1 - FUNDAMENTOS DO PROCESSO

No processo de Soldagem a ponto por resistência (Resistance Spot Welding), as peças sobrepostas a serem soldadas são pressionadas uma contra a outra por meio de eletrodos movimentados por forças: mecânica, pneumática, hidráulica ou uma mistura delas. Em seguida, um curto pulso de baixa tensão e alta corrente é fornecido e passa pelos eletrodos, não consumíveis, através do material base. A resistência deste material base à passagem da corrente ocasiona uma quantidade de calor nas superfícies de contato das peças proporcional ao tempo, resistência elétrica e intensidade de corrente a qual deverá ser suficiente para permitir que esta região atinja o ponto de fusão do material formando-se uma região fundida que recebe o nome de lente de solda (Metals Handbook, 1983).

Quando o fluxo de corrente cessa, a força dos eletrodos ainda é mantida enquanto o metal de solda rapidamente resfria e solidifica. Os eletrodos são retraídos após cada ponto de solda. A área por onde passa a corrente de soldagem, a forma e o diâmetro das lentilhas de solda geradas são limitados pelo diâmetro e contorno da face do eletrodo (Metals Handbook, 1983). A resistência elétrica na interface entre as peças se situa geralmente no intervalo de 50 a 500 μΩ - mas pode ser tão baixa quanto 20 μΩ para o alumínio -, sendo necessária corrente com intensidade entre 5000 e 100.000 A para ocorrer fusão, o que também depende da condutividade térmica do metal envolvido, a qual é relativamente pequena para o aço e alta para o alumínio, por exemplo. As tensões empregadas variam de 1 a 20 V – muito raramente alcançam 30 V – com o tempo de aplicação da corrente variando entre menos de 0,01 s para folhas (chapas muito finas) até vários segundos para peças mais espessas (Machado, 1996).
Cada ponto de solda é realizado em um ciclo de soldagem, como mostrado na figura 2.1. Sendo que a freqüência da rede é de 60 Hz, 1 pulso terá a duração de: 1/60 = 0,0167s.6
Este processo é ideal para soldar chapas finas, até de 3 mm. Maiores espessuras de chapas podem ser soldadas, mas máquinas especiais devem ser utilizadas. A indústria automotiva, a principal usuária deste processo utiliza na construção dos automóveis entre 3000 e 4000 pontos de solda (Karagoulis, 1994).

Figura 2.1 – Ciclo de solda (Branco 2004, modificado)
Diferentes materiais podem ser soldados por este processo: Aços baixa liga e baixo carbono, revestidos, inoxidáveis, alumínio e suas ligas entre outros. Titânio, Cobre e suas ligas, Magnésio e alguns metais refratários também podem ser soldados (TWI, 2005).
Existe uma diversidade de formas de realizar pontos de solda: solda a ponto simples, solda múltipla, solda em série, solda em paralelo e soldas indiretas. Um corte transversal de uma típica solda a ponto é mostrado na figura 2.2.

Figura 2.2. Corte transversal de uma junta de solda a ponto por resistência (EWI, 2002).

 2 - Vantagens e limitações

Como as principais vantagens da soldagem a ponto por resistência podem-se citar:
- Maior resistência a vibrações mecânicas.
- Não há necessidade de acabamento final na união soldada, pois, este processo não produz escória, nem respingo, isso quando a solda por resistência é executada corretamente.
- Alta velocidade, alta adaptabilidade para automatização em produção.
- Menor habilidade para ser executada.
- Tipicamente cada automóvel possui entre 3000 e 5000 pontos de solda e o custo com equipamento essencial, eletrodos e manutenção é cerca de 5 centavos de dólar por solda.
Portanto, o custo para montagem de uma carroceria de um automóvel é cerca de $150 a $200 por automóvel, o que é considerado razoável, considerando o custo total de produção de um veículo.
O processo também apresenta algumas limitações tais como:
- Só se podem soldar entre si metais de naturezas diferentes quando suscetíveis a formar
uma liga ou quando se introduz entre eles um material intermediário que pode ligar-se aos metais base.
- Desmontagem das peças soldadas para manutenção ou reparo é muito difícil;
- Os custos de equipamento são geralmente mais altos do que os custos da maioria dos equipamentos de soldagem a arco;
- Soldas a ponto têm baixos limites de resistência à tração e à fadiga por causa do entalhe entre as chapas.

3 – MÁQUINAS DE SOLDAGEM A PONTO POR RESISTÊNCIA

A seleção do equipamento de soldagem por resistência é usualmente determinada pelo projeto da junta, os materiais de construção, requerimentos de qualidade, normas de produção e considerações econômicas.
Todas as máquinas de solda a ponto por resistência apresentam basicamente três componentes fundamentais: sistema mecânico, circuito elétrico e o sistema de controle (Wainer, et. al., 1992): 8
– Sistema mecânico: É composto de sistemas hidráulicos, pneumáticos e/ou mecânicos e são responsáveis pela aplicação da força do eletrodo para segurar a peça. Este sistema deve controlar a velocidade de aproximação do eletrodo a qual deve ser rápida, mas controlada, de modo que as faces do eletrodo não sejam deformadas a partir de batidas repetidas. Características mecânicas de máquinas de soldagem a ponto por resistência, tal como: rigidez, atrito, e movimento de massa, tem influências complexas sobre o processo de soldagem por resistência e qualidade de solda (Tan, et.al, 2004).
– Circuito Elétrico: É composto de um circuito primário que abrange a linha de
Alimentação incluindo um bobinado primário no transformador de soldagem, e um circuito secundário que inclui um bobinado secundário, os cabos que conduzem a corrente de soldagem através das pinças e os eletrodos até o material. Este circuito encarrega-se de fornecer a corrente aos eletrodos.
– Sistema de controle: É responsável pelo controle do processo de soldagem e fornece as seguintes funções principais: iniciar ou cessar a corrente para o transformador da máquina, controlar a magnitude da corrente a aplicar e liberar o mecanismo de força do eletrodo no tempo adequado.
Esses três componentes (mecânico, elétrico e controle) regulam as variáveis mais importantes na soldagem por resistência: a força do eletrodo, a intensidade da corrente e o tempo de passagem da corrente de soldagem (Wainer, et. al.,1992).

