponto frontal (18) e/ ou o segundo ponto frontal (20) têm uma distribuição de energia Gaussiana ou superior e, de preferência, um contorno circular.

[062] A distância, tomada ao longo da direção de soldagem, entre os centros do primeiro e segundo feixes de laser frontais (12, 14) é menor ou igual a 5 mm.

[063] Em particular, no método ilustrado na Figura 2, os centros do primeiro e segundo pontos frontais (18, 20) estão alinhados ao longo de uma direção perpendicular à direção de soldagem.

[064] O centro de cada um dentre o primeiro e segundo pontos frontais (18, 20) está localizado a uma distância menor ou igual a 2,5 mm da face lateral (8) de, respectivamente, a primeira chapa de metal (2) e a segunda chapa de metal (4).

[065] Em particular, no método ilustrado na Figura 2, os centros do primeiro e segundo pontos frontais (18, 20) estão localizados a uma distância igual do plano médio (10) entre a primeira e a segunda chapas de metal (2, 4).

[066] Durante a soldagem de topo, o primeiro e o segundo pontos frontais (18, 20) são afastados um do outro. Em outras palavras, durante a soldagem de topo, o primeiro e o segundo pontos frontais (18, 20) não se sobrepõem.

[067] O feixe de laser traseiro (16) é emitido ao longo de um eixo emissor traseiro (E3).

[068] O feixe de laser traseiro (16) intersecta as faces principais adjacentes (6, 7) da primeira e segunda chapas de metal (2, 4). Essas faces principais adjacentes (6, 7) intersectadas pelo feixe de laser traseiro (16) são, por exemplo, as duas faces superiores (6) da primeira e segunda chapas de metal (2, 4) ou as duas faces inferiores (7) da primeira e segunda chapas de metal (2, 4).

[069] Por exemplo, o eixo emissor traseiro (E3) se estende perpendicularmente às faces principais (6, 7) da primeira e segunda chapas de metal (2, 4).

[070] O feixe de laser traseiro (16) cria um ponto traseiro (22) nas referidas faces principais adjacentes (6, 7).

[071] No exemplo ilustrado na Figura 2, o ponto traseiro (22) é criado nas mesmas faces principais (6, 7) como aquelas nas quais o primeiro e o segundo pontos frontais (18, 20) são criados. Alternativamente, o ponto traseiro (22) é criado em diferentes faces principais (6, 7) do que aquelas nas quais o primeiro e o segundo pontos frontais (18, 20) são criados.

[072] A densidade de energia do feixe de laser traseiro (16) é maior ou igual a 106 W/cm2. Como resultado, o feixe de laser traseiro (16) gera um buraco de fechadura traseiro (23A) na primeira e segunda chapas de metal (2, 4) no ponto traseiro (22) (ver Figura 3).

[073] Como ilustrado na Figura 3, durante a etapa de soldagem de topo, o feixe de laser traseiro (16) cria um banho de fusão traseiro (23B) no local do ponto traseiro (22). O banho de fusão traseiro (23B) envolve o buraco de fechadura traseiro (23A).

[074] Em uma forma de realização, a energia do feixe de laser traseiro (16) é maior que a energia respectiva do primeiro e segundo feixes de laser frontais (14, 16). Por exemplo, a energia do feixe de laser traseiro (16) é pelo menos duas vezes a respectiva energia do primeiro e segundo feixes de laser frontais (14, 16).

[075] No método de acordo com a primeira forma de realização, o ponto traseiro (22) tem uma distribuição de energia Gaussiana ou superior.

[076] No exemplo ilustrado na Figura 2, ele tem um contorno circular.

[077] Como mostrado, o ponto traseiro (22) é centrado no plano médio (10) entre a primeira e a segunda chapas de metal (2, 4).

[078] A maior dimensão do ponto traseiro (22) está, por exemplo, compreendida entre 200 µm e 1800 µm, preferencialmente entre 600 µm e 1200 µm.

[079] Como ilustrado na Figura 2, a área superficial do ponto traseiro (22) é maior que a área superficial de cada um dentre o primeiro e segundo pontos frontais (18, 20). O volume do buraco de fechadura traseiro (23A) criado pelo feixe de laser traseiro (16) é maior que o volume do primeiro e segundo buracos de fechadura frontais, respectivamente criados pelo primeiro e pelo segundo feixes de laser frontais (12, 14). Além disso, durante a soldagem de topo, o volume do banho de fusão traseiro (23B) é maior que o volume do primeiro e segundo banho de fusão respectivamente criados pelo primeiro e segundo feixes de laser frontais (12, 14).

[080] Durante a soldagem de topo, o primeiro e o segundo feixes de laser frontais (12, 14) e o feixe de laser traseiro (16) têm um movimento relativo em relação à primeira e segunda chapas de metal (2, 4), de modo que o primeiro e o segundo pontos frontais (18, 20) e o ponto traseiro (22) são deslocado ao longo da direção de soldagem em relação à primeira e segunda chapas de metal (2, 4).

