1MM

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LASER

PROCESSOS DE CORTE

1Prof Edson Urtado

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Light

Amplification by

Stimulated

Emission of

Radiation

LASER: Definio

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LASER: Amplificao da luz por emisso estimuladade radiao;

Foto1. Aplicao do LASER.

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A radiao LASER surge quando os tomos de umaestrutura recebem energia externa, levando-os a umestado de excitao;

Para voltar ao estado fundamental, a estrutura liberaenergia na forma de ftons;

Esse processo se repete e os ftons podem serrefletidos dentro de um tubo, resultando numa cadeiade emisso fotnica;

Assim, gera a radiao na sada do tubo em forma deum feixe de LASER. Esse feixe tem a luz brilhante, intenso e concentrado;

LASER: Gerao do feixe

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LASER: Gerao do feixe

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Figura 1. Gerao do feixe de LASER.

Amplificao pela emisso estimuladaEmisso estimulada

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LASER: Ressonador LASER

Figura 2 . LASER de fluxo axial.

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Albert Einstein em 1917, com seus estudos sobremecnica quntica, havia demonstrado o princpio deemisso estimulada;

Em 1951, Charles Townes, construiu o primeiroMASER (micro-ondas);

Theodore Maiman em 1960, demonstrou o primeirolaser slido, feito a partir de um cristal de rubi;

O primeiro laser gas (He-Ne), a partir de uma misturados gases nobres Hlio e Nenio, foi demonstrado em1960, por Ali Javan.

LASER: histrico

7Foto 2 . Primeiro Laser a gs He-Ne, 1960.

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LASER: O Corte

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O Laser corta o material pela intensidade de energia(calor) desenvolvido pelo feixe e aplicado ao material;

Quando o calor imposto ao material maior do que assuas caractersticas de refrao, conduo ou dispersode energia, causar um aumento da temperatura noponto de contato do feixe laser;

Se a temperatura for suficiente para iniciar avaporizao do material, iniciar um furo, e com omovimento linear e a energia intensa imposta aomaterial, haver a ao do corte.

Direo do Corte

Feixe LASER e gs

Largura da sangria (kerf)

Espao formado pelas estrias

Material removido

Figura 3 . Princpio do corte LASER.

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LASER: Cabeote de Corte

Figura 4. Cabeote de Corte LASER.

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LASER: Esquema Laser CO2

Bomba de Vcuo

E.E.

(Painel)

Alta Tenso

Retificador

(Alta Tenso)

Gs

Refrigerao

Ressonador

Sada do

Feixe LASER

O CO2 compe apenas 1-9% do volume do meio laser. O volume restante composto por He (60-85%) e N2 (13-35%); O N2 aumenta a eficincia daexcitao porque facilmente excitvel (em um nvel de vibrao prximo aonvel superior do CO2) pela descarga eltrica na cavidade; O He adicionadopara facilitar o resfriamento.

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LASER: Esquema Laser Nd:YAG

Nd:YAG (matriz de granada de trio e alumnio - Y3Al5O12 com dopagem por onsde Nd3+ - dopagem de aprox. 1%).

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LASER: Esquema Laser a Fibra

Laser a fibra um tipo de laser no qual o meio ativo uma fibra ptica dopada com terras-raras, como itrbio, tlio ou rbio;

O bombeamento geralmente realizado por diodos;

Um equipamento tpico feito de uma fibra de vidro multi-camada dopada por itrbio com emisso entre 1.07 - 1.08 m, ou por tlio com = 1.7 - 2.2 m ou rbio com = 1.54 m.

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LASER: Equipamento

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Foto 3. Equipamento de Corte Laser

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LASER: Velocidade de Corte

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Grfico 1. Relao de Velocidades de Corte Laser CO2

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LASER: gases de corte

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LASER: Variveis

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Diversos materiais podem ser cortados pelo LASER.Metais e suas ligas, materiais com baixa viscosidade etermoplasticos so cortados pela ao da potncia dofeixe de Laser na ordem de 104 W/mm2.

Com o feixe Laser h tambm o gs de assistncia quepode ser inerte ou ativo;

A qualidade da borda tem relao com o gs deassistncia. Para maior velocidade de corte utiliza-se ogs O2 e para qualidade na borda utiliza-se uma misturacom gs inerte;

Um Laser CO2 com a potncia de 1,5kW pode cortarmetais de 1mm de espessura na velocidade de corte de10m/min, e 10mm de espessura na velocidade de cortede 1m/min.

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Processo de Corte de alta intensidade de energia;

Feixe de luz brilhante, intenso e concentrado;

Pode cortar metais e outros materiais;

Alta preciso dimensional e alta velocidade de corte;

Lasers CO2 e Nd:Yag so os mais utilizados para cortede metais; O Fiber LASER tambm est ganhandoespao no mercado e detaca-se pela eficincia notransporte do feixe de LASER, do ressonador at ocabeote de corte (Fibra);

Os gases de assistncia mais utilizados so O2 e N2para cortar o ao carbono;

Excelente processo para aplicaes de corte de metaisat 6mm de espessura.