4 – ELETRODOS

Os eletrodos são as partes físicas mais importantes do equipamento. Cobre é o metal base utilizada na sua construção por ser um bom condutor elétrico, térmico e ter uma baixa resistência de contato. A efetividade do processo depende em uma considerável medida das condições e da vida do eletrodo.
Vida do eletrodo é geralmente definida como o número de soldas que podem ser feitas, sem a necessidade de se concertar a ponta do eletrodo, antes da medida de solda diminuir sob níveis aceitáveis. Uma baixa vida do eletrodo pode limitar a taxa de produção devido à necessidade de freqüentes concertos do eletrodo e/ou operações de troca dos eletrodos (Holliday, et. al., 1995).9
O propósito do eletrodo é conduzir a corrente de soldagem para a peça de trabalho, aplicar força para juntar as peças a serem soldadas e retirar ou reduzir o calor da superfície da peça de trabalho além de manter a sua forma e características originais de condutor térmico e elétrico sob severas condições de trabalho.
Soldagem por resistência tem um papel dominante na montagem automotiva e o incremento de aplicação de chapas revestidas de zinco (> 60%) tem destacado a importância da vida do eletrodo em operações de soldagem a ponto (Holliday, et. al, 1995).
Durante a operação de soldagem, altas correntes, grandes forças compressivas e altas temperaturas (900ºC) são atingidas (figura 2.3) na superfície de contato do eletrodo/chapa (RWMA, 1989). Grande parte do desgaste do eletrodo é devido à alta temperatura de trabalho e a permanência na mesma (Machado, 1996). Essa permanência é conseqüência de excesso no tempo de soldagem. Roswell (1976) demonstrou para um mesmo tipo de aço e com os mesmos parâmetros, que maior vida do eletrodo é atingida para pequenos tempos de soldagem (4 ciclos) que para tempos maiores (8 ciclos). Algumas indústrias utilizam a técnica de comando programado na qual a soldagem é interrompida em função de um número de pontos de solda pré-determinado e a cada interrupção a corrente é aumentada e, com isso, a vida do eletrodo é aumentada. Isto é devido a que cada certo número de pontos de solda o eletrodo se desgasta, o diâmetro da face do eletrodo aumenta e a densidade de corrente é menor, logo se necessita maior corrente para compensar este desgaste.
Os eletrodos desempenham um papel vital na geração de calor porque eles conduzem a corrente de soldagem até o material.

Figura 2.3 – Temperaturas Instantâneas estimadas de soldagem a ponto em Graus Celsius no instante de finalização da solda (RWMA 1989, modificado).
10 As propriedades elétricas de cobres de alta condutividade (“C copper”) foram padronizadas em 1913 pela “International Electrotechnical Comission”, a qual definiu o padrão “International Annealed Copper Standar” (IACS).
Os eletrodos devem estar projetados para suportar densidades de correntes entre 800 – 10.000 A/cm2 e pressões entre 70 – 400 MPa (Wainer, et. al., 1992).

5  – Geometria dos eletrodos

Um eletrodo para soldagem a ponto possui 4 características geométricas:
A – Face: é a parte que mantêm contato com a peça de trabalho e na soldagem é a parte mais importante do eletrodo por que ela determina o valor da densidade de corrente a aplicar na realização do ponto de solda, assim como também determina o valor da pressão a utilizar para atingir a força necessária na realização da solda.
B – O corpo: deve ter a suficiente massa, área ou espessura para suportar a força aplicada nas chapas e também para carregar a corrente de solda.
C – Conexão: é a forma como ele vai conectado no porta eletrodo ou suporte do eletrodo.
D – Cavidade para refrigeração: é a parte oca interna do eletrodo que está conectado ao porta eletrodo, serve para a refrigeração do eletrodo, não pode ser muito pequena para não dificultar a passagem da água de refrigeração e nem muito larga para não debilitar a estrutura do eletrodo (AWS, 1998). 11
Para a realização do ponto de solda, corrente tem que ser adicionada através do eletrodo. A quantidade de corrente a passar e o calor gerado pela corrente nas superfícies de contato das peças está em função direta do diâmetro do eletrodo. Este efeito é chamado “Densidade de Corrente” que é a quantidade de corrente que pode passar por uma determinada superfície (A/mm2). Se o diâmetro do eletrodo é pequeno a densidade de corrente será alta, maior quantidade de corrente será aplicada em uma área menor, maior calor será gerado e afundamento do eletrodo na chapa (endentarão) pode acontecer. Se o diâmetro do eletrodo é maior a densidade de corrente será menor, pouco calor será gerado, a pressão do eletrodo diminuirá e a solda pode não ser realizada ou será fraca e expulsão de metal pode acontecer. Logo o diâmetro da face do eletrodo tem um rol importante na realização do ponto de solda.
Em geral, eletrodos cônicos truncados apresentam maior tempo de vida e os mais comuns em soldagem de chapas galvanizadas incluem ângulos entre 90 e 140 graus (Gedeon, 1984), embora os esféricos possam ser favorecidos quando o alinhamento é difícil (Powell, 1996).

