3 erros a evitar no corte de metal a laser

O empeno é outro desafio difícil que os engenheiros enfrentam quando utilizam máquinas de corte a laser para fabricar peças de chapa metálica. Quando o raio laser actua sobre o metal a cortar, o metal absorve rapidamente a energia do laser e converte-a em energia térmica, o que, por sua vez, provoca o aquecimento do metal. Com o aumento da temperatura, o metal expande-se. 

Mas o problema é que o processo de expansão do metal não é uniforme. Por um lado, diferentes materiais metálicos têm diferentes coeficientes de expansão térmica. Por exemplo, a liga de alumínio e o aço inoxidável têm graus de expansão completamente diferentes sob a mesma mudança de temperatura; por outro lado, o processo de fabrico do material, como a direção de laminagem, a estrutura organizacional interna e outros factores, também afectará a uniformidade da expansão do metal quando aquecido. O efeito combinado destes factores torna muito provável que o metal se dobre e deforme durante o processo de expansão térmica, que é o que chamamos de empenamento.

Este fenómeno de deformação coloca muitos problemas práticos aos engenheiros. No caso de peças originalmente concebidas para serem montadas em conjunto com precisão, quando ocorre o empeno, a forma e o tamanho das peças desviam-se das expectativas do projeto, dificultando o seu encaixe perfeito durante a montagem. Este facto não só prolonga o tempo de montagem e aumenta os custos de mão de obra, como, em casos graves, pode mesmo levar à eliminação das peças, resultando num desperdício de recursos e num aumento dos custos de produção. 

Do ponto de vista da mecânica estrutural, o empeno também acarreta graves perigos ocultos para os componentes estruturais. Quando um componente estrutural se deforma, a sua distribuição interna de tensões torna-se irregular e a sua capacidade original de suportar cargas uniformemente é destruída. Quando sujeita a cargas externas, a parte empenada tem maior probabilidade de produzir concentração de tensões, reduzindo assim a resistência global e a capacidade de carga do componente. Em alguns cenários de aplicação com requisitos extremamente elevados de resistência estrutural, como a indústria aeroespacial, a indústria automóvel e outros domínios, a deformação por empenamento dos componentes pode causar acidentes de segurança graves.

Por conseguinte, os engenheiros devem ser muito cautelosos quando utilizam máquinas de corte a laser para fabricar componentes de chapa metálica. Na fase de seleção do material, pode considerar-se a utilização de materiais metálicos com um coeficiente de expansão térmica menor e um desempenho mais estável, como alguns materiais de ligas especiais. Na fase de projeto, a redundância da estrutura deve ser adequadamente aumentada, e a forma e disposição das peças devem ser razoavelmente ajustadas para reduzir o risco de empenamento causado pela deformação térmica. Ao mesmo tempo, em termos de definição dos parâmetros do processo, através da otimização de parâmetros como a potência do laser, a velocidade de corte e o método de arrefecimento, o aquecimento desigual do metal durante o processo de corte pode ser minimizado tanto quanto possível. Se necessário, podem ser consideradas placas de metal mais espessas, porque as placas mais espessas têm uma melhor resistência à deformação térmica até certo ponto, ou a complexidade do design pode ser reduzida, e a utilização de formas complexas e estruturas de paredes finas pode ser reduzida, reduzindo assim a probabilidade de empenamento.