[081] Por exemplo, o primeiro e o segundo feixes de laser frontais (12, 14) e o feixe de laser traseiro (16) são movidos juntos enquanto a primeira e a segunda chapas de metal (2, 4) são fixadas em posição.

Alternativamente, o primeiro e o segundo feixes de laser frontais (12, 14) e o feixe de laser traseiro (16) são fixados em posição e a primeira e a segunda chapas de metal (2, 4) são movidas juntas.

[082] A soldagem a laser cria uma junta de solda (24) na junção das duas chapas de metal (2, 4). A direção de soldagem é definida como uma direção que se estende ao longo do plano médio a partir de uma região na qual a junta de solda (24) já foi criada em direção a uma região na qual as chapas (2, 4) ainda não foram unidas pela junta de solda (24).

[083] O primeiro e o segundo feixes de laser (12, 14) e o feixe de laser traseiro (16) são configurados de tal maneira que o primeiro e o segundo pontos frontais (18, 20) estão localizados na frente do ponto traseiro (22).

[084] Nesse contexto, “na frente” significa na frente em relação à direção de soldagem. Portanto, o ponto traseiro (22) está localizado entre os pontos frontais (18, 20) e a junta de solda (24) ao longo da direção de soldagem. Em outras palavras, durante a etapa de soldagem de topo, uma determinada região da primeira e da segunda chapas de metal (2, 4) centrada no plano médio (10) é sempre intersectada primeiro pelo primeiro e segundo pontos frontais (18, 20) e depois, posteriormente, intersectada pelo ponto traseiro (22).

[085] Durante a soldagem de topo, o ponto traseiro (22) é espaçado de cada um dentre o primeiro e segundo pontos frontais (18, 20). Em outras palavras, durante a soldagem de topo, o ponto traseiro (22) não se sobrepõe a cada um dentre o primeiro e segundo pontos frontais (18, 20).

[086] Durante a soldagem de topo, o buraco de fechadura traseiro (23A) é espaçado do primeiro buraco de fechadura frontal (19) e do segundo buraco de fechadura frontal. Em outros termos, durante a soldagem de topo, o buraco de fechadura traseiro (23A) não se sobrepõe a cada um dentre o primeiro e segundo buracos de fechadura frontais.

[087] Por exemplo, a disposição geométrica relativa dos buracos de fechadura durante a soldagem de topo pode ser monitorada através da visualização da zona de interação laser-material através de um sensor de visão 2D. Com um sensor de visão 2D infravermelho, um mapa de temperatura 2D da zona de interação pode ser estabelecido. Em particular, os buracos de fechadura, os banhos de fusão e as regiões de fase sólida são claramente identificados. Alternativamente ou adicionalmente, é possível visualizar as formas dos buracos de fechadura com um sensor de visão pura 2D, iluminando a zona de interação laser-material com um comprimento de onda de luz dedicado, diferente do laser de soldagem, e usando o filtro de banda passante correspondente na frente do sensor de visão.

[088] O primeiro e o segundo feixes de laser frontais (12, 14) e o feixe de laser traseiro (16) são configurados de tal maneira que, a cada instante durante a etapa de soldagem de topo, uma região de fase sólida (25) e/ ou uma região de fase líquida (13, 23B) das chapas de metal (2, 4) permanecem entre o primeiro buraco de fechadura frontal (19) e o buraco de fechadura traseiro (23A) e entre o segundo buraco de fechadura frontal e o buraco de fechadura traseiro (23A).

[089] Mais particularmente, as dimensões dos pontos (18, 20, 22), as distâncias entre os pontos (18, 20, 22), as velocidades de deslocamento relativas entre o primeiro e o segundo feixe de laser frontal (12, 14) e do feixe de laser traseiro (16) e as chapas de metal (2, 4) e as densidades de potência dos feixes (12, 14, 16) são configurados de modo que, a cada instante durante a etapa de soldagem de topo, uma região de fase sólida (25) e/ ou uma região de fase líquida (13, 23B) das chapas de metal (2, 4) permanecem entre o primeiro buraco de fechadura frontal (19) e o buraco de fechadura traseiro (23A) e entre o segundo buraco de fechadura frontal e o buraco de fechadura traseiro (23A).

[090] No exemplo mostrado na Figura 3, uma região de fase sólida (25) e uma região de fase líquida (13, 23B) das chapas de metal (2, 4) permanecem entre o primeiro buraco de fechadura frontal (19) e o buraco de fechadura traseiro (23A) e entre o segundo buraco de fechadura frontal e o buraco de fechadura traseiro (23A). Alternativamente, apenas uma região de fase líquida (13, 23B) das chapas de metal (2, 4) permanece entre o primeiro buraco de fechadura frontal (19) e o buraco de fechadura traseiro (23A) e entre o segundo buraco de fechadura frontal e o buraco de fechadura traseiro (23A).