6  – Materiais dos eletrodos

O material dos eletrodos deve possuir as seguintes propriedades (Machado, 1996):
a) – Alta condutividade térmica e elétrica.
b) – Baixa resistência de contato
c) – Grande resistência mecânica e ao desgaste nas temperaturas de trabalho.
Numerosos elementos têm sido pesquisados para otimizar a composição do material a usar nos eletrodos. Um material duro, por exemplo, pode ter melhor resistência ao desgaste, mas com o aumento do teor de ligas e conseqüentemente das suas durezas, a condutividade elétrica é geralmente diminuída. Uma combinação entre condutividade elétrica e térmica, junto com adequada dureza mecânica e resistência às temperaturas de operação são os
requerimentos essenciais para um adequado material do eletrodo (Holliday et al., 1995). O Cobre, material de construção do eletrodo, pode ser endurecido por diferentes mecanismos, entre eles: endurecimento a frio, por solução sólida, por precipitação e por dispersão, os quais originam mudanças na estrutura cristalina do metal. Devido às 12 condições de trabalho extremas a capa do eletrodo sofre deformação plástica devido à formação de um grão grosseiro durante essas condições. O Cobre endurecido por dispersão prevê o crescimento desse grão. O beneficio desta família de Cobre conta com a habilidade de prever este grão grosseiro em temperaturas aproximadas ao ponto de fusão do cobre (Villafuerte, Julio 2003).
Os materiais da RWMA utilizados para eletrodos apresentam as melhores combinações de resistência, desgaste mecânico, condutibilidade elétrica e térmica (Machado, 1996). Esta entidade classifica os eletrodos, pela composição química e propriedades mecânicas.
Classe 1: É composta de materiais não tratáveis termicamente e endurecidos por trabalho a
frio, que não afeta as altas condutibilidades térmica e elétrica;
Classe 2: É composta por materiais com propriedades mecânicas mais altas e
condutibilidades elétrica e térmica mais baixas em relação aos eletrodos da Classe 1. As propriedades mecânicas e físicas requeridas são conseguidas por tratamento térmico ou por uma combinação de tratamento térmico e trabalho a frio. Os eletrodos da Classe 2 são os mais utilizados e podem se adequar a uma ampla faixa de metais e condições;
Classe 3: É composta por materiais com propriedades mecânicas mais altas e menores condutibilidades térmica e elétrica, quando comparadas com aquelas dos eletrodos da Classe 1 e 2 (Metals Handbook, 1983).

7 – Refrigeração dos eletrodos

Como mostrado na figura 2.5, a distância do final do furo de refrigeração à face do eletrodo é denominada “espessura da face”. Para uma dado nível de extração de calor 13 devido ao líquido de refrigeração, corrente e ciclos de soldagem, existe uma “espessura crítica” para a qual a temperatura do eletrodo é mínima (Machado, 1996).
Para uma ótima refrigeração dos eletrodos recomenda-se que o fluxo de água seja no mínimo de 4 l/min para efetuar soldagem de chapas de aço sem revestimento e com espessura de até 3 mm. O fluxo de água deverá ser maior, cerca de 6 a 7 l/min, caso as chapas sejam de aço revestido e/ou grande espessura. O tubo interno de alimentação do sistema de refrigeração deve ser disposto de tal forma a assegurar que a água entre pela parte oposta à face de trabalho dos eletrodos (Powell, et al., 1996).

Figura 2.5 – Sistema de refrigeração do eletrodo (Intermachinery 2002, modificado)
Um nível bom da temperatura de entrada da água, no sistema de refrigeração, deverá ser de 200C e na saída de 300C. Para manter estes níveis de temperatura, o fornecimento de água de refrigeração para os eletrodos deve ser independente do sistema de refrigeração do transformador e do tiristor. Circuitos de água separados devem ser usados tanto para os eletrodos superiores quanto para os inferiores (Powell, et. al., 1996). Para que os eletrodos tenham uma boa vida útil é necessário que a velocidade de soldagem esteja na faixa de 20 a 30 pontos/min. (Intermachinery, 2002)
Yeung (1999) encontrou no seu trabalho que, para pequenos tempos de aquecimento, nenhuma cambio foi encontrado na temperatura máxima atingida pelo decrescimento de fluxo de refrigeração de 3,79 l/min até 2,24 l/min ou pela diminuição da espessura da face de 9,00 para 6,35 mm.14

8 – GERAÇÃO DE CALOR EM SOLDAGEM A PONTO POR RESISTÊNCIA

O circuito secundário de uma máquina de soldagem a ponto, incluindo a peça de trabalho sendo soldada, é uma série de resistências (figura 2.6) e o valor delas afeta o fluxo de corrente. A corrente deve ser a mesma em qualquer ponto do circuito de tal forma que o calor gerado em qualquer ponto é diretamente proporcional à resistência nesse ponto (Metals Handbook, 1983).
Em um condutor elétrico, a quantidade de calor gerado depende de três fatores:
1. Corrente elétrica;
2. Resistência do condutor (incluindo resistência da interface);
3. Duração da corrente.
Estes três fatores afetam o calor gerado ou Energia como expresso na equação: E = I2Rt (1) onde: E - calor gerado [J]; I - corrente em [A]; R - resistência do material [Ohms]; t - tempo de duração da corrente [s].
Na soldagem por resistência então, o calor gerado é proporcional ao quadrado da corrente de soldagem e diretamente proporcional à resistência e o tempo. Parte do calor gerado é utilizado para gerar a solda e parte é perdida por condução, convecção e radiação para o material de base e eletrodo. A magnitude destas perdas é geralmente desconhecida.
Da equação 1 pode-se ver que a corrente de soldagem exigida para produzir uma dada solda é, aproximadamente, inversamente proporcional à raiz quadrada do tempo. Assim, se o tempo for extremamente curto, a corrente exigida será muito alta. (AWS, 1998).
A figura 2.6 mostra os efeitos compostos de geração de calor e dissipação nas peças de trabalho e eletrodos. Como se pode ver há 7 resistências conectadas em série:

