Estudo da formação, geometria e resistência do ponto na soldagem por resistência : uma abordagem estatística

Abstract

O processo de Soldagem a Ponto por Resistência é largamente empregado na indústria automobilística, pois possui uma alta produtividade (mais de 30 pontos/minuto) e boa qualidade. Entretanto, a introdução de aços galvanizados nas linhas de produção trouxe dificuldades para o correto ajuste dos parâmetros de soldagem. Desta forma, este trabalho apresenta, numa primeira etapa, um estudo detalhado sobre a formação da lentilha de solda e a queima do revestimento utilizando-se uma câmera de filmagem em alta velocidade sincronizada com os sinais elétricos de tensão e corrente. Numa segunda etapa, é investigada, com uso de dois planejamentos experimentais, a influência de parâmetros do processo (Tempo de Subida, Tempo de Corrente, Tempo de Descida, Força do Eletrodo e Vazão de Água) na geometria (indentação e diâmetro) e resistência mecânica do ponto em chapas galvanizadas. Três diferentes configurações (espessuras) de chapas galvanizadas são utilizadas. Numa abordagem inédita, a análise neste trabalho será feita mantendo a mesma energia por unidade de resistência elétrica (energia específica) para cada configuração. São também confrontados os resultados de ambos os planejamentos (Planejamento Robusto – Taguchi e Planejamento Composto Central – PCC). O Taguchi fornece o ponto mais robusto de trabalho, enquanto que o PCC fornece um modelo de regressão que alimenta um algoritmo de otimização que fornece o ponto ótimo de trabalho para cada resposta analisada. Os resultados indicam que o principal parâmetro que afeta o processo é o Tempo de Corrente e em segundo plano a Força do Eletrodo. O Tempo de Subida tem influência na queima do revestimento. Os resultados apontaram na direção da literatura técnica que sugere usar um menor tempo de solda e maior nível de corrente. Pela comparação entre os resultados obtidos pelos dois planejamentos, os valores encontrados por ambas metodologias foram próximos, o que significa que o ponto ótimo de trabalho é também um ponto robusto, o que para a aplicação na indústria é extremamente interessante. ______________________________________________________________________________ ABSTRACT

Resistance Spot Welding is largely used in the automotive industry due to its high production rates (over 30 spots/minute) and good quality. However, the introduction of galvanized plates on production lines has brought difficulties on the welding parameters setup. Thus, this work presents, as a first stage, a detailed study on the nugget formation and coating burning by using a high-speed camera synchronized with electrical signals. As the second stage, two experimental designs (Robust design – Taguchi and Central Composite Design – CCD) are used to assess the parameters influence (Upslope Time, Weld Time, Downslope Time, Electrode Time and Water Flow) on the spot geometry (indentation and diameter) and mechanical resistance. Three different galvanized plate configurations (different thicknesses) are used. These experimental designs are carried out in an original approach: the energy per electrical resistance unit (specific energy) is kept the same for each plate configuration. Also, the results from both designs are compared: the Taguchi ones provide the most robust point of work, whereas the CCD provides a regression model (empirical model) that feeds an optimization algorithm, which calculates the optimum point of work for each response. The results indicate that the main factor (welding parameter) is the Weld Time and the Electrode Force plays a secondary role. The Upslope Time influences the coating (zinc) burning. The results also confirmed the technical literature concerning the use of the lowest possible time and the highest possible current. The comparison between the two experimental designs suggests that both methodologies led to similar results, i.e., the optimum working point is also the most robust one, what is very important for industrial application. ______________________________________________________________________________ RESUMEN

El proceso de soldadura a punto por resistencia es grandemente utilizado en la industria automovilística (más de 30 puntos/minuto), pues el proceso posee una alta productividad y buena calidad. Entretanto, la introducción de aceros galvanizados en la línea de producción trajo dificultades para el correcto ajuste de los parámetros de soldadura. De esta forma, este trabajo presenta, en una primera etapa, un estudio detallado sobre la formación del lente de soldadura y la quema del revestimiento utilizándose una cámara de filmación en alta velocidad sincronizada con las señales eléctricas de tensión e corriente. En una segunda etapa, es investigado, con el uso de planeamientos experimentales, la influencia de los parámetros del proceso (Tiempo de subida, Tiempo de Corriente, Tiempo de bajada, Fuerza del electrodo e Caudal de agua) en la geometría (profundidad y diámetro) y resistencia mecánica de los puntos en planchas galvanizadas. En un abordaje inédito, es mantenida la misma energía por unidad de resistencia eléctrica (energía específica) para cada configuración de planchas. También son confrontados los resultados de ambos planeamientos (Planeamiento Robusto – Taguchi e Planeamiento Compuesto Central – PCC). El Taguchi provee el punto mas robusto del trabajo, en cuanto que el PCC provee un modelo de regresión que alimenta un algoritmo de optimización que provee el punto óptimo de trabajo para cada desposta analizada. Los resultados indican que el principal parámetro que afecta el proceso es el Tiempo de corriente y en segundo plano la Fuerza del electrodo. El Tiempo de subida tiene influencia en la quema del revestimiento. Los resultados apuntan en la dirección de la literatura técnica que sugiere usar un menor tiempo de soldadura y mayor nivel de corriente. Por la comparación entre los resultados obtenidos por los dos planeamientos, los valores encontrados por ambas metodologías fueran próximos, lo que significa que el punto óptimo de trabajo es también un punto robusto, lo que para la aplicación en la industria es extremadamente interesante.