[091] Em uma forma de realização, o primeiro e o segundo feixes de laser frontais (12, 14) e o feixe de laser traseiro (16) são configurados de tal maneira que, a cada instante durante a etapa de soldagem de topo, o volume do banho de fusão criado pelo primeiro e segundo feixes de laser frontais (12, 14) é afastado do volume do banho de fusão criado pelo feixe de laser traseiro (16). Esta forma de realização diminui a variabilidade da soldagem e facilita a simulação numérica da mesma, em comparação com o caso em que uma única poça de fusão é formada pelos feixes de laser frontais e feixe de laser traseiro.

[092] O centro do ponto traseiro (22) se estende a uma distância, tomada ao longo da direção de soldagem, compreendida entre 0,5 mm e 8 mm do centro do último dentre o primeiro e o segundo pontos frontais (18, 20).

Essa distância está, preferencialmente, compreendida entre 1 mm e 5 mm.

[093] As velocidades de deslocamento do primeiro e segundo feixes de laser frontais (12, 14) e do feixe de laser traseiro (16) são, preferencialmente, idênticas e estão compreendidas entre 2 m/min e 20 m/min, preferencialmente entre 4 m/min e 12 m/min.

[094] Exemplos de dimensões de pontos, distâncias entre os pontos, velocidades de deslocamento relativas dos pontos nas chapas de metal (2, 4) e densidades de potência dos feixes serão agora detalhados.

[095] De acordo com um primeiro exemplo: - A primeira e a segunda chapas de metal (2, 4) possuem, respectivamente, uma espessura de 1 mm e estão posicionadas de modo que entrem em contato uma com a outra ao longo da direção de soldagem ou de modo que sejam afastadas uma da outra por uma distância inferior a 80 µm;

- O primeiro e o segundo pontos frontais (18, 20), respectivamente, têm um diâmetro igual a 150 µm e uma energia de 500 W, sendo o primeiro e o segundo pontos frontais (18, 20) produzidos por uma cabeça de solda a laser comum, sendo essa cabeça de solda a laser comum alimentada por um gerador de laser de disco possuindo uma potência de 1 kW e um comprimento de onda de 1 µm; - O ponto traseiro (22) tem um diâmetro igual a 600 µm e uma energia de 4 kW, em que o ponto traseiro (22) é produzido por uma cabeça de solda a laser dedicada, essa cabeça de solda a laser dedicada sendo alimentada por um laser YAG com uma potência de 4 kW e um comprimento de onda de 1 µm; - Os pontos frontais (18, 20) e o ponto traseiro (22) estão dispostos em um triângulo equilátero, de modo que o triângulo equilátero tenha um comprimento lateral de 1,2 mm, o ponto traseiro (22) sendo centrado no plano médio e os pontos frontais (18, 20) sendo localizados a uma distância igual do plano médio, e; - A velocidade de soldagem é de 16 m/min.

[096] De acordo com um segundo exemplo: - A primeira e a segunda chapas de metal (2, 4) possuem, respectivamente, uma espessura de 1 mm e estão posicionadas de modo que entrem em contato uma com a outra ao longo da direção de soldagem ou de modo que sejam afastadas uma da outra por uma distância inferior a 80 µm; - O primeiro e o segundo pontos frontais (18, 20), respectivamente, têm um diâmetro igual a 150 µm e uma energia de 500 W, sendo o primeiro e o segundo pontos frontais (18, 20) produzidos por uma cabeça de solda a laser comum, sendo essa cabeça de solda a laser comum alimentada por um laser de disco possuindo uma potência de 1000 W e um comprimento de onda de 1 µm;

- O ponto traseiro (22) tem um diâmetro igual a 600 µm e uma energia de 4 kW, em que o ponto traseiro (22) é produzido por uma cabeça de solda a laser dedicada, essa cabeça de solda a laser dedicada sendo alimentada por um laser YAG com uma potência de 4 kW e um comprimento de onda de 1 µm; - Os pontos frontais (18, 20) estando localizados a uma distância igual do plano médio e estando distante de 0,6 mm, o ponto traseiro (22) sendo centrado no plano médio e localizado a uma distância de 1,2 mm atrás dos pontos frontais (18, 20), e; - A velocidade de soldagem é de 16 m/min.

[097] No método para soldagem de topo a laser das duas chapas de metal (2, 4) de acordo com a invenção, o primeiro e o buracos de fechadura frontais possuem uma alta razão de forma, em que a razão de forma é definida como a razão da altura do buraco de fechadura no diâmetro do buraco de fechadura. Um buraco de fechadura com uma alta razão de forma absorve um máximo da energia do feixe de laser por múltiplas reflexões do feixe de laser no buraco de fechadura.

[098] Em particular, ter uma região de fase sólida (25) e/ou uma região de fase líquida (13, 23B) entre os buracos de fechadura impede que o primeiro e o segundo buracos de fechadura frontais se abram para o buraco de fechadura traseiro (23A). Tal comunicação entre os buracos de fechadura frontais e traseiros resultaria em uma alta diminuição das respectivas razões de forma dos buracos de fechadura frontais e, portanto, afetaria a eficiência energética da etapa de soldagem de topo.