Figura 2.6 – Pontos principais de calor nos eletrodos e gradiente de temperatura após 20% do tempo de soldagem e no final do processo (Metals Handbook 1983, modificado).
- 1 e 7: resistência elétrica do material do eletrodo;
- 2 e 6: resistência de contato entre o eletrodo e o metal base. A magnitude desta resistência depende da condição da superfície do metal base e do eletrodo, do tamanho e do perfil da face do eletrodo e da força de eletrodo. Este é um ponto de alta geração de calor, mas a superfície do metal não atinge sua temperatura de fusão durante a passagem de corrente devido à alta condutibilidade térmica dos eletrodos (1 e 7) e ao fato de que eles são usualmente refrigerados a água;
- 3 e 5: resistência total do próprio metal base, que é inversamente proporcional à área da seção transversal por onde a corrente passa;
- 4: resistência do metal base da interface no local onde a solda deve ser formada. É o ponto de mais alta resistência e, portanto, o ponto de maior geração de calor.
O calor é gerado em todos esses locais. Entretanto, tal calor é requerido apenas nas interfaces dos metais bases e o calor gerado nos outros locais devem ser minimizados. Já que a maior resistência está localizada em 4, o calor é mais rapidamente desenvolvido nesse local (AWS, 1998).
Após cerca de 20% do tempo de soldagem ter transcorrido, o gradiente térmico é representado pela curva à esquerda na figura 2.6. A curva à direita representa o gradiente térmico no final do tempo de soldagem (AWS, 1998).
Quando as condições de soldagem são adequadamente controladas, a temperatura de soldagem é primeiramente alcançada em locais perto de 4, na interface entre as chapas.16
Durante o período de aquecimento, a região fundida cresce e se torna contínua para formara lentilha de solda (AWS, 1998).

9 – PARÂMETROS DE SOLDAGEM A PONTO POR RESISTÊNCIA

Parâmetros de soldagem são aquelas condições que com um determinado valor e uma adequada combinação entre eles é realizado um ponto de solda, efetivando a junção de uma junta. Os valores certos desses parâmetros são os responsáveis de uma boa ou má qualidade da solda.
Em soldagem a ponto por resistência existem três parâmetros principais: Corrente de soldagem, Força do eletrodo e Tempo de soldagem os quais são aplicados em um ciclo de soldagem. A resistência elétrica da peça não é um parâmetro, mas tem muita importância, pois ela é responsável da geração de calor devido à oposição à passagem da corrente(efeito Joule).

10 – Corrente de soldagem

É fornecida pela rede de alimentação, passando pelo circuito primário do transformador, logo pelo circuito secundário chegando até a peça de trabalho. Ambas, AC e DC são utilizadas para produzir a solda (AWS, 1998).
Ocasionalmente são encontrados na literatura de soldagem conceitos e fatos os quais são utilizados somente para tensão e corrente senoidal o qual diz muito pouco em relação à real condição elétrica em soldagem por resistência. Na maioria dos artigos, por exemplo, não está claro que valores rms de corrente e tensão são utilizados nos cálculos (Weber, G.,1994).Isto foi considerado neste trabalho e será mostrado mais adiante.
Um Toróide (bobina) ou um Sensor de efeito Hall podem ser usado para medir a corrente.
O toróide, o mais usado, mede tensão induzida pelo campo magnético variável que envolve os condutores que conduzem corrente. Só pode ser usado para medir corrente AC. Este sinal de tensão pode ser eletronicamente integrado e assim fornecer uma medida indireta da corrente de soldagem. Variações na posição e orientação do Toróide podem causar 17 variações na área efetiva logo também nos valores medidos da corrente. Estudos mostram que este erro pode ser até 5% da medição quando o Toroide não está fixo na máquina de soldagem (Gedeon, et. al., 1987).
A tensão medida no secundário é muito pequena e pode ser muito fácil de ter interferência por ruídos. O pulso de voltagem pode ser medido através da peça de trabalho (Gedeon, et.al., 1987), como mostrado no próximo capítulo.

11 – Força do eletrodo

É a força que se encarrega de juntar, segurar e unir as peças de trabalho, exercendo pressão antes, durante e depois do fornecimento da corrente. Esta força também serve para forjar os metais quando eles se encontram no estado plástico. Este parâmetro está subdivido em: pré-pressão (compressão ou aperto), pressão de soldagem e pós-pressão (retenção).

12 – Tempo de soldagem

É a duração de fornecimento da corrente de soldagem para a realização do ponto de solda.
Deve-se ter em conta que se tempos de solda muito curtos são aplicados a corrente de soldagem tem de ser muito alta para poder atingir o calor necessário para fundir o material a soldar.

13 – Resistência de contato

A resistência de contato na interface das chapas a serem soldadas é a fonte fundamental de aquecimento pelo efeito Joule para metais de alta condutibilidade elétrica. É dependente da resistividade intrínseca da camada de revestimento e da dureza, do contorno e da limpeza da superfície. Medições de resistência estática indicam que a resistência de contato depende do revestimento da superfície e da diminuição da forca nos pontos de contato. É sabido que a resistência de contato entre duas superfícies lisas não tem valor tão alto como com as superfícies com materiais estranhos e que a diminuição da força do eletrodo aumenta a resistência (Kaiser, et. al., 1982).18 Houlcroft (1979) diz que a resistência depende da resistividade e da geometria do condutor. Desde que a resistividade do material da peça de trabalho é fixa é usual criar um local de alta resistência providenciando um caminho restrito à passagem da corrente entre as partes a serem soldadas, um procedimento conhecido como concentração de corrente.

