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CENTRO UNIVERSITRIO DO LESTE DE MINAS GERAIS UNILESTECURSO DE ENGENHARIA MECNICA

Luiz Antonio Braudes de Oliveira

ANLISE DO PROCESSO DE SOLDAGEM DE PONTOS POR RESISTNCIA ELTRICA: CARACTERSTICAS E APLICABILIDADES DO MTODO

Coronel Fabriciano2013

LUIZ ANTONIO BRAUDES DE OLIVEIRA

ANLISE DO PROCESSO DE SOLDAGEM DE PONTOS POR RESISTNCIA ELTRICA: CARACTERSTICAS E APLICABILIDADES DO MTODO

Monografia apresentada ao Curso de Graduao em Engenharia Mecnica do Centro Universitrio do Leste de Minas Gerais, como requisito parcial para obteno do ttulo de bacharel em Engenharia Mecnica.

Professor Orientador: Reginaldo Pinto Barbosa

Coronel Fabriciano2013LUIZ ANTONIO BRAUDES DE OLIVEIRA

ANLISE DO PROCESSO DE SOLDAGEM DE PONTOS POR RESISTNCIA ELTRICA: CARACTERSTICAS E APLICABILIDADES DO MTODO

Monografia submetida Banca Examinadora do curso de Engenharia Mecnica como requisito obrigatrio.Aprovada em 15 de junho de 2013.

Assinatura: _________________________________________________________Professor orientador: MSc. Reginaldo Pinto BarbosaTtulo: Mestre em Processos de SoldagemInstituio: Centro Universitrio do Leste de Minas Gerais Unileste - MG

Assinatura: _________________________________________________________Professora de Metodologia: MSc. Elizabete Marinho Serra NegraTtulo: Mestre em ContabilidadeInstituio: Centro Universitrio do Leste de Minas Gerais Unileste - MG

Assinatura: _________________________________________________________Professor(a) Convidado(a): Ttulo: Instituio: Centro Universitrio do Leste de Minas Gerais Unileste MG

A todos os meus professores, instrutores e orientadores que me transmitiram conhecimento ao longo de minha vida.

AGRADECIMENTOS

Ao meu professor Reginaldo pelas orientaes e ensinamentos por ele prestados.A Deus pelas oportunidades que me proporcionou durante toda a minha caminhada. minha esposa Ingrid pelo amor e pelo companheirismo mesmo nos momentos em que no pude estar presente como gostaria.Aos meus pais pelo apoio e pelo carinho que sempre me deram.Aos meus amigos Eduardo e Lucas pela amizade, companhia e fraternidade que me dispensaram por todo o decorrer deste curso.Agradeo especialmente aos meus irmos Leonardo e Letcia, por tudo o que fizeram por mim, me ajudando sempre que precisei, nunca deixando me faltar apoio ou vontade de continuar.E tambm agradeo a todos que de forma direta ou indireta vieram a contribuir para a realizao deste trabalho e concluso desta importante etapa em minha vida.

muito melhor lanar-se em busca de conquistas grandiosas, mesmo expondo-se ao fracasso, do que alinhar-se com os pobres de esprito, que nem gozam muito nem sofrem muito, porque vivem numa penumbra cinzenta, onde no conhecem nem vitria, nem derrota Theodore Roosevelt (apud CANDIDO, 2012, p. 4).

RESUMO

O processo de soldagem a pontos por resistncia eltrica realizado a partir do princpio de resistividade dos corpos metlicos. Quando uma corrente eltrica aplicada em duas chapas, a resistncia gerada entre estas chapas faz com que elas se aqueam. Aplicando uma corrente suficientemente alta, ocorre a fuso deste material, resultando na obteno do ponto de solda. Desde sua descoberta em 1877, por Elihu Thomson, at os tempos atuais, a soldagem a pontos por resistncia eltrica passou por diversas modificaes e ainda tem muito para ser desenvolvido. O objetivo deste trabalho caracterizar este processo de soldagem e servir como base de estudo para futuros pesquisadores. Nele, sero encontradas informaes sobre as generalidades deste mtodo, seus equipamentos, aplicabilidades, informaes sobre qualidade e estudos recentes. O desenvolvimento desta obra baseado em pesquisa bibliogrfica, abordando assuntos considerados importantes para a caracterizao do processo de soldagem. Foi possvel apresentar as principais variveis do processo, os equipamentos utilizados, alguns ensaios e parmetros de qualidade e atualidades sobre o tema. Foi atingido o objetivo do trabalho, uma vez que o que fora proposto foi plenamente desenvolvido nesta obra.

Palavras-chave: Soldagem; pontos; resistncia; corrente eltrica; qualidade.

ABSTRACT

The process of resistance spot welding is performed from the beginning of resistivity of metallic materials. When an electric current is applied to two plates, the resistance generated between the plates causes them to overheat. Applying a current sufficiently high melting of the material occurs, resulting in getting the spot weld. Since its discovery in 1877, by Elihu Thomson, until today, the resistance spot welding has undergone several modifications and still has a lot to be developed. The objective of this work is to characterize this welding process and serve as the basis of study for future researchers. In it, you will find information about the generalities of this method, its equipment, applicability, quality information and recent studies. The development of this work is based on literature research, addressing issues considered important for the characterization of the welding process. It was possible to present the main process variables, equipment used, some tests and quality parameters and updates on this topic. Was achieved the goal of the work, since what was proposed was fully developed in this work.

Keywords: Welding; spot; resistance; electric current; quality.