[099] Além disso, durante a soldagem de topo, o primeiro e o segundo feixes de laser frontais (12, 14), respectivamente, pré-aquecem as áreas consideradas da primeira e da segunda chapas de metal (2, 4) antes que essas áreas sejam derretidas pelo ponto traseiro (22).

[0100] Esse pré-aquecimento é vantajoso, pois aumenta a eficiência energética da soldagem de topo. Além disso, resulta também em um alongamento do banho de fusão traseiro (23B). O alongamento do banho de fusão traseiro (23B) melhora a geometria da junta de solda (24) e aumenta o limite de velocidade da soldagem de topo.

[0101] Além disso, no caso de um revestimento estar presente nas chapas de aço (2, 4), o primeiro e o segundo feixes de laser frontais (12, 14) atuam no revestimento das seguintes maneiras: revestimentos com baixa temperatura de vaporização, tais como revestimento à base de zinco, são vaporizados pela ação do primeiro e segundo feixes de laser frontais (12, 14), enquanto o revestimento com alta temperatura de vaporização, tal como revestimentos à base de alumínio e, por exemplo, revestimentos de alumínio e silício, são pré-derretidos e parcialmente incorporados na zona de fusão.

[0102] As respectivas densidades de energia do primeiro e segundo pontos frontais (18, 20) permitem um pré-aquecimento muito eficiente da primeira e da segunda chapas de metal (2, 4). Essa eficiência se deve ao primeiro e segundo buracos de fechadura frontais que têm uma alta razão de forma.

[0103] Além disso, durante a soldagem de topo, o primeiro e o segundo feixes de laser frontais (12, 14) tendem a diminuir o espaço entre a primeira e a segunda chapas de metal (2, 4). Mais precisamente, a largura do espaço entre a primeira e a segunda chapas de metal (2, 4) é diminuída devido à expansão térmica do substrato de aço (9A), bem como às forças de tensão superficial nas faces laterais (8), que tendem a curvar o perfil de borda das faces laterais (8) e a movê-lo para mais perto do plano médio (10). Essa diminuição na largura do espaço resulta em uma melhoria da eficiência energética do feixe de laser traseiro (16).

[0104] Em uma alternativa do método de acordo com a primeira forma de realização, os centros do primeiro e segundo pontos frontais (18, 20) estão dispostos a uma distância um do outro ao longo da direção de soldagem.

[0105] Em outra alternativa do método de acordo com a primeira forma de realização, o método compreende o fornecimento de um material de solda, por exemplo, um fio ou pó de soldadura, durante a etapa de soldagem de topo.

[0106] O material de solda é fornecido ao feixe de laser traseiro (16), preferencialmente sendo inserido entre o primeiro e o segundo feixes de laser frontais (12, 14). Alternativamente, o material de solda adicionado pode ser fornecido lateralmente ou na localização traseira do feixe de laser traseiro (16).

[0107] A inserção do material de solda entre o primeiro e o segundo feixes de laser frontais (12, 14) é facilitada no caso em que os centros do primeiro e segundo pontos frontais (18, 20) estão dispostos a uma distância um do outro ao longo da direção de soldagem.

[0108] No caso em que o material de solda é um fio de soldadura, o fio é inserido, por exemplo, entre o primeiro e o segundo feixes de laser frontais (12, 14) substancialmente paralelos em relação ao plano médio (10).

[0109] Quando inserido entre o primeiro e o segundo feixes de laser frontais (12, 14), o material de solda é pré-aquecido pelo primeiro e segundo feixes de laser frontais (12, 14). Quando o material de solda é inserido entre o primeiro e segundo feixes de laser frontais (12, 14), menos de 20% do volume do material de solda é derretido por esses feixes de laser (12, 14). De preferência, o primeiro e o segundo feixes de laser frontais (12, 14) não derretem o material de solda quando o material de solda é inserido entre eles.

[0110] Nesta alternativa, o alongamento do banho de fusão traseiro (23B) devido ao pré-aquecimento das chapas de metal (2, 4) pelo primeiro e segundo pontos frontais (18, 20) contribui para melhorar a mistura do material de solda com o material das chapas de metal (2, 4).

[0111] Alternativamente ao método de acordo com a primeira forma de realização, os centros do primeiro e segundo pontos frontais (18, 20) estão localizados a diferentes distâncias do plano médio (10).

[0112] Em uma outra alternativa do método de acordo com a primeira forma de realização, o centro do ponto traseiro (22) é lateralmente deslocado em relação ao plano médio (10) entre a primeira e a segunda chapas de metal (2, 4). Essa alternativa é particularmente adequada quando as chapas de metal (2, 4) têm espessuras diferentes.