14 – EFEITOS DOS PARÂMETROS DE SOLDAGEM NA GERAÇÃO DE CALOR

Na prática normal, para obter uma condição de calor desejada, a corrente de soldagem, pressão aplicada na peça de trabalho e o tempo de soldagem são pré-selecionados para uma particular aplicação, dependendo das propriedades do material da peça de trabalho a ser soldada e a geometria da ponta do eletrodo (Chang, et al., 1990).
As combinações desses parâmetros formam um ciclo de soldagem o qual pode durar de meio ciclo (1/120 segundos) em chapas muito finas e até vários segundos em chapas mais grossas. Este ciclo de solda está dividido em 4 partes características, como mostrado na figura 2.7, mas existem ciclos com impulsos múltiplos para determinadas condições e propriedades do tipo de material a soldar o que será utilizado neste trabalho. A seguir estes parâmetros serão definidos assim como os seus efeitos no ciclo de soldagem.

Figura 2.7 – Ciclo de solda básico em solda a ponto (AWS 1998, modificado).

15 – Efeito da Corrente de soldagem

Na equação 1, a corrente tem um efeito muito maior na geração de calor do que a resistência ou o tempo. Sendo assim, é uma importante variável a ser controlada. Os dois fatores que causam variação na corrente de soldagem são: flutuações na tensão da linha de 19 transmissão da energia elétrica e variações na impedância do circuito secundário quando se utiliza máquinas à corrente alternada. Variações de impedância são causadas por mudanças na geometria do circuito ou pela introdução de massas metálicas magnéticas no circuito fechado secundário da máquina. Máquinas a corrente contínua não são significativamente afetadas por massas metálicas magnéticas no circuito secundário e são pouco afetadas pela geometria do circuito (RMWA, 1989).
A condutibilidade térmica do aço é cerca de 12% da do Cu; portanto, se uma corrente de soldagem suficiente for usada na soldagem de aço com eletrodos à base de Cu, o calor gerado ao longo da interface entre as chapas (ponto 4 na figura 2.6) será conduzido para longe da zona de solda mais lentamente do que o calor gerado nas pontas dos eletrodos (pontos 2 e 6 na figura 2.6) o qual é conduzido para sua direção longitudinal (pontos 1 e 7 na figura 2.6). Assim, a interface entre as chapas atinge primeiramente a temperatura de fusão e uma solda é produzida na interface (Metals Handbook, 1983).
As variações na magnitude da corrente podem afetar a densidade de corrente na interface da solda. Existe um limite inferior para a densidade de corrente abaixo do qual a fusão não ocorre. Calor suficiente deve ser gerado para compensar as perdas, por condução, para o metal base adjacente, os eletrodos e o meio ambiente. Existe, também, um limite superior para a densidade de corrente de soldagem. Se esta for muito alta, a espessura total das chapas entre os eletrodos é aquecida até a região plástica enquanto a zona de solda atinge a temperatura de fusão e os eletrodos penetram profundamente nas chapas. As superfícies externas dos eletrodos podem também ser aquecidas e até queimadas. Isto realmente ocorre quando a corrente é alta o suficiente para produzir expulsão de material de zona fundida. O resultado é uma baixa vida útil do eletrodo e soldas com baixa qualidade (RMWA, 1989).
A resistência máxima das soldas é obtida pela soldagem com densidade de corrente logo abaixo do valor no qual ocorre expulsão (Metals Handbook, 1983). A figura 2.8 mostra um gráfico de soldabilidade (LOBE CURVE) e os níveis: inferior e superior da corrente entre os quais a solda é realizada. 20

Figura 2.8 - Curva de soldabilidade. (Metals Handbook 1983, modificado)

16 – Efeito da Força do eletrodo

As superfícies metálicas, mesmo as mais polidas ou com acabamento cuidadoso, apresentam uma grande rugosidade em escala atômica da ordem de 500 Å. Isto impede que as superfícies como um todo, se aproximem efetivamente. Além dessas irregularidades das superfícies existem ainda as camadas de óxidos, umidade, gordura, poeira, etc., o que impede a ligação metal/metal (Marques, 1991).
Todos esses defeitos e impurezas na superfície da chapa diminuem a área pela qual a corrente deve passar o que aumenta a densidade de corrente dando lugar a um aquecimento rápido do material o que ocasiona uma variação do processo, da configuração da lentilha e a qualidade da solda. Para melhorar o contato entre estas superfícies se aplica força antes, durante e após o processo de soldagem.
A força do eletrodo usualmente é medida e expressa como um valor estático, mas é uma  operação e é afetada pela fricção e inércia das partes em movimento da máquina de soldagem (Metal Handbook, 1983).
As peças de trabalho a serem soldadas devem ser fortemente seguras, juntas na localização onde será feita a solda para permitir a passagem da corrente. Um incremento da força do eletrodo diminui a resistência de contanto do metal de trabalho, e assim, decresce a geração 21 de calor entre as superfícies de contato da peça (Metal Handbook, 1983). Para aumentar o calor até um nível suficiente, corrente ou tempo de soldagem deve ser aumentado para compensar a diminuição na resistência (AWS, 1998).
A força do eletrodo deve ser compatível com a corrente de soldagem e o metal base deve estar em razoável contato na área de solda sem uma excessiva força do eletrodo (Metal Handbook,1983). Na maioria das aplicações, o material do eletrodo é mais macio do que as chapas. Conseqüentemente, uma aplicação adequada da força do eletrodo produzirá melhor contato nas interfaces eletrodo/chapa do que na interface chapa/chapa (AWS, 1998).