LISTA DE ILUSTRAES

Figura 1 - Representao esquemtica de alguns processos de soldagem por resistncia eltrica14Figura 2 Soldagem a pontos por resistncia eltrica15Figura 3 Esquema do processo de solda a pontos16Figura 4 Ciclos esquemticos de soldagem por pontos20Figura 5 Ciclos esquemticos de soldagem por pontos21Figura 6 Diagrama esquemtico de uma pina tipo C25Figura 7 Diagrama esquemtico de uma pina tipo X25Figura 8 Representao esquemtica de um sistema de refrigerao27Figura 9 Comportamento da resistncia de contato das chapas30Figura 10 Regio de operao do processo de soldagem32Figura 11 Teste de flexo33Figura 12 Composio qumica dos materiais testados35Figura 13 Representao esquemtica do circuito usado no processo Tim Twin Spot36Figura 14 Representao esquemtica das fases do processo Tim Twin Spot36

LISTA DE SMBOLOS

Cm Calor especficoc Calor latente de fusoK Condutividade Trmicadmin Dimetro mnimoQ Energia trmicae EspessuraI Intensidade da corrente eltricaR Resistncia eltricaW Soldabilidade relativaT Temperaturat - TempoV - Volumey Volume especfico

SUMRIO

1 INTRODUO112 REVISO BIBLIOGRFICA132.1 Soldagem a ponto por resistncia eltrica172.2 Equipamentos222.2.1 Transformador232.2.2 Pinas e eletrodos242.2.3 Sistema de refrigerao e sistema de controle262.3 Variveis do processo de soldagem a pontos por resistncia282.4 Qualidade e aplicabilidade322.5 Atualidades343 CONCLUSO384 REFERNCIAS39

1 INTRODUO

A unio de peas metlicas um processo extremamente necessrio para a produo e manuteno de peas, ferramentas, estruturas e equipamentos. Os mtodos de unio podem ser divididos em duas categorias bsicas, uma baseada na ao de foras macroscpicas entre as partes a serem unidas, sendo exemplos a parafusagem e a rebitagem. A outra se baseia na ao de foras microscpicas, onde a unio conseguida pela aproximao de tomos e molculas das partes a serem unidas, com ou sem adio de material junta, havendo a formao de ligaes qumicas, principalmente ligaes metlicas e ligaes de Van der Waals. So exemplos desta categoria a soldagem, a brasagem e a colagem.

Embora a soldagem, na sua forma atua, seja uma cincia recente, com cerca de 100 anos, outras formas como a brasagem e a soldagem por forjamento tm sido utilizadas desde pocas remotas. Existe, por exemplo, no Museu do Louvre, na Frana, um pingente de ouro com indicaes de solda, feito na Prsia, por volta de 4000 AC. (MARQUES et al., 2005, p.25).

De acordo com Marques et al. (2005) o processo de unio de metais mais importante na utilizao industrial a soldagem. Afirmam ainda que este mtodo de unio tem importante aplicao, desde a indstria microeletrnica at a fabricao de navios e estruturas com centenas ou milhares de toneladas de peso.

Para Penteado (2011), a soldagem o principal processo usado para efetuar a unio permanente de peas metlicas, e permite a montagem de conjuntos com rapidez e economia de material.

A unio de peas metlicas a base para o projeto de qualquer equipamento mecnico (CARPENEDO et al., 2011, p. 28).

A soldagem uma atividade importante, e presente em praticamente todas as indstrias, seja na rea produtiva, seja na manuteno (MARQUES, 1991, p. 18).

A solda , segundo Marques (1991), ao mesmo tempo, uma cincia e uma arte. Uma cincia que envolve diversas partes da engenharia, tais como civil, eltrica, eletrnica, mecnica, metalrgica, qumica, segurana e qualidade, bem como abrange tambm reas como administrao, economia e psicologia. Como arte, envolve a criatividade, onde o soldador realiza seu trabalho como um autntico arteso.

Devido grande importncia da soldagem no meio industrial, faz-se necessrio um estudo mais aprofundado acerca desta e, por este motivo, o presente trabalho ser desenvolvido com foco na soldagem a ponto por resistncia eltrica, um processo amplamente difundido em algumas indstrias, porm, desconhecido por muitos profissionais.

Mas o que a soldagem por pontos? Quais so as caractersticas, equipamentos e as aplicabilidades deste processo?

O objetivo deste trabalho evidenciar as principais caractersticas deste mtodo de soldagem, tais como os princpios de funcionamento, generalidades dos equipamentos utilizados, caractersticas das regies soldadas (pontos de solda), os defeitos que podem eventualmente ser encontrados nas juntas soldadas, bem como expor algumas das aplicabilidades deste processo e apresentar recentes descobertas e estudos acerca do tema.

De uma forma geral, pretende-se com esta obra, fornecer ao leitor informaes consistentes,nas quais ele possa se basear para desenvolver atividades ou pesquisas relacionadas ao tema aqui apresentado.

2 REVISO BIBLIOGRFICA

A soldagem um processo de fabricao amplamente difundido em atividades produtivas e de manuteno, podendo ser utilizado em indstrias metalrgicas, siderrgicas, de minerao, de eletrodomsticos, automotiva e de alimentos, bem como em serralherias, oficinas mecnicas ou eletrnicas, em algumas atividades da agricultura, como instalao de sistemas de bombeamentos ou montagem de estruturas diversas e at mesmo no interior de algumas residncias, para pequenos reparos.

A soldagem engloba metodologias diversas, sendo uma delas o mtodo de soldagem por resistncia eltrica.

A soldagem pode ser entendida, segundo Santos e Mainier (2006), como o processo de unio de duas partes metlicas, utilizando-se fonte de calor, com ou sem aplicao de presso. O resultado deste processo a solda. Afirmam ainda que, conforme a norma DIN 1910 (1997), a soldagem por resistncia eltrica uma classificao do processo de soldagem.

O processo de soldagem por resistncia eltrica especificamente, tem grande participao na produo industrial, sendo este, aplicado em diversos setores e de diversas maneiras possveis.

