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Abstract:
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A soldagem a laser tornou-se um método de união essencial na fabricação de
placas bipolares utilizadas em células a combustível de membrana de troca de prótons
(PEMFCs). Esses componentes exigem alta precisão, integridade mecânica e estabilidade
química, mas a oxidação durante o processo de soldagem continua sendo um desafio
recorrente que compromete a qualidade das juntas. Este trabalho apresenta o projeto,
simulação e validação experimental de uma estrutura personalizada de proteção a gás
desenvolvidas especificamente para mitigar a oxidação durante a soldagem a laser. Uma
série de máscaras de proteção localizada foi desenvolvida iterativamente por meio de
modelagem CAD e avaliada com simulações de Dinâmica dos Fluidos Computacional
(CFD) no ANSYS Fluent, com o objetivo de otimizar a uniformidade do fluxo e reduzir
zonas de estagnação. Três iterações do projeto foram fabricadas por manufatura aditiva e
testadas sob condições controladas, com diferentes vazões de argônio. Microscopia óptica,
Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV) e Espectroscopia por Dispersão de Energia
(EDX) foram utilizadas para avaliar a oxidação superficial, a morfologia da solda e o
conteúdo de oxigênio nas seções transversais. Os resultados demonstram que a iteração
f
inal do projeto (Máscara 2 V3) obteve melhorias significativas na retenção de gás e na
integridade da solda, especialmente com uma vazão de 12 L/min. No entanto, o estudo
também evidencia assimetrias persistentes associadas ao sistema externo de alimentação
de gás, ressaltando a importância de uma abordagem integrada do sistema. Esta pesquisa
contribui para a compreensão da relação entre dinâmica de fluidos e qualidade da solda
em aplicações de manufatura de alta precisão. |