17 – Efeitos dos Parâmetros no ciclo de soldagem

Durante a operação de soldagem, um tempo mínimo é requerido para atingir a temperatura de fusão dependendo da densidade de corrente. A taxa de geração de calor deve ser tal que uma solda com resistência adequada deve ser produzida (AWS, 1998). O tempo de soldagem, no ciclo de soldagem, está divido em sub-tempos e cada um deles têm influências no processo.2.6.3.1 – Tempo de compressão
É o intervalo de tempo do processo entre a aplicação inicial da força do eletrodo na chapa metálica e a primeira aplicação da corrente (Parmar, 1995). O tempo de compressão se divide em duas etapas: tempo de acostamento e tempo de pré-pressão. O tempo de acostamento é o tempo que os eletrodos demoram desde a sua posição inicial, afastado das chapas, até tocar nelas - este tempo deve ser o suficientemente longo para evitar fortes batidas no momento dos eletrodos encostar na chapa. E o tempo de pré-pressão que é o
tempo que o sistema de força demora desde o encostamento até a pressão de trabalho. O tempo de compressão é utilizado para atrasar a corrente até que o metal base tenha sido submetido ao valor de força de eletrodo determinada. Se a corrente de soldagem for ligada antes que esta força seja atingida, haverá expulsão de metal fundido e a solda será de má qualidade. Se a corrente for ligada antes que os eletrodos entrem em contato com a chapa metálica, quando o fizerem, haverá forte expulsão de metal, podendo causar danos ao
ferramental e ferimentos nas pessoas localizadas perto da área. Se a corrente for ligada após do inicio da pressão de soldagem, a solda poderá até ser de boa qualidade, mas tempo 22 é gasto desnecessariamente e o custo de produção pode aumentar significativamente, logo uma correta sincronização entre o tempo de compressão e o inicio da corrente de soldagem deve ser feita. Muitos defeitos da solda podem ser atribuídos à soldagem com curto tempo de aperto (Rivett, 1984).

18 – Tempo de soldagem

É o tempo de aplicação da corrente máxima que fornece o calor necessário para conseguir a junção da peça de trabalho.
Neste parâmetro aparecem desencontros entre as definições dadas pela literatura. Alguns autores apresentam o “Tempo de soldagem” somente como o tempo de aplicação da corrente de soldagem, já outros autores apresentam o “Tempo de soldagem” como o tempo de aplicação da corrente de soldagem incluindo um tempo de subida (upslope) mais um tempo de descida (downslope) e em alguns casos até com um pulso de corrente de pósaquecimento.
Estas definições do “Tempo de soldagem” serão verificadas para a máquina de soldagem a utilizar neste trabalho no capítulo seguinte.

19 – Tempo de subida da corrente (Upslope)

“Upslope” é o tempo de aumento gradual da corrente desde o inicio do processo até um valor máximo onde a aplicação da corrente máxima se inicia. É geralmente utilizado para evitar sobre aquecimento e expulsão do metal no início do tempo de soldagem, quando a resistência da interface do metal base ainda é alta (AWS, 1998). Entretanto, não há vantagem para a vida do eletrodo no uso desse aumento gradual da corrente quando se solda aços revestidos com Zn por imersão a quente. Isto é devido às resistências eletrodo/chapa e chapa/chapa serem muito pequenas durante a parte inicial do período de aquecimento da soldagem. Isto indica que uma alta corrente seria necessária
para o Zn ser removido do plano sobreposto da solda (interface chapa/chapa) por volatilização (AWS, 1998). Este procedimento não é, geralmente, empregado nas 23 indústrias automobilísticas por não estarem disponíveis nas máquinas de solda ou porque tempos mais longos de solda diminuirão a produtividade.

20 – Tempo de corrente máxima

É o intervalo de tempo, relativamente curto, de aplicação da corrente máxima de soldagem. Da equação 1 pode-se ver que quando se usa intervalos de tempo de soldagem (corrente máxima) muito pequenos o valor da corrente de soldagem aumenta consideravelmente para se conseguir a energia ou calor necessário para fundir o metal base. Este conceito será considerado na hora de analisar os resultados. Este tempo é controlado por sistemas eletrônicos, mecânicos, manuais ou pneumáticos.
Para máquinas de energia armazenada, tipo magnética ou de capacitor, o tempo de soldagem é determinado pela constante elétrica do sistema (AWS, 1998).
Um outro limitante da aplicação prolongada da corrente é que o aquecimento se transfere ao longo da espessura da chapa. Com o aquecimento do material de base, a resistência elétrica nestas regiões aumenta e mais calor é gerado. Os pontos 3 e 5 se tornarão plásticos, permitindo a deformação da chapa e provocando o afundamento dos eletrodos dando lugar à indentação. Mesmo sem a deformação, haverá um crescimento exagerado da lente da solda e da zona afetada pelo calor (ZAC).
O calor total desenvolvido é proporcional ao tempo de soldagem. Essencialmente calor é perdido por condução no resto da chapa e pelos eletrodos, uma pequena quantidade é perdida por radiação. Essas perdas se incrementam com o aumento do tempo de soldagem (AWS, 1998).

21 – Tempo de descida da corrente (Downslope)

O “Downslope” é a diminuição gradual da corrente no final do tempo de soldagem. Ele é utilizado para controlar a solidificação da lente de solda e para evitar a rachaduras em metais que são endurecidos por têmpera ou sujeitos a fissuração em quente (AWS, 1998). 24

22 – Efeito do tempo de retenção

É o tempo durante o qual os eletrodos continuam na sua posição mantendo a força na peça de trabalho após o último impulso de corrente ter finalizado; durante este tempo a lentilha de solda se solidifica e é esfriada até a sua adequada resistência mecânica (AWS, 1998).
Se os eletrodos forem removidos da solda rapidamente após a corrente de soldagem ter cessado pode acontecer empenamento da região de solda nas chapas finas. Com chapas espessas, o tempo deve ser o suficiente para esfriar e solidificar a ampla lente de solda sob pressão. É melhor, então, ter os eletrodos em contato com o material até que a solda esfrie completamente de modo que esta tenha a resistência suficiente para resistir ao carregamento imposto quando a pressão dos eletrodos for retirada (AWS, 1998).