Segundo Branco (2005, apud SANTOS; MAINIER, 2006), a soldagem por resistncia eltrica foi inventada, ou descoberta, no ano de 1877 pelo engenheiro ingls Elihu Thomson, que aplicou este processo de soldagem para unir fios de cobre. Posteriormente percebeu que esta tcnica poderia ser utilizada para a unio de outros materiais.

Os processos de soldagem por resistncia foram ento sendo desenvolvidos com o passar do tempo, existindo hoje, diversos modos para aplicao destes.

Marques et al. (2005) informam que a soldagem por resistncia compreende um grupo de processos onde a unio de peas metlicas realizada em superfcies sobrepostas ou em contato topo a topo, podendo ocorrer uma certa quantidade de fuso de material nesta interface, devido ao calor gerado na junta atravs de uma resistncia que o material oferece passagem de uma corrente eltrica e pela aplicao de presso.

Figura 1 - Representao esquemtica de alguns processos de soldagem por resistncia eltrica

Soldagem por (a) pontos, (b) costura, (c) projeo, (d) topo a topo por resistncia, (e) topo a topo por centelhamento e (f) alta frequncia.Fonte: Marques et al. (2005)

So diversos os processos de soldagem por resistncia eltrica, podendo-se citar:

Soldagem por pontos (Resistance Spot Welding) Soldagem por projeo (ResistanceProjectionWelding) Soldagem por costura (ResistanceSeamWelding) Soldagemtopo a topo (Resistance Upset Welding) Soldagem por alta frequncia (High FrequencyResistanceWelding)

A figura 1 uma representao esquemtica dos principais processos de soldagem por resistncia eltrica, conforme j citado anteriormente, com o acrscimo do processo topo a topo por centelhamento.

A soldagem por resistncia eltrica segue o princpio de que todo material metlico oferece uma determinada resistncia passagem de corrente eltrica, sendo esta caracterstica denominada como resistividade. Devido a esta resistncia, o material, quando submetido a uma corrente eltrica, aquece, devido ao calor gerado na regio onde esta corrente aplicada. Quanto maior a resistncia e a corrente, maior ser o calor gerado.

O processo de solda a pontos por resistncia eltrica realizado em funo desta teoria, sendo aplicado por meio de eletrodos posicionados em extremidades opostas de chapas ou peas sobrepostas, conforme figura 2, mediante aplicao de presso pelos braos fixadores destes eletrodos, desejando-se aproximar ao mximo as superfcies das partes a serem soldadas. A unio entre as partes ser o ponto de maior resistncia do circuito, o que permitir a formao do ponto de solda neste local.

Figura 2 Soldagem a pontos por resistncia eltrica

Fonte: CMW (2006)

Com a aplicao da presso necessria ento aplicada a corrente eltrica, que far aquecer a regio da junta, havendo a fuso do material e formao da solda de acordo com os parmetros definidos.

A figura 3 um esboo do mecanismo bsico de funcionamento do sistema, onde I representa a corrente eltrica atuante no sistema, E representa os eletrodos, F a presso aplicada nos eletrodos, R as resistncias principais do sistema, sendo que R-3 a resistncia na regio da solda, M o material a ser soldado e T o transformador utilizado para fornecimento da corrente ao sistema. O transformador pertence ao sistema primrio P e o conjunto de solda ao sistema secundrio S.

Para entender melhor o processo faz-se necessrio conhecer suas caractersticas, os equipamentos, os tipos de falhas decorrentes e onde este pode ser aplicado. Para que este entendimento seja possvel de se alcanar com clareza, deve-se ento explicitar estas informaes.

Figura 3 Esquema do processo de solda a pontos

Fonte: Alvarenga(1993).

2.1 Soldagem a ponto por resistncia eltrica

O processo de soldagem a ponto por resistncia eltrica utilizado para a unio de chapas que se sobrepem, de forma a garantir a aderncia entre elas. O ponto de solda obtido a partir do calor gerado entre as chapas devido a uma resistncia passagem da corrente eltrica fornecida por eletrodos posicionados em extremidades opostas das partes a serem unidas. Este calor provoca a fuso do material dando origem ao ponto de solda.

Caractersticas como o dimetro do ponto, profundidade da solda e a qualidade da mesma so determinadas pelos parmetros utilizados para a execuo do processo, tais como o dimetro da ponta do eletrodo, a presso exercida pelos eletrodos, a corrente aplicada e o tempo de soldagem.

Segundo Alvarenga (1993) a energia trmica necessria para que ocorra a fuso do material depende de diversos fatores, entre eles:

Volume desejado do ponto de solda; Peso especfico do material a soldar; O calor especfico do material.

Alvarenga (1993) diz ainda que esta energia trmica necessria pode ser definida de forma bastante simplificada pela equao 1.

Eq. 1

Onde:

Q = energia trmica necessria;V = volume desejado do ponto de soldagem; y = peso especfico do material;Cm = calor especfico do material;T2 = temperatura de fuso do material;T1 = temperatura das peas a soldar;c = calor latente de fuso.

A energia fornecida para a realizao do ponto de solda pode ser calculada pela equao 2 conforme exposto por Dias (2011), Marques et al. (2005) e Stocco (2010), entretanto, necessita-se tambm prever as perdas de energia causadas por conduo e radiao, alm das perdas nas resistncias secundrias do sistema, tais como entre os eletrodos e as chapas e nos fios de conduo por exemplo.

Eq. 2

Na equao 2, Q representa a energia trmica, R a resistncia de contato entre as chapas, I a corrente eltrica e, t o tempo.

Vale salientar que a aplicao de presso pelos eletrodos tem o objetivo de garantir o acomodamento das chapas, bem como garantir a continuidade do circuito eltrico e permitir a obteno de soldas com baixo nvel de contaminao, e este ocorre sem a passagem de corrente eltrica, sendo denominado perodo de pr-presso. Isto faz com que a resistncia de contato entre as partes seja reduzida, visto que esta era, anteriormente, relativamente alta.