[0113] De acordo com outra alternativa do método de acordo com a primeira forma de realização, o ponto traseiro (22) tem um contorno externo alongado, por exemplo, um contorno oblongo, um contorno elíptico, um contorno retangular, um contorno de gota ou um contorno ovoide. Os contornos oblongo, gota e ovoide serão respectivamente descritos em maior detalhe com referência às Figuras 5, 6, 7.

[0114] Um método para soldagem de topo a laser de duas chapas de metal (2, 4) de acordo com uma segunda forma de realização será descrito em vista da Figura 4.

[0115] Este método difere do método de acordo com a primeira forma de realização pelo fato de que o ponto traseiro (22) é em forma de anel.

[0116] A energia do feixe de laser traseiro (16) é concentrada principalmente em uma parte anular externa e não em sua parte central. Essa forma facilita atingir uma densidade de energia de 10 6 W/cm2.

[0117] Em particular, por “em forma de anel”, significa que o ponto traseiro (22) tem um contorno externo (26) e um contorno interno (28). O contorno interno (28) é substancialmente homotético ao contorno externo (26).

[0118] Em particular, o ponto traseiro (22) é simétrico em relação a um plano paralelo ao plano médio (10) entre as duas chapas de metal (2, 4).

[0119] Como ilustrado na Figura 4, o ponto traseiro (22) é circular.

Mais precisamente, o contorno externo (26) e o contorno interno (28) do ponto traseiro (22) são circulares.

[0120] A maior dimensão externa do ponto traseiro (22) está compreendida entre 200 µm e 1800 µm, preferencialmente entre 600 µm e 1200 µm. No método de acordo com a segunda forma de realização, a maior dimensão externa do ponto traseiro (22) corresponde ao diâmetro de seu contorno externo (26).

[0121] A razão da maior dimensão externa pela maior dimensão interna do ponto traseiro (22) está compreendida entre 1,2 e 3,2, preferencialmente entre 1,3 e 2. No segundo método, a maior dimensão interna do ponto traseiro (22) corresponde ao diâmetro de seu contorno interno (28).

[0122] Como ilustrado na Figura 4, pelo menos uma parte do contorno interno (28) intersecta, respectivamente, a primeira e a segunda chapas de metal (2, 4).

[0123] A forma anular do feixe de laser traseiro (16) resulta em um aumento da eficiência energética do método, uma vez que a parte da energia do feixe de laser traseiro (16) que é perdida pela passagem no espaço entre as faces laterais (8) é reduzida.

[0124] Um método para soldagem de topo a laser de duas chapas de metal (2, 4) de acordo com uma terceira forma de realização será descrito em vista da Figura 5.

[0125] Este método de acordo com uma terceira forma de realização difere do método de acordo com uma segunda forma de realização pelo fato de que o ponto traseiro (22) tem uma forma alongada, ao longo de uma direção de alongamento paralela à direção de soldagem. Nesse caso, uma dimensão externa do ponto traseiro (22), tomada perpendicularmente à direção de soldagem, é menor que uma dimensão externa do ponto traseiro

(22), tomada paralela à direção de soldagem.

[0126] No exemplo ilustrado na Figura 5, o ponto traseiro (22) tem uma forma oblonga. Mais precisamente, o contorno externo (26) e o contorno interno (28) do ponto traseiro (22) são oblongos no caso de um ponto traseiro em forma de anel (22).

[0127] A forma alongada melhora o fluxo de material derretido atrás do ponto traseiro (22), sendo o fluxo menos turbulento. Portanto, a forma alongada melhora ainda mais a geometria da junta de solda (24) e aumenta o limite de velocidade da soldagem de topo.

[0128] De acordo com uma alternativa, o ponto traseiro (22) tem uma forma elíptica. Mais precisamente, o contorno externo (26) e o contorno interno (28) do ponto traseiro (22) são elípticos no caso de um ponto traseiro em forma de anel (22).

[0129] De acordo com outra alternativa, o ponto traseiro (22) tem um contorno retangular. Mais precisamente, o contorno externo (26) e o contorno interno (28) do ponto traseiro (22) são retangulares no caso de um ponto traseiro em forma de anel (22).

[0130] Um método para soldagem de topo a laser de duas chapas de metal (2, 4) de acordo com uma quarta forma de realização será descrito em vista da Figura 6.

[0131] O método de acordo com a quarta forma de realização difere do método de acordo com a terceira forma de realização pelo fato de que o ponto traseiro (22) tem uma forma de gota.

[0132] Mais precisamente, o contorno externo (26) e o contorno interno (28) do ponto traseiro (22) são em forma de gota no caso de um ponto traseiro em forma de anel (22).

[0133] Mais particularmente, como pode ser visto na Figura 6, cada um dos contornos externo e interno (26, 28) tem uma extremidade pontiaguda (30) oposta a uma borda arredondada (32).

[0134] Como ilustrado na Figura 6, a extremidade pontiaguda (30) está localizada atrás da borda arredondada (32) ao longo da direção de soldagem.