23 – Efeito do Tempo de pausa ou intervalo

É o tempo durante o qual o eletrodo é separado da peça de trabalho, a qual é movimentada até a próxima localização de solda; este termo é geralmente aplicado quando o ciclo de solda é repetitivo (Parmar, R. S., 1995).
Dentro do ciclo de soldagem, diferentes configurações de pulsos de corrente podem ser utilizadas. Isto deve ser feito dependendo do projeto, especificamente do material base a utilizar. No caso de chapas galvanizadas a Zinco, um primeiro impulso pode ser adicionado no ciclo de soldagem com a idéia de fundir o Zinco do revestimento antes da corrente de soldagem (corrente máxima) ser aplicada e conseguir um melhor contato entre as superfícies das chapas. Este primeiro impulso pode ser definido como tempo de “Burn Zinc” e tem um alto valor de corrente e um tempo de aplicação muito curto. Assim que o tempo de Burn Zinc terminar, um pequeno tempo de pausa será aplicado com o intuito de deixar esfriar a chapa antes de aplicar a corrente de solda. Deve ficar claro que tudo isso acontece em milésimos de segundo (Intermachinery, 2002).25

24 – Efeito da resistência de contato

Existe uma relação entre a resistência de contato, corrente mínima de soldagem e vida útil do eletrodo. Se a resistência de contato for baixa, uma corrente elevada será necessária e, conseqüentemente, a vida útil do eletrodo será menor.
Aumentando a dureza e a rugosidade da superfície resulta em um aumento da resistência de contato e, conseqüentemente, da quantidade de calor desenvolvido para o mesmo fluxo de corrente, exigindo, desta forma, correntes de soldagem mais baixas.
Na soldagem por resistência de aços com revestimento de Zn por imersão a quente, a resistência de contato é consideravelmente menor do que em aços não revestidos por causa da alta condutibilidade elétrica do revestimento de zinco, sua relativa maciez e baixo ponto de fusão. As últimas características conferem um melhor contato elétrico e, pelo tanto uma resistência elétrica inferior é criada entre as superfícies.

25 – OUTROS FATORES QUE INFLUENCIAM NA GERAÇÃO DE CALOR

Mesmo que as variáveis da máquina são fixadas em uma desejada condição há geralmente considerável variação em qualidade de solda de parte a parte. Isto é devido à variação na corrente de soldagem causado pela mudança em: condição de superfície da peça de trabalho, diâmetro da ponta do eletrodo e na impedância no circuito de solda (Chang et al.,1990) e em outros fatores os quais são descritos a seguir:

26 – Condições da superfície do material base

A existência de corpos estranhos na superfície do material base tais como: poeira, óxidos, óleos, graxas, etc., fazem com que a resistência de contato entre a superfície da chapa e a face do eletrodo aumente. Se a resistência neste ponto é muito alta, na realização da solda, a temperatura nesta região aumentará tão rapidamente como na superfície de contato entre chapas. Nessas circunstâncias, os corpos estranhos se fundem ou consumem de diferentes formas e tempos ocasionando variações da resistência o que pode resultar em variações na qualidade da solda assim com incrustações no eletrodo deteriorando-o. 26

27 – Influência dos eletrodos

A área da face do eletrodo controla amplamente a densidade de corrente de soldagem. Com a deformação do eletrodo pelo uso o diâmetro da face aumenta, a pressão do eletrodo diminui e as resistências de contato também aumentam gerando mais calor na peça. Uma taxa de geração de calor maior será formada se a força do eletrodo for baixa já que a resistência de contato e a força de eletrodo variam inversamente (AWS, 1998).
No processo de soldagem calor também é gerado na superfície de contato entre a ponta do eletrodo e a chapa. Esse calor e as solda repetitivas fazem com que incrustações ou ligas, entre o cobre do eletrodo e o material base, aconteçam. Quando o material base soldado tem revestimento (Zinco, Alumínio ou outro tipo de revestimento) essas ligas acontecem mais rapidamente o que gera uma capa de latão na ponta do eletrodo. O latão é um material de menor condutividade elétrica e térmica, o que faz que essa parte do eletrodo se aqueça rapidamente ocasionando um desgaste prematuro do mesmo com as conseguintes falhas nas dimensões e características do ponto de solda e, por tanto, na qualidade da solda.

28 – Dissipação do calor

Durante a soldagem, o calor é perdido por condução para o metal base adjacente e para os eletrodos como mostrado na figuras 2.3. A dissipação de calor se produz em taxas variáveis durante a aplicação da corrente assim como também após a corrente tenha terminado de ser aplicada, até a solda ser esfriada completamente.
Quando o material é de alta condutivilidade, alta corrente de soldagem é necessária para produzir uma solda satisfatória e compensar a perda de calor. A soldagem a ponto nestes materiais se torna muito difícil.
Os eletrodos ao permanecerem em contato com o material após a corrente de soldagem ter cessado, eles rapidamente resfriam a lente de solda. A taxa de dissipação de calor no metal base circundante decresce com tempos de soldagem mais longos porque um volume maior de metal base terá sido aquecido (AWS, 1998)27

29 – Influência da composição do metal

A resistividade elétrica de um metal influencia diretamente no aquecimento por resistência durante soldagem. Em metais de alta condutibilidade térmica tais como Ag e Cu, pouco calor é desenvolvido mesmo sob altas densidades de corrente. A pequena quantidade de calor gerado é rapidamente transmitida para dentro do material circundante e para os eletrodos (AWS, 1998).
A composição de um metal determina seu calor específico, temperatura de fusão, calor latente de fusão e condutibilidade térmica. Estas propriedades governam a quantidade de calor requerida para fundir o metal e produzir uma solda (AWS, 1998).
Alguns elementos de liga ou combinações destes podem fornecer propriedades desejáveis à solda em aços baixo-carbono e aços baixa-liga de alta resistência. O fósforo, o enxofre, o titânio, o nitrogênio e o oxigênio, quando em excesso, favorecem a ruptura interfacial da solda quando esta é submetida ao ensaio de arrancamento. (AWS, 1998).