Santos e Mainier (2006) explicam que ao iniciar a passagem de corrente eltrica, a resistncia entre as partes aumenta significativamente, pois o calor gerado causa o aumento da resistncia eltrica dos metais. No momento em que a temperatura se torna suficiente para a fuso localizada do material, o calor e a resistncia atingem seu pico mximo, e neste momento o material encontra-se em estado pastoso, quase lquido.

Devido a esta variao na resistncia, Brandi (2004 apud SANTOS; MAINIER, 2006) prope que a energia trmica do processo pode ser definida conforme a equao 3. Isto coloca em xeque a equao proposta anteriormente, visto que esta variao passvel em todos os materiais, e a utilizao da equao 2 no leva em conta esta particularidade.

Eq. 3

Onde:

Q = energia trmica desenvolvida no ato da soldagem, em Joule;t = tempo de durao da passagem de corrente eltrica, em segundo;R = resistncia de contato das chapas, em Ohm;I = intensidade da corrente eltrica que atravessa o metal, em Ampre.

Outra importante varivel deste processo a soldabilidade relativa de cada material. De acordo com Marques et al. (2005), em geral, a soldabilidade controlada pela resistividade, condutividade trmica, temperatura de fuso do material e suas caractersticas metalrgicas. Metais com elevada resistividade, baixa condutividade trmica e baixo ponto de fuso, como ligas no ferrosas, so facilmente soldveis. Certos metaiscom menor resistividade eltrica e maior condutividade trmica, como o Alumnio, o Magnsio e suas ligas, so mais difceis de soldar. Metais preciosos e o Cobre so problemticos para a soldagem por resistncia, devido sua alta condutividade trmica e eltrica.

A soldabilidade relativa ir definir as condies de aplicao do mtodo, analisando se vivel ou mesmo praticvel. Esta varivel , segundo Marques et al. (2005), determinada pela equao 4, onde W representa a soldabilidade relativa, R a resistncia do metal base em .cm, T a temperatura de fuso em C e K a condutividade trmica relativa ao cobre, que vale 1. Se W for inferior a 0,25, o material considerado como de baixa soldabilidade e se acima de 2,0 a soldabilidade considerada excelente.

Eq. 4

Utilizando-se desta equao possvel determinar se o material ou no soldvel pelo mtodo de solda a ponto por resistncia eltrica. Uma vez analisado a soldabilidade, parte-se ento para a definio dos parmetros de soldagem, considerando assim diversos fatores e caractersticas desejadas. Entre os parmetros a serem definidos, se destacam: a intensidade da corrente eltrica, a fora aplicada entre os eletrodos e o tempo de soldagem, para que se possa chegar ao resultado desejado, como o dimetro do ponto de solda, sua profundidade, sua qualidade e as propriedades metalrgicas obtidas na regio afetada pelo processo.

Figura 4 Ciclos esquemticos de soldagem por pontos

Fonte: Alvarenga(1993).

De acordo com Alvarenga (1993), pode ocorrer tambm a unio de materiais metlicos de natureza diferente, desde que estes sejam suscetveis a formar liga ou introduzindo entre eles um material que possa se ligar com os metais base. A figura 4 a representao de uma tabela que mostra a classificao de soldabilidade entre diferentes materiais, sendo classificados como:A Excelente;B Bom;C Regular;D Ruim;E Muito Ruim, e;F Impraticvel.

O processo de soldagem de pontos por resistncia eltrica pode ser realizado de diversas maneiras, de acordo com as propriedades do material, ou do resultado esperado. Pode-se optar por um impulso nico e constante ou at mesmo por mltiplos impulsos para se realizar a soldagem. A figura 5 representa ciclos esquemticos de soldagem por pontos, onde possvel observar os diferentes mtodos de aplicao do mtodo.

Figura 5 Ciclos esquemticos de soldagem por pontos

Fonte: Marques et al. (2005).

Em a, observa-se que ocorre uma compresso, sem aplicao de corrente eltrica, o qual o perodo de pr-presso. Em seguida a corrente eltrica aplicada em impulso nico e constante, mantendo-se a aplicao de fora pelos eletrodos. Durante este momento ocorre o aquecimento e a fuso do material, realizando-se a solda. A corrente ento cortada mantendo a presso nos eletrodos, com o intuito de obter o resfriamento da lente de solda e garantir a qualidade da mesma.

J em b representado um ciclo de soldagem com impulso nico e aumento e diminuio gradativas da corrente de soldagem.

possvel tambm realizar a soldagem utilizando mltiplos impulsos, como ocorre em c, onde aps a compresso realizada a aplicao da corrente eltrica por um pequeno intervalo, faz-se uma pausa nesta aplicao para resfriamento, e ento aplicada novamente a corrente. O nmero de vezes que isto ocorre deve ser definido de acordo com os parmetros definidos para o processo.

H ainda a situao ocorrida em d, em que aps o tempo de passagem da corrente, faz-se uma pausa para resfriamento e em seguida executado um ps-aquecimento.

2.2 Equipamentos

Para a execuo do processo de soldagem a pontos por resistncia, so utilizados equipamentos prprios para o mtodo, que podem apresentar algumas caractersticas especficas de acordo com os parmetros adotados ou resultados desejados.

O equipamento para soldagem por resistncia eltrica deve apresentar trs sistemas bsicos: eltrico, mecnico e de controle (MARQUES et al., 2005, p. 296).

O sistema eltrico constitudo basicamente por uma fonte de energia, conexes e cabos eltricos e eletrodos.

A parte mecnica normalmente constitui-se de um chassi para a suportao do sistema eltrico e de controle, e de um dispositivo para a fixao dos eletrodos e para a aplicao de presso.

