ANÁLISE DA QUALIDADE DE FABRICAÇÃO DE PEÇAS DE AÇO INOX 316 – ATRAVÉS DO CORTE A LASER

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        Universidade Federal de Pernambuco        

Centro de Tecnologia e Geociências

Departamento de Engenharia Mecânica

Bacharelado em Engenharia Mecânica

Pré-projeto

ANÁLISE DA QUALIDADE DE FABRICAÇÃO DE PEÇAS DE AÇO INOX 316 – ATRAVÉS DO CORTE A LASER.

Thiago Araujo

Recife

2016

1. Histórico do LASER

LASER é o acrônimo de “Light Ampification by Stimulated Emission of Radiation”, por sua vez significa “Amplificação da Luz por Emissão Estimulada de Radiação”. Em 1917, as emissões estimuladas foram descritas pela primeira vez em teoria pelo cientista alemão Albert Einstein.

Em 1951 foi sugerida a primeira aplicação para o fenômeno predito por Einstein, através do cientista A. L. Schawlow e C.H. Townes. Na época, chamado de MASER (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation), este produzia micro-ondas, em vez de luz visível. O primeiro experimento prático ocorreu em 1954, para só então em 1959, graças a Gordon Gould o laser teve seu nome citado em artigo devidamente publicado, “The LASER, Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”.

De acordo com SILVA (2011), o laser começou a tornar-se um sistema útil comercialmente na década de 60. Nos anos 70 novas tecnologias de processamento de materiais como metais, foram apresentadas, ajudando a consolidar o laser como uma solução cada vez mais interessante.

Hoje o laser está presente em nosso cotidiano, seja em peças processadas por lasers de alta potência, ou em meros leitores de CD’s que se utilizam da tecnologia.

1. Definições do laser e sua tecnologia

BAGNATO (2001) se refere ao laser como sendo uma luz monocromática, de alta intensidade, direcional e coerente. É possível que o laser alcance potências das mais variadas ordens de grandezas, chegando até a ordem de Tera watt (10¹² W), como é o caso de laser pulsados. Por isso o laser possui as mais diversas aplicações, das mais diversas áreas.

Entretanto muita coisa está associada a tecnologia do laser. Uma delas é a princípios que permeiam o átomo e sua estrutura.

Os átomos são formados basicamente por prótons e nêutrons, no núcleo, e elétrons na eletrosfera. Segundo BAGNATO (2001, p. 6) o elétron está no seu estado fundamental quando orbita o mais próximo possível seu núcleo. Quando o elétron assume posição mais externa do que o estado fundamental, diz-se que o elétron está em estado excitado.

Como dito por MARTELETO (200, p.9)

“Para um elétron pular de uma órbita mais baixa para uma órbita mais alta, algo deve aumentar seu nível de energia. Inversamente, um elétron libera energia quando cai de uma órbita mais alta para uma mais baixa. Essa energia é liberada na forma de um fóton. Uma grande queda de energia libera um fóton de alta energia, que é caracterizado por uma alta frequência”.

Como os fótons são as unidades básicas da luz, então quanto maior a emissão de fótons, maior também será a emissão de luz.

Como é possível observar nas figuras abaixo (Figura 1 e Figura 2):

Figura 1 – Excitação do elétron por fonte de energia externa.

[pic 2] Fonte: Repositório Digital da EAD UNINOVE.

Para se conseguir uma emissão estimulada o elétron é excitado, e, devido a uma tendência natural para voltar ao estado fundamental (mais baixa energia), ele libera energia em forma de fóton. Para acelerar este processo, um fóton externo estimula o decaimento do elétron já excitado. Vale salientar que agora existem dois fótons como saída, um que realizou o estímulo e outro emitido pelo elétron ao decair, ambos praticamente idênticos. É possível observar esse fenômeno ilustrado na Figura 2.

Figura 2 – Excitação e retorno ao estado fundamental do elétron através da absorção e emissão de fótons, respectivamente.

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Fonte: Bagnato (2001, p. 7).

Ao descrever como é possível emitir luz ao excitar elétrons com energia, é válido ressaltar a diferença de uma luz de outra fonte (como a luz de lâmpadas incandescente) e a luz de um laser ao mesmo tempo. Isso ocorre devido ao espectro da luz. Enquanto que a luz de uma lâmpada ter vários comprimentos de onda, a luz vinda do laser é monocromática, devido aos fótons serem praticamente idênticos. Na imagem abaixo é possível visualizar a diferença entre o espectro de fonte incandescente e o do laser.  

Figura 3– Espectro de uma fonte de luz incandescente versus espectro laser.

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Fonte: Bagnato (2001, p. 9).

1. A máquina de corte a laser

Máquinas de corte a laser possuem preços variados, a depender da aplicação, marca, potência, nível de automação, e inúmeras outras características. Para corte de chapas de aço, não raro, essas máquinas podem facilmente passar dos milhões de reais.

 Dado o investimento elevado, é preciso observar muito bem o processo para o qual a máquina será adicionada, certificando-se que esta atenderá todos os requisitos, de qualidade, produtividade, segurança e outros.

        

Figura 4 – Máquina a laser Mitsubishi

Fonte: Repositório Digital da MITISUBISHI ELETRIC.

        

Além disso, é imperativo conhecer as principais partes que compõem a máquina. Fonte, meio ativo e ressonador, além dos parâmetros da máquina que serão vistos em outro tópico, posteriormente.

1. FONTE

De maneira resumida, o elétron precisa estar em seu estado excitado para, no retorno ao estado fundamental liberar fóton (luz). O que se faz necessário que energia seja adicionada ao sistema através da fonte externa podendo se apresentar, dentre outras formas, como descargas elétricas, ou mesmo como outros lasers.

Como SCHUSTER (2013, p. 15) comenta O elemento presente nos lasers responsável pela excitação dos elétrons, é denominado fonte. As fontes possuem papel fundamental no funcionamento adequado de um laser. A fonte emite energia, elétrica por exemplo, com o intuito de estimular o elétron ao seu estado excitado e, após algum tempo volta ao seu estado fundamental, liberando energia na forma de luz.

Figura 5 – Esquema de geração do raio laser (CO2 como meio ativo).

Fonte: Fundação Roberto Marinho, 1997.

1. MEIO ATIVO

Os átomos a serem excitados pela fonte e os responsáveis por amplificarem a luz são chamados de meio ativo. Existem vários de meios ativos que são utilizados para a formação do laser, eles podem se apresentar nos estados sólido, líquido ou ainda como forma de gás.