30 – PROBLEMAS OPERACIONAIS NA SOLDAGEM A PONTO

30.1 – Materiais e espessuras das chapas dissimilares
Dissimilares materiais são de vez em quando difíceis de soldar por causa de suas diferentes propriedades térmicas e elétricas, temperaturas de fusão, faixas plásticas e pelas ligas que podem formar no ponto de solda. Modificações dos planos de solda e o uso de um eletrodo com uma menor área e menor condutividade elétrica e térmica em contato com o material de maior condutividade tenderá a melhorar o balanço de calor. É conveniente fazer teste de solda para determinar a qualidade da solda obtida para um determinado projeto (RMWA, 989). Gedeon (1984) também indica que quando o material base é muito fino diminui a vida dos eletrodos. Isto tem a sua explicação no fato de que perdas de calor desde a superfície de contato das chapas pela água de refrigeração dos eletrodos são maiores em materiais finos.
Isto resulta em um grande aquecimento do eletrodo aumentado pela presencia de zinco, na 28 superfície da chapa, o qual incrementa a condutividade térmica através da interface do eletrodo.

32 – Efeito Shunt

Em situações práticas, uma solda é feita após outra e, dessa forma, a solda adjacente afeta a qualidade da solda subseqüente devido ao efeito de desvio da corrente que flui através de ponto de solda existente. Este efeito é o chamado efeito shunt e é uma fonte de variação de qualidade (Chang, et. al., 1990).
Na figura 2.9 o metal entre os eletrodos se transforma em um divisor de corrente; parte da corrente passa pelo caminho “A” enquanto que o resto da corrente passa pelo caminho “B”. Se a distância de “A” é muito longa a resistência comparada com “B” será muito alta e o efeito shunt será desprezível. Se a distância de “A” for curta, uma apreciável porção da corrente total será desviada. Outro fator a se levar em conta é que se no ponto “B” aumenta a temperatura, a sua resistência também aumenta adicionando o efeito de desvio para o caminho A (RMWA, 1989).

Figura 2.9 – Esquema do efeito Shunt (RMWA 1989, modificado)

33 – Indentação

Ocorre quando a resistência compressiva do material em contato com o eletrodo diminui à medida que a fusão avança, permitindo, deste modo, que a face do eletrodo se movimente para dentro da superfície da peça de trabalho. Esta indentação pode ser grande quando um eletrodo com uma área superficial pequena for empregado com pressão e densidade de 29 corrente excessivamente altas. Além de prejudicar o aspecto da superfície da peça de
trabalho, a indentação excessiva pode diminuir a resistência mecânica da solda. Wu (1968) mostra no seu trabalho uma relação linear entre a corrente de soldagem e a indentação do eletrodo. A indentação varia com o material a soldar e a dureza da solda se incrementa com a indentação, em um nível aceitável, até a expulsão do material fundido acontecer. Wu sugere ainda a possibilidade de usar a indentação com um sentido de controle de solda a ponto o que poderia indicar ao operador a dureza do ponto de solda relacionada a uma especificação dada. Figuras deste fenômeno serão mostradas no próximo capítulo Indentação assimétrica, que usualmente produz uma aresta semicircular na periferia da solda, é causada ou pelo deslocamento lateral do eletrodo em relação à superfície ou por um eletrodo com o contorno da face simétrico que se aproxima da superfície de trabalho em ângulo. Observe que o eixo do eletrodo não tem que ser normal à superfície de trabalho caso a superfície da ponta do eletrodo tiver um contorno que propicie esta posição (AWS,1998).

34 – Desalinhamento do eletrodo

Idealmente, os eletrodos devem ser alinhados durante a soldagem visto que um desalinhamento induz uma característica desfavorável do processo e qualidade da solda. O desalinhamento, seja axial ou angular, pode causar formas irregulares e medidas reduzidas do ponto de solda resultado de assimétricas distribuições da aplicação da força do eletrodo e da passagem de corrente. Um desalinhamento pode resultar de uma deflexão sob uma força aplicada durante o processo ou pode estar presente mesmo na aparência de eletrodos alinhados sem carga ou muito pouca carga. Tal desalinhamento é geralmente ignorado na prática, mas ocasiona uma redução na área de contato o que afeta na densidade de corrente e uma errada distribuição de pressão devido à deflexão induzida (Tang et al., 2003).
Karagoulis (1994) afirma que com um desalinhamento de 40% do eixo dos eletrodos a área de contato diminui apróximadamente 50% da área total da face do eletrodo. Isto leva a uma maior densidade de corrente. 30
Quando o alinhamento de eletrodos é um problema, eletrodos esféricos são tipicamente recomendados (Gedeon 1984).

35 – AÇOS GALVANIZADOS

A atual ênfase em proteção da corrosão tem dirigido a uma gradual substituição de aço doce (baixo carbono) por aço revestido o que lhe confere uma maior resistência à corrosão, com aplicação nas