Quanto aos eletrodos, o processo de soldagem por resistncia no utiliza consumveis, uma vez que a unio se d pela fuso do metal base das peas a serem soldadas.

O sistema de controle consiste em controladores de variveis e sistemas de comando. Este sistema utilizado para fazer o controle das variveis como a intensidade da corrente eltrica, o tempo de execuo da solda e a presso aplicada, bem como permite ao operador acessar os comandos do equipamento.

Em geral os equipamentos so compostos por transformador, pinas, eletrodos, sistema de refrigerao e sistema de automao e controle.

2.2.1 Transformador

De acordo com Santos (2006), os transformadores so responsveis pela converso da energia de entrada, sendo que esta geralmente segue um padro de fornecimento de 220V (Volts) ou 380V, para cerca de 7,8V na sada, passando assim do sistema primrio para o secundrio.

Com esta transformao da tenso, consegue-se atingir uma intensidade de corrente na casa de milhares de ampres, uma vez que se mantm a potncia. Esta corrente utilizada no processo, para que haja o aquecimento e consequentemente a fuso do material.

Os transformadores podem apresentar configuraes diversas, e, segundo Marques et al. (2005), as mquinas de corrente alternada so do tipo energia direta, sendo a corrente de soldagem fornecida diretamente por um transformador monofsico. Existem tambm mquinas de corrente contnua, do tipo energia armazenada, sendo estas baseadas num banco de capacitores alimentado por uma fonte de tenso contnua, que armazena a energia necessria para a soldagem. Neste tipo de equipamento o transformador trifsico e atua junto de um circuito retificador.

2.2.2 Pinas e eletrodos

As pinas so os braos onde se faz a fixao dos eletrodos. Estas so responsveis pela execuo do ponto de solda, uma vez que por elas passa a corrente para a soldagem e atravs delas que realizado o posicionamento dos eletrodos e a aplicao da presso.

Uma pina composta basicamente por acessrios eltricos e pneumticos. A parte pneumtica formada por um cilindro, por conexes, por hastes e por braos ligados a esse cilindro, alm de vlvulas de acionamento (SANTOS, 2006, p. 27).

De forma geral, as pinas so classificadas como C e X. As pinas do tipo C possuem um cilindro de ao direta em relao ao movimento de fechamento dos braos. J as pinas do tipo X possuem cilindros que fecham os braos na forma de uma alavanca, conforme salientado por Santos (2006).

Dependendo da aplicao determina-se a escolha do tipo de pina, e devem-se serlevados em considerao alguns aspectos, tais como:

O acesso da pina ao ponto a ser soldado; A ergonomia, no caso de pinas manuais; O comprimento mnimo dos braos; O espao disponvel nas estaes de trabalho; A fora entre os eletrodos necessria para a soldagem.

Santos (2006) ressalta que do ponto de vista tcnico, a pina C mais vantajosa, pois a fora entre os eletrodos no sofre variao em funo do comprimento dos braos.

fato que a forma da pina possui uma grande influncia sobre os parmetros de soldagem, devido s perdas por induo no decorrer do circuito secundrio.

A figura 6 representa uma pina do tipo C, e a figura 7 uma pina do tipo X.Figura 6 Diagrama esquemtico de uma pina tipo C

Fonte: Santos (2006).

Figura 7 Diagrama esquemtico de uma pina tipo X

Fonte: Santos (2006).

Na soldagem a pontos por resistncia eltrica, os eletrodos so elementos condutores de eletricidade e no consumveis, conforme exposto por Dias (2011). Informa ainda que estes so vitais na gerao de calor, pois conduzem a corrente de soldagem at o material, transferem a presso necessria para as chapas e auxiliam na dissipao de calor na regio da solda.

A forma do eletrodo fator determinante na soldagem a pontos, visto que a rea de contato do eletrodo com a chapa tem grande influncia no dimetro do ponto de solda e na densidade da corrente de soldagem.

Branco (2004 apud DIAS, 2011) explica que os eletrodos devem apresentar boa condutividade eltrica, bem como possuir boa resistncia mecnica e dureza adequada para resistir s deformaes e s altas solicitaes trmicas sofridas durante o processo de soldagem.

Os eletrodos podem ser fabricados em formatos diversos e tambm podem ser compostos por diferentes materiais, sendo que a definio do eletrodo a ser utilizado depende de vrios fatores, como:

As dimenses das peas a serem soldadas; O material destas peas; O dimetro previsto do ponto de solda; A presso a ser aplicada; A intensidade da corrente de soldagem, entre outros.

Outro fator a ser levado em considerao para se fazer a definio do eletrodo a ser utilizado a sua resistncia ao desgaste, visto que este fator influencia diretamente nos parmetros e na qualidade da solda.

2.2.3 Sistema de refrigerao e sistema de controle

Devido grande quantidade de calor gerada pelo processo de soldagem, ocorre o aquecimento dos eletrodos e pinas. Para que no ocorra o aquecimento excessivo destas partes, faz-se necessrio que se tenha um circuito de refrigerao para estas partes.

A refrigerao do sistema de soldagem necessria para que no haja variaes indesejadas nos parmetros de soldagem, uma vez que o aquecimento dos metais resulta no aumento da resistncia eltrica desses materiais, o que causa influncia na qualidade da solda.

Esta refrigerao feita por dutos no interior dos eletrodos e das pinas, dutos estes pelos quais passa gua para o arrefecimento do sistema.

De acordo com Santos (2006), a gua para refrigerao deve ser tratada quimicamente, para que se evite ataques corrosivos e incrustaes, alm de fungos e bactrias, afim desse ampliar a vida til das peas e equipamentos.

A figura 8 uma representao esquemtica de um sistema de refrigerao a gua em um conjunto pina/eletrodo.