[0135] A extremidade pontiaguda (30) está centrada no plano médio (10).

[0136] Uma forma de gota melhora ainda mais o fluxo de material derretido atrás do ponto traseiro (22).

[0137] Um método para soldagem de topo a laser de duas chapas de metal (2, 4), de acordo com uma quinta forma de realização, será descrito em vista da Figura 7.

[0138] O método de acordo com a quinta forma de realização difere do método de acordo com a terceira forma de realização pelo fato de que o ponto traseiro (22) tem uma forma ovoide.

[0139] Um método para soldagem de topo a laser de duas chapas de metal (2, 4), de acordo com uma sexta forma de realização, será descrito em vista da Figura 8.

[0140] O método de acordo com a sexta forma de realização difere do método de acordo com a terceira forma de realização pelo fato de que compreende ainda emitir um feixe de laser traseiro secundário (34), simultaneamente com a etapa de emitir o primeiro feixe de laser frontal (12), o segundo feixe de laser frontal (14) e o feixe de laser traseiro (16).

[0141] O feixe de laser traseiro secundário (34) é emitido ao longo de um eixo emissor traseiro secundário (E4).

[0142] O feixe de laser traseiro secundário (34) intersecta as faces principais adjacentes (6, 7) da primeira e segunda chapas de metal (2, 4).

[0143] O feixe de laser traseiro secundário (34) cria um ponto traseiro secundário (36) nas referidas faces principais adjacentes (6, 7).

[0144] No exemplo ilustrado na Figura 8, o ponto traseiro secundário (36) é criado nas mesmas faces principais (6, 7) do que aquelas nas quais o ponto traseiro (22) é criado. Alternativamente, o ponto traseiro secundário (36) é criado em faces principais (6, 7) diferentes daquelas nas quais o ponto traseiro (22) é criado.

[0145] A densidade de energia do feixe de laser traseiro secundário (34) é, preferencialmente, maior ou igual a 106 W/cm2. Como resultado, o feixe de laser traseiro secundário (34) gera um buraco de fechadura traseiro secundário na primeira e na segunda chapas de metal (2, 4) no ponto traseiro secundário (36).

[0146] Alternativamente, a densidade de energia do feixe de laser traseiro secundário (34) é inferior a 106 W/cm2, produzindo, portanto, um aquecimento sem buraco de fechadura, melhorando a lisura da junta de solda (24).

[0147] O ponto traseiro secundário (36) é simétrico em relação a um plano paralelo ao plano médio (10) entre as duas chapas de metal (2, 4).

[0148] Em particular, o ponto traseiro secundário (36) é circular.

Mais precisamente, o contorno externo (38) e o contorno interno (40) do ponto traseiro secundário (36) são circulares.

[0149] A maior dimensão externa do ponto traseiro (22) é maior que a maior dimensão externa do ponto traseiro secundário (36).

[0150] A maior dimensão do ponto traseiro secundário (36) está, por exemplo, compreendida entre 100 µm e 1300 µm, preferencialmente entre 300 µm e 1000 µm.

[0151] No exemplo da Figura 8, o ponto traseiro secundário (36) está centrado no plano médio (10).

[0152] Durante a soldagem de topo, o feixe de laser traseiro secundário (34) é configurado de tal maneira que o ponto traseiro secundário

(36) está localizado atrás do ponto traseiro (22), ao longo da direção de soldagem. O ponto traseiro secundário (36) está localizado, em particular, entre o ponto traseiro (22) e a junta de solda (24) ao longo da direção de soldagem.

[0153] Durante a etapa de soldagem de topo, o feixe de laser traseiro secundário (34) cria um banho de fusão traseiro secundário, em que o banho de fusão traseiro secundário é criado, em particular, no local do ponto traseiro secundário (36).

[0154] Por exemplo, o banho de fusão traseiro (23B) e o banho de fusão traseiro secundário são unidos. Alternativamente, o volume do banho de fusão traseiro (23B) é separado do volume do banho de fusão traseiro secundário, e em cada instante no tempo da etapa de soldagem de topo, uma região de fase sólida das chapas de metal (2, 4) permanece entre o banho de fusão traseiro (23B) e o banho de fusão traseiro secundário.

[0155] No exemplo ilustrado na Figura 8, o ponto traseiro secundário (36) é em forma de anel. O ponto traseiro secundário (36), em particular, tem um contorno externo (38) e um contorno interno (40). O contorno interno (40) do ponto traseiro secundário (36) é sensivelmente homotético ao contorno externo (38) do ponto traseiro secundário (36).

[0156] De acordo com uma alternativa, o ponto traseiro secundário (36) tem uma distribuição de energia Gaussiana ou superior.

[0157] De acordo com outra alternativa, o ponto traseiro secundário (36) tem uma forma alongada, por exemplo uma forma oblonga, uma forma ovoide, uma forma retangular ou uma forma de gota.

