Lição 4.10DeformarCapítulo 4 · Conformação de chapas e tubos

Conformação por laser peening

Disparos de laser esticam uma face para que a chapa se curve

A conformação por laser peening dobra chapas de metal sem nenhuma matriz, usando milhares de minúsculas ondas de choque impulsionadas por laser. Cada disparo comprime uma pequena área de uma superfície; juntos, eles esticam aquela face, e a chapa se curva devagar, como uma página que se enrola quando um lado fica úmido. Dá forma a grossos painéis de asas de aviões e endireita peças distorcidas com grande controle.

conformação por laser peening · um disparo de perto e a chapa depois de muitos disparosOs números circulados correspondem às etapas abaixo. A vista da esquerda amplia um disparo; a da direita mostra a chapa inteira.

Como funciona

Cubra a superfície com água. A chapa é fixada sob o laser, e uma fina camada de água escorre sobre a área a ser tratada.
Dispare um pulso de laser. Um laser pulsado de alta energia dispara um pulso muito curto, de cerca de 20 nanossegundos, através da água sobre um ponto de poucos milímetros de largura.
Gere uma explosão de plasma. O pulso transforma uma fina película da superfície em plasma (um gás incandescente e eletricamente carregado). A água o aprisiona, então a pressão dispara e leva uma onda de choque para dentro do metal.
Deixe uma camada comprimida. O choque comprime o metal sob o ponto, deixando uma camada, muitas vezes com 1–2 mm de profundidade, com tensão residual de compressão (tensão presa dentro do metal que empurra para fora os vizinhos).
Repita em um padrão. Um robô move o ponto de laser ponto a ponto ao longo de um padrão calculado. As tensões presas se somam e a chapa se curva; ela é medida e corrigida com mais disparos.

Dados-chave

Materiais: Ligas de alumínio (inclusive alumínio-lítio), titânio, aços, ligas de níquel
Peças típicas: Painéis de asa e fuselagem com curvatura simples ou dupla suave, painéis reforçados, peças distorcidas que precisam ser endireitadas
Tamanho da peça: De pequenas peças a painéis de vários metros de comprimento, limitado pelo alcance do robô
Precisão: A curvatura se acumula em pequenos passos controlados; a forma final é medida e corrigida, normalmente dentro de algumas décimas de milímetro
Acabamento superficial: Padrão levemente marcado de pontos sobrepostos; muitas vezes melhora a vida em fadiga (resistência a trincas sob cargas repetidas)
Tamanho de lote adequado: Pequenas séries de peças grandes e de alto valor, além de reparo e endireitamento
Custo de ferramental e máquinas: Sem matrizes; células a laser custam milhões de dólares, então o trabalho muitas vezes é comprado como serviço
Velocidade: Alguns disparos por segundo; um painel grande pode levar horas

Pontos fortes e limites

Pontos fortes

Sem matriz: a forma é um programa, fácil de mudar
Funciona em chapas grossas e rígidas e em painéis integralmente enrijecidos
Deixa uma camada comprimida protetora que resiste a trincas por fadiga
Pode endireitar peças distorcidas com precisão

Limites

Equipamento a laser muito caro
Só curvaturas suaves, não formas profundas
Lenta para áreas grandes
Precisa de modelagem e medição cuidadosas para acertar a forma

Onde é usado

AviõesPainéis de revestimento de asa com curvas compostas suaves
EspaçoPainéis curvos para veículos lançadores e tanques
Construção navalConformação e endireitamento de grandes chapas
Reparo e acabamentoEndireitamento de peças distorcidas por soldagem ou usinagem

Como reconhecê-lo

Uma tênue grade regular de pontos quadrados ou redondos sobrepostos em uma face.
Painéis grossos suavemente curvos, sem marcas de matriz nem de prensa.
Muitas vezes uma área fosca e levemente marcada em uma superfície que é usinada no resto.

Compare com

Jateamento com granalha (shot peening)12.3a mesma ideia de tensão de compressão, mas com um fluxo de minúsculas esferas; a conformação por shot peening dobra painéis do mesmo jeito.Conformação incremental de chapa4.6também dispensa matriz e é guiada por computador, mas uma ferramenta empurra fisicamente a chapa fina para formas profundas.Dobramento de chapa metálica4.1dobras vivas e simples em uma prensa, em vez de curvas suaves construídas a partir de milhares de disparos.

Assista

Curtiss-Wright Surface Technologies · Uma animação de um disparo: camada de água, plasma, onda de choque e tensão residual

LSP Technologies · O que é o processo e quais peças ele faz

LSP Technologies · Uma chapa se curvando ao vivo enquanto o laser trabalha sobre ela

LSP Technologies · A mesma ferramenta usada para endireitar uma peça distorcida

Veja fotos reais

Wikipedia: Laser peening — o processo, sua história e uma seção sobre a conformação por laser peening
Busca de fotos no Wikimedia Commons

Lembre-se

Cada disparo de laser prende uma tensão de compressão em uma pequena área de uma face.
Milhares de disparos em um padrão fazem a chapa se curvar, sem nenhuma matriz.
Ideal para curvas suaves em painéis aeroespaciais grossos e valiosos e para endireitamento.