Figura 8 Representao esquemtica de um sistema de refrigerao

Fonte: Marques et al. (2005).

Para a operao dos equipamentos de soldagem a ponto por resistncia existe um sistema de controle pelo qual possvel acessar os comandos da mquina, controlando assim o posicionamento dos eletrodos, a presso, a corrente e o tempo de soldagem, entre outros parmetros.

Este sistema de controle pode ser comandado manualmente ou automatizado conforme padres pr-definidos.

A automao do sistema de controle permite melhor controle de qualidade da soldagem e menor margem de erro, bem como pode melhorar os ndices de produtividade para linhas de produo em srie.

2.3 Variveis do processo de soldagem a pontos por resistncia

Para que seja assegurada a boa qualidade do ponto de solda, necessrio que se faa o controle das variveis do processo, conforme explicam Santos e Mainier (2006). Eles afirmam ainda que, de certa forma, estas variveis podem muitas vezes, originar-se de decises tomadas durante a fase de planejamento do processo, pois envolvem desde fatores ligados s funes de mo de obra, at as condies ambientais que tenham interao com o resultado do processo.

As principais variveis do processo de soldagem a pontos por resistncia so a corrente eltrica, a resistncia eltrica do circuito, o tempo de aplicao da corrente eltrica e a fora exercida pelos eletrodos.

Observando-se as equaes 2 e 3, percebe-se que a corrente de soldagem tem um efeito muito maior na gerao de calor para o processo de soldagem do que a resistncia ou o tempo, devido sua influncia quadrtica neste processo. Sendo assim o controle desta varivel uma tarefa de suma importncia.

A quantidade de corrente eltrica por unidade de rea onde ela aplicada determina a densidade da corrente de soldagem, conforme explica Dias (2011).

Dias (2011) ressalta ainda que existe um limite inferior para a densidade de corrente eltrica abaixo do qual no ocorre a fuso do material, e tambm um limite superior, acima do qual pode ocorrer a expulso do material da zona fundida ou na interface chapa/eletrodo.

O resultado do trabalho acima deste limite uma vida til baixa do eletrodo e soldas com baixa qualidade (BRANCO, 2004 apud DIAS, 2011, p. 12).

O limite inferior est relacionado diretamente ao dimetro mnimo do ponto e este constitui o limite de aceitao, abaixo do qual o ponto no atinge o dimetro mnimo para atender os padres de qualidade exigidos, que determinam que o dimetro do ponto deve ser pelo menos quatro vezes a raiz quadrada da espessura da chapa mais fina, conforme a equao 5, onde dmin o dimetro mnimo exigido do ponto, e e a espessura da chapa mais fina,segundo a norma de qualidade para pontos de solda MBN 10320, conforme exposto por Santos (2006).

Eq. 5

Santos (2006) explica ainda que o limite superior da corrente representa o limite de respingos. Se este limite for ultrapassado poder ocorrer grande incidncia de respingos.

A resistncia eltrica, assim como a corrente uma varivel importante do processo.

A resistncia do sistema secundrio , de acordo com Santos e Mainier (2006), uma varivel extremamente crtica e instvel, pois depende da resistncia do material das chapas, dos braos das pinas, dos eletrodos, cabos e principalmente da resistncia dinmica presente entre as chapas.

A relao das resistncias depende da temperatura e presso do sistema e por isso as diferentes resistncias no se mantm constantes, visto que a resistncia dos metais aumenta com o seu aquecimento.

Santos e Mainier (2006), afirmam ainda que o comportamento da resistncia entre as chapas vai influenciar na qualidade do ponto de solda, determinando se esta ser boa ou se o ponto ficar sem a fuso adequada. Explicam tambm que, segundo a norma DVS 2904-2, a resistncia entre as chapas deve ter um comportamento alinhado ao da figura 9.

A resistncia total do circuito secundrio uma somatria de todas as resistncias parciais presentes neste sistema. Algumas destas resistncias podem ser observadas na figura 3 apresentada anteriormente.

Figura 9 Comportamento da resistncia de contato das chapas

Fonte: Norma DVS 2904-2 apud Santos e Mainier (2006).

O tempo de soldagem compreende o momento entre o incio e o trmino da passagem de corrente.

O tempo de solda orienta-se, em primeiro lugar, pela espessura das chapas. Quanto mais espessas as chapas a serem soldadas, tanto maior o tempo de soldagem (MLLER, 2002 apud SANTOS, 2006, p. 37).

Adicionalmente, o tempo de solda dimensionado em funo do tratamento superficial e do tipo do material a ser soldado. Quanto maior o tempo de soldagem, maior o poder de fuso utilizado (SANTOS, 2006, p. 37).

Avaliando-se as equaes 2 e 3, percebe-se que pode-se controlar o tempo de soldagem aplicando-se variaes na resistncia e na corrente de soldagem. Entretanto, necessrio levar em considerao os limites de aceitao para estas variveis e as consequncias desta variao de parmetros.

Uma reduo drstica do tempo de soldagem pode ocasionar furos ou respingos nas soldas, devido ao aumento da corrente. Por outro lado, uma ampliao deste tempo pode causar a obteno de pontos demasiado fracos, devido s perdas de calor por conduo e radiao.

A fora entre eletrodos no momento da solda necessria para que se proporcione uma juno adequada s chapas que se pretende executar o ponto de solda. Aplicada, geralmente, atravs dos cilindros pneumticos, essa fora responsvel pela determinao da resistncia eltrica de contato entre as chapas. Essa resistncia por sua vez ir determinar a qualidade da solda, pois seu valor influencia diretamente na quantidade de calor gerada na zona de formao do ponto (SANTOS, 2006, p. 39).Existe uma tolerncia razoavelmente ampla para valores recomendados de uma fora de eletrodos sem que haja uma influncia significativa na qualidade de solda e durabilidade dos eletrodos. Esta faixa deve ser especificada nas aplicaes individuais (INTERMACHINERY, 2003; TECNOWELDING, 2004 apud SANTOS, 2006, p. 39).