LASER: Corte de Metais

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LASER: Aplicaes

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Indstria Soldagem e Corte

Revestimento de materiais

Usinagem

Impresso & Gravao

Medio

Medicina Cirurgias, Tratamento de Pele

Iluminao Efeitos Especiais, Shows

Militar Mira, Interceptar misseis, etc. Foto 4. Aplicaes Laser

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LASER: Spectro Eletromagntico

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PROCESSOS DE CORTE

ISO 9013:

Corte Trmico de Metais

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PROCESSOS DE CORTE: Normas de corte

ISO 9013:2002

Classificao dos cortes trmicos quanto a geometria,especificaes, tolerncias e qualidade;

Os principais pontos da norma so:

Angularidade;

Rugosidade;

Raio do canto superior;

Sangria do corte;

Quantidade de escria.

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PROCESSOS DE CORTE: Norma ISO 9013

Angularidade: u o desvio da borda do materialcortado, conforme ISO 9013;

Os extremos so ignorados para a medio;

A medida da angularidade definida em zonas dequalidade de 1 5 (1 a melhor, 5 a pior);

Figura 1. Desenho da medio da borda do material, conforme ISO9013.

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PROCESSOS DE CORTE: Norma ISO 9013

Espessura

do

material

ISO Zona 1 ISO Zona 2 ISO Zona 3 ISO Zona 4 ISO Zona 5

Desvio ngulo Desvio ngulo Desvio ngulo Desvio ngulo Desvio ngulo

1,5 0,0021 2,2 0,0063 6,54 0,0163 16,51 0,0327 30,66 0,0493 41,82

3 0,0024 1,1 0,0068 3,21 0,0171 7,97 0,0342 15,64 0,0519 23,05

6 0,0027 0,7 0,0077 1,93 0,0183 4,59 0,0365 9,13 0,0560 13,85

10 0,0031 0,5 0,0085 1,39 0,0195 3,18 0,0390 6,33 0,0604 9,75

12 0,0035 0,4 0,0094 1,17 0,0207 2,58 0,0415 5,15 0,0647 8

Nota:

ngulo em graus (o);

Desvio em polegadas ()

Tabela 1 . Relao entre a espessura e ngulo do corte da borda do material, conforme ISO 9013.

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PROCESSOS DE CORTE: Norma ISO 9013

Legenda

Oxicorte

Plasma

Laser

Espessura a em mm

An

gu

lari

da

de

u

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m m

m

Grfico 1. Valores da angularidade do corte trmico, conforme ISO 9013.

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PROCESSOS DE CORTE: Norma ISO 9013

Rugosidade: A superfcie da borda do material indicadona norma ISO 9013, e definido pelo parmetro Rz,obtido atravs de instrumentos de medio apropriados(rugosmetros). A unidade de medida dada em m.

Rz = 31,8 m Rz = 11,4 m

Foto 1. Corte Trmico A Foto 2. Corte Trmico B

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PROCESSOS DE CORTE: Norma ISO 9013

Laser Rz = 31.8 micro-metersISO Range = 2

Espessura a em mm

Ru

go

sid

ad

e d

a s

up

erf

cie

, R

z,

em

m

Legenda

Oxicorte

Plasma

Laser

Grfico 2. Valores tipicos para anlise da superfce cortada conforme ISO 9013.

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PROCESSOS DE CORTE: Norma ISO 9013

Figura 1. Exemplo de medio do raio da pea cortada.

Foto 3. Exemplo de medio kerf.

Foto 4. Exemplo de medio da quantidade de escria.

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PROCESSOS DE CORTE

Comparativo entre os

Processos de Corte Usuais

Prof Edson Urtado

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PROCESSOS DE CORTE: Anlise dos Processos

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mm

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mm

LASER

Plasma

Oxicorte

Esp

ess

ura

(a

o c

arb

on

o)

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Pesquisa do mercado nacional, publicada em Dez 2012. (Aranda Editora, Revista C&C)

PROCESSOS DE CORTE: Pesquisa

OXICORTE; 46%

PLASMA; 33%

LASER; 19%

JATO GUA; 2%

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PROCESSOS DE CORTE: Anlise

Aplicao do Processo, atender as necessidades da empresa;

Volume de produo;

Tecnologia vs Processo;

Facilidade operacional (MO);

Manuteno, custos relacionados;

Consumveis do processo (fabricante);

Tempo hora/mquina em processo;

Energia eltrica, gases;

Viabilidade econmica-financeira do investimento.

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PROCESSOS DE CORTE: Variveis

Tcnica:

Material e espessura para corte;

Tolerncias das medidas de corte (preciso, ngulo de corte, qualidade);

Velocidade de corte;

Setup e manuseio do equipamento;

Manuteno (tempo, custos, peas);

Software, controles.

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Software de agrupamento: Nesting

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PROCESSOS DE CORTE: Variveis

Econmica:

Volume de produo;

Tempo de hora/mquina (turnos);

Custo de oportunidade outros trabalhos;

Viabilidade do investimento;

Retorno para a empresa.

Tecnologia:

Processo antigo, recente ou em desenvolvimento;

Processo novo, inovao;

Atualizao tecnolgica.

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PROCESSOS DE CORTE: tendncias...

Processos de corte combinados:

Oxicorte + Plasma;

Plasma + Puncionadeira;

Plasma + Laser;

Entre outros