[0158] Em uma alternativa adicional, o centro do ponto traseiro secundário (36) é lateralmente deslocado em relação ao plano médio (10) entre a primeira e a segunda chapas de metal (2, 4).

[0159] Graças às características reveladas acima, o método de soldagem de topo de acordo com a invenção torna possível soldar chapas de metal (2, 4) com uma boa eficiência energética, mesmo se as chapas de metal estiverem posicionadas com um espaço importante entre elas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. MÉTODO PARA SOLDAGEM DE TOPO A LASER DE DUAS CHAPAS DE METAL (2, 4), caracterizado pelo método compreender as seguintes etapas: - fornecer uma primeira chapa de metal (2) e uma segunda chapa de metal (4), cada chapa de metal possuindo, respectivamente, duas faces principais (6, 7) e uma face lateral (8) unindo as duas faces principais (6, 7); - posicionar a primeira e a segunda chapas de metal (2, 4) de modo que as faces laterais (8) das mesmas estejam voltadas uma para a outra, o posicionamento da primeira e da segunda chapas de metal (2, 4) definindo um plano médio (10) perpendicular às faces principais (6, 7) da primeira e da segunda chapas de metal (2, 4); e - soldar a topo a primeira e a segunda chapas de metal (2, 4) ao longo de uma direção de soldagem, em que a etapa de soldagem de topo compreende emitir simultaneamente: - um primeiro feixe de laser frontal (12) ao longo de um primeiro eixo emissor frontal (E1), o primeiro eixo emissor frontal (E1) intersectando uma das faces principais (6, 7) da primeira chapa de metal (2), o primeiro feixe de laser frontal (12) criando um primeiro ponto frontal (18) na interseção com a face principal da primeira chapa de metal (2), a densidade de energia do primeiro feixe de laser frontal (12) sendo maior ou igual a 106 W/cm2, o primeiro feixe de laser frontal (12) gerando um primeiro buraco de fechadura frontal (19) na primeira chapa de metal (2) no primeiro ponto frontal (18); - um segundo feixe de laser frontal (14) ao longo de um segundo eixo emissor frontal (E2), o segundo eixo emissor frontal (E2) intersectando uma das faces principais (6, 7) da segunda chapa de metal, o segundo feixe de laser frontal (14) criando um segundo ponto frontal (20) na interseção com a face principal da segunda chapa de metal, a densidade de energia do segundo feixe de laser frontal (14) sendo maior ou igual a 106 W/cm2, o segundo feixe de laser frontal (14) gerando um segundo buraco de fechadura frontal na segunda chapa de metal (4) no segundo ponto frontal (20); - o centro de cada um dentre o primeiro e segundo pontos frontais (18, 20) estando localizado a uma distância menor ou igual a 2,5 mm da face lateral (8), respectivamente, da primeira chapa de metal (2) e da segunda chapa de metal (4) e a distância, tomada ao longo da direção de soldagem, entre os centros do primeiro e segundo feixes de laser frontais (12, 14) sendo menor ou igual a 5 mm; e - um feixe de laser traseiro (16), em que o feixe de laser traseiro (16) intersecta as faces principais adjacentes (6, 7) da primeira e segunda chapas de metal (2, 4) e cria um ponto traseiro (22) nas mesmas, a densidade de energia do feixe de laser traseiro (16) sendo maior ou igual a 106 W/cm2, a área superficial do ponto traseiro (22) sendo maior que a área superficial de cada um dentre o primeiro e segundo pontos frontais (18, 20), o feixe de laser traseiro (16) gerando um buraco de fechadura traseiro (23A) na primeira e segunda chapas de metal (2, 4) no ponto traseiro (22); - o primeiro e o segundo feixes de laser frontais (12, 14) e o feixe de laser traseiro (16) sendo configurados de tal maneira que: - o primeiro e o segundo pontos frontais (18, 20) estão localizados na frente do ponto traseiro (22); e tal que: - em cada instante no tempo, uma região de fase sólida (25) e/ou uma região de fase líquida (13, 23B) das chapas de metal (2, 4) permanece entre o primeiro buraco de fechadura frontal (19) e o buraco de fechadura traseiro (23A) e entre o segundo buraco de fechadura frontal e o buraco de fechadura traseiro (23A).

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, em cada instante no tempo da etapa de soldagem de topo, o volume do banho de fusão criado pelo primeiro e segundo feixes de laser frontais (12, 14) ser separado do volume do banho de fusão criado pelo feixe de laser traseiro (16).

3. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pela maior dimensão do primeiro e/ou do segundo ponto frontal estar compreendida entre 50 µm e 250 µm.

4. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pela maior dimensão do ponto traseiro (22) estar compreendida entre 200 µm e 1800 µm.

5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pela maior dimensão do ponto traseiro (22) estar compreendida entre 600 µm e 1200 µm.

6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pela primeira chapa de metal (2) e pela segunda chapa de metal (4) possuírem, respectivamente, uma espessura compreendida entre 0,15 mm e 5 mm.

7. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelos centros do primeiro e segundo pontos frontais (18, 20) estarem localizados a uma distância igual do plano médio (10) entre a primeira e a segunda chapas de metal (2, 4).

8. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelos centros do primeiro e segundo pontos frontais (18, 20) estarem alinhados ao longo de uma direção perpendicular à direção de soldagem.

9. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelos centros do primeiro e segundo pontos frontais (18, 20) estarem dispostos a uma distância um do outro ao longo da direção de soldagem.

10. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo ponto traseiro (22) estar centrado no plano médio (10) entre a primeira e a segunda chapas de metal (2, 4).

11. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo centro do ponto traseiro (22) estar lateralmente deslocado em relação ao plano médio (10) entre a primeira e a segunda chapas de metal (2, 4).

12. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo centro do ponto traseiro (22) se estender a uma distância, tomada ao longo da direção de soldagem, compreendida entre 0,5 mm e 8 mm a partir do centro do último dentre o primeiro e o segundo pontos frontais (18, 20).

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo centro do ponto traseiro (22) se estender a uma distância, tomada ao longo da direção de soldagem, compreendida entre 1 mm e 5 mm a partir do centro do último dentre o primeiro e o segundo pontos frontais (18, 20).

14. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo primeiro ponto frontal (18) e/ou pelo segundo ponto frontal possuírem uma distribuição de energia Gaussiana ou superior (top hat).

15. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo primeiro ponto frontal (18) e/ou pelo segundo ponto frontal possuírem um contorno circular.

16. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo ponto traseiro (22) possuir uma distribuição de energia Gaussiana ou superior.

17. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo ponto traseiro (22) ser em forma de anel.

18. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por uma dimensão externa do ponto traseiro (22), tomada perpendicularmente à direção de soldagem, ser menor do que uma dimensão externa do ponto traseiro (22) tomada paralela à direção de soldagem.

19. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 18, caracterizado pelo ponto traseiro (22) ser simétrico em relação a um plano paralelo ao plano médio (10) entre as duas chapas de metal (2, 4).

20. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 19, caracterizado pela maior dimensão externa do ponto traseiro (22) estar compreendida entre 200 µm e 1800 µm;

21. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pela maior dimensão externa do ponto traseiro (22) estar compreendida entre 600 µm e 1200 µm.

22. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 21, caracterizado pela razão da maior dimensão externa pela maior dimensão interna do ponto traseiro (22) estar compreendida entre 1,2 e 3,2.

23. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pela razão da maior dimensão externa pela maior dimensão interna do ponto traseiro (22) estar compreendida entre 1,3 e 2.

24. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 23, caracterizado pelo ponto traseiro (22) possuir um contorno circular ou uma forma alongada, ao longo de uma direção de alongamento paralela à direção de soldagem.

25. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 24, caracterizado pelo método compreender ainda, simultaneamente com a etapa de emitir o primeiro feixe de laser frontal (12), o segundo feixe de laser frontal (14) e o feixe de laser traseiro (16), emitir um feixe de laser traseiro secundário (34), em que o feixe de laser traseiro secundário (34) intersecta as faces principais adjacentes (6, 7) da primeira e segunda chapas de metal (2, 4) e cria um ponto traseiro secundário (36) nas mesmas, o feixe de laser traseiro secundário (34) sendo configurado de tal maneira que o ponto traseiro secundário (36) esteja localizado atrás do ponto traseiro (22).

26. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo ponto traseiro secundário (36) ser em forma de anel ou possuir uma distribuição de energia Gaussiana ou superior.

27. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 25 a 26, caracterizado pela maior dimensão externa do ponto traseiro (22) ser maior que a maior dimensão externa do ponto traseiro secundário (36).

28. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 27, caracterizado pelo método compreender ainda o fornecimento de um material de solda, durante a etapa de soldagem de topo.

29. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo material de solda ser um fio ou pó de soldadura.

30. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 29, caracterizado pela primeira e/ou pela segunda chapas de metal (2, 4) compreenderem um substrato de aço (9A) possuindo um pré-revestimento de liga de zinco ou liga de alumínio (9B) em pelo menos uma de suas faces principais (6, 7).

31. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 30, caracterizado pelo primeiro feixe de laser frontal (12) e/ou pelo segundo feixe de laser frontal (14) e/ou pelo feixe de laser traseiro (16) serem gerados por um cabeça de laser comum.

32. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 30, caracterizado por cada feixe de laser ser criado por uma cabeça de laser dedicada.

33. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações

1 a 32, caracterizado pelo substrato de aço (9A) de pelo menos uma dentre a primeira chapa de metal (2) ou a segunda chapa de metal (4) ser um aço temperável por pressão.

34. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 33, caracterizado por pelo menos uma dentre a primeira chapa de metal (2) ou a segunda chapa de metal (4) co3mpreender um pré-revestimento contendo zinco ou contendo alumínio.