Ao aumentar a fora da soldagem, a corrente de soldagem tambm dever ser aumentada at um valor limite. O efeito no calor total gerado, entretanto pode ser inverso. medida que a fora aumentada, a resistncia de contato e o calor gerado na interface diminuem (SANTOS, 2006, p. 13).

A fora do eletrodo deve ser suficiente para conter o material fundido dentro dos parmetros dimensionais da face do eletrodo. Se a fora for baixa, pode ocorrer expulso de material na superfcie externa da chapa, expulso de material na interface da chapa/chapa e desgaste prematuro do eletrodo. Quando a fora muito alta a resistncia de contato na superfcie dos dois metais ser baixa, reduzindo assim o calor gerado nesta rea. Com isso, os pontos de solda formados com alta fora do eletrodo, tipicamente exibiro impresso excessiva na superfcie externa da chapa, pontos de solda com dimetro abaixo do especificado ou at mesmo a falta de fuso (BRANCO, 2004 apud DIAS, 2011, p. 13).

Os ajustes corretos dos parmetros de soldagem colocam um equipamento em operao de forma adequada, de acordo com a qualidade exigida nos resultados. No processo de soldagem de pontos por resistncia eltrica, os parmetros programados de acordo com uma norma, traam o ponto de trabalho para a soldagem de determinadas combinaes de chapas. Os valores de corrente eltrica, fora entre eletrodos e tempo de soldagem no so absolutos, porm totalmente interdependentes. Isso significa que, por exemplo, possvel soldar dentro dos limites aceitveis de qualidade, com a metade da fora especificada em norma, desde que, os valores de corrente e de tempo possam compensar a variao ocorrida na fora (SANTOS; MAINIER, 2006, p. 5).

Desta forma observa-se que a regio de operao do processo de soldagem a ponto, pode ser delimitado atravs de um grfico onde mostre, considerando um parmetro constante, quais as variaes permitidas para os demais parmetros. Esse grfico deve apresentar ainda dois limites de operao, um inferior e outro superior. A rea compreendida entre estes dois limites determina a regio de ocorrncia da soldagem.

A figura 10 apresenta um grfico que traa a regio na qual o processo de soldagem apresenta-se confivel, sendo que neste caso o tempo de soldagem considerado constante, sendo variveis a corrente de solda e a fora entre os eletrodos.

Figura 10 Regio de operao do processo de soldagem

Fonte: Santos, 2006.

A regio esquerda do limite inferior denominada rea de juno e caracterizada como aquela em que os pontos so gerados com dimetro inferior ao aceitvel. A regio direita do limite superior denominada rea de respingos e caracteriza-se pela expulso de material e desprendimento do material atravs de fagulhas do ponto de solda.

Torna-se uma operao difcil ou mesmo invivel a utilizao deste mtodo para a unio de chapas de grande espessura ou a fabricao de poucas peas, visto que a configurao do equipamento demanda tempo e seria necessrio a aquisio de eletrodos para baixo ndice de utilizao.

2.4 Qualidade e aplicabilidade

A qualidade do ponto de solda, como em todo processo de fabricao, um fator decisivo para a avaliao e aceitao do produto final.

Um produto que apresente pontos de solda com nveis de qualidade inferiores ao aceitvel e que possa vir a apresentar deficincias estruturais deve ser rejeitado durante as inspees de qualidade.

Para avaliar a qualidade da soldagem a ponto de um produto, analisa-se se este produto apresenta defeitos, tais como:

Falta de pontos de solda na estrutura; Deformao nos pontos de solda; Posicionamento inadequado dos pontos de solda; Dimetro do ponto inferior ao aceitvel; Desprendimento de pontos; Trincas e porosidade.

Para a avaliao da qualidade do ponto de solda podem ser aplicados diversos mtodos de ensaios, sendo alguns destrutivos e outros no destrutivos.

Pode-se citar como exemplos, o ensaio de flexo e o ensaio de ultrassonografia.

Os ensaios de flexo so feitos com o auxilio de uma ferramenta tipo talhadeira e consistem em introduzi-la ao lado do ponto de solda, flexionando as chapas previamente unidas, de modo a tentar abr-las. O ponto de solda deve resistir a fora empregada na ferramenta (SANTOS, 2006, p. 64-65). A figura 11 ilustra esta situao.

Figura 11 Teste de flexo

Fonte: DaimlerChrysler apud SANTOS, 2006.O objetivo do ensaio por ultrassonografia verificar as condies estruturais dos pontos de solda. Ele realizado atravs da leitura do comportamento dos sinais ultrassnicos aplicados no local do ponto, conforme explica Santos (2006).

A soldagem a ponto por resistncia possui grande aplicao nas indstrias automobilsticas, eletroeletrnicas, fabricao de eletrodomsticos, etc.

A solda por pontos um processo extremamente vivel para a produo em srie, onde caractersticas como vedao no um requisito imprescindvel. H casos, porm, em que a vedao necessria e a soldagem por pontos pode ser realizada aplicando-se um elemento de vedao no decorrer da junta.

Conforme se pode observar, a soldagem por pontos aplicvel a diversos tipos de materiais, tais como ligas de cobre, nquel, alumnio, titnio, bronze, prata bem como ao ao carbono, ao inox e aos galvanizados.

2.5 Atualidades

Com o mercado cada vez mais competitivo, e a exigncia de qualidade cada vez maior por parte dos clientes, faz-se necessrio o desenvolvimento e melhoria contnua dos processos produtivos, visando reduo nos custos, agilidade na produo e melhoria na qualidade dos produtos.

Para atender s demandas do mercado, os processos de fabricao so constantemente aperfeioados por meio de pesquisas e testes para o desenvolvimento de novos mtodos ou melhoria dos j existentes.

Diversas descobertas e estudos so divulgados em seminrios, revistas, etc. Para fins de informao, sero aqui apresentados alguns estudos e descobertas recentes sobre a soldagem a pontos por resistncia eltrica, divulgados na forma de artigos cientficos.

Fritzsche et al. (2012) apresentam um estudo sobre a metodologia utilizada para a liberao de materiais para processos de unio na Alemanha. Esta liberao feita de acordo com a folha de teste de ferro e ao SEP 1220-2 (Stahlund Eisen Prfblatt) para processos de soldagem a ponto por resistncia eltrica.

Em seu trabalho, Fritzsche et al. (2012), apresentam testes efetuados para qualificar trs tipos de ao: HCT780XD, HC340LAD e DX54D, cujas composies qumicas so apresentadas na tabela da figura 12.

Figura 12 Composio qumica dos materiais testados

Fonte: Fritzsche et al., 2012.

J Karakas (2012) apresenta um novo processo de soldagem a pontos por resistncia, o qual uma alternativa para a soldagem de chapas dissimilares e permite uma melhor definio de parmetros para a soldagem de mltiplas chapas. Este processo foi denominado com Tim Twin Spot e consiste na combinao de dois processos, a soldagem direta e a indireta.

Quando aplicado na soldagem de trs chapas, ele permite coordenar a formao dos botes de solda entre a primeira e a segunda chapa, bem como entre a segunda e a terceira, de forma independente (KARAKAS, 2012, p. 66).

Karakas (2012) afirma ainda que desta forma possvel obter botes de solda com diferentes profundidades de penetrao e no tamanho desejado. A primeira unio realizada de forma indireta e em seguida feita uma sobressoldagem da junta anterior com a terceira chapa de forma direta. O resultado final a obteno de um boto de solda conjunto entre as trs chapas.

A figura 13 uma representao esquemtica do circuito de corrente utilizado no processo Tim Twin Spot, onde observa-se o princpio de operao deste processo. Dois transformadores so alimentados por meio de comutadores eletrnicos ou, alternativamente, por um inversor. As trs chapas se encontram entre os eletrodos El1 e El2 da pina de soldagem (KARAKAS, 2012, p. 67).

Figura 13 Representao esquemtica do circuito usado no processo Tim Twin Spot

Fonte: Karakas, 2012.

A soldagem de trs chapas constituda por duas fases. Na primeira fase realizada a soldagem indireta, obtendo-se o ponto entre as chapas B1 e B2. Em seguida realizada a segunda fase, de forma direta, formando-se o pontos entre as chapas B1/B2 e B3. O resultado deste processo de soldagem o observado na figura 14.

Figura 14 Representao esquemtica das fases do processo Tim Twin Spot

Fonte: Karakas, 2012.

Mas os estudos no so realizados apenas para desenvolvimento de novas tcnicas e materiais para serem utilizados nestes processos. Existem tambm estudos feitos sobre caractersticas de processos e ensaios e testes para determinao de efeitos e defeitos dos processos.Carpenedo et al. (2011), por exemplo, publicou um estudo onde analisa as caractersticas mecnicas das juntas unidas por presso e por soldagem a pontos por resistncia eltrica. Em seu trabalho, foram comparados parmetros de resistncia trao, ao cisalhamento, fadiga e corroso.

Hahn e Flggen (2011), por sua vez, estudaram a influncia das imperfeies e alteraes sofridas durante a vida til de unies soldadas a ponto por resistncia eltrica sobre a sua resistncia mecnica.

Os resultados apresentados demonstraram que algumas imperfeies no exercem nenhuma influncia sobre a resistncia mecnica dos pontos, enquanto que outras podem causar grande influncia, resultando na reduo da resistncia mecnica.

Por fim, tambm h um estudo sobre uma anlise inicial da solda a ponto para caracterizar o defeito por indentamento e por eletrodos desalinhados, realizado por Silva e Camargo (2010). Neste trabalho eles demonstram como ocorrem estas falhas e como estas podem influenciar na qualidade e na resistncia do ponto de solda.

Outros estudos acerca do tema tambm podem ser encontrados em revistas, peridicos, e sites de seminrios diversos.

3 CONCLUSO

Com este trabalho, conclui-se que o processo de soldagem a pontos por resistncia eltrica um mtodo utilizado na rea industrial, sendo sua principal aplicao atribuda indstria automotiva.

Conforme foi exposto, este processo constitui-se da aplicao de corrente eltrica por meio de eletrodos posicionados nas extremidades opostas de duas ou mais chapas sobrepostas. A resistncia na unio entre as chapas faz com que ocorra o aquecimento destas e a fuso do material na regio onde os eletrodos so posicionados, originando o ponto de solda.

A definio dos parmetros de soldagem, tais como intensidade da corrente, presso e tempo de soldagem realizada de acordo com a espessura das chapas, a composio qumica do material e caractersticas superficiais das chapas. A definio destes parmetros deve estar de acordo como os limites de aceitao estabelecidos, para que no ocorram falhas e defeitos nos pontos de solda.

Os equipamentos utilizados para a soldagem devem atender s necessidades de cada processo. Caractersticas como corrente fornecida, perdas de carga, fora exercida pelas pinas e material e formato dos eletrodos precisam ser muito bem definidos para que se obtenha uma boa qualidade de soldagem.

A soldagem a pontos por resistncia eltrica um processo bastante verstil, e pode ser aplicado a diversos tipos de materiais, inclusive soldagem de chapas dissimilares ou de mltiplas chapas.

Enfim, estudos realizados por profissionais e pesquisadores da rea esto aperfeioando cada vez mais este processo e permitindo novas aplicaes e melhorias de qualidade para o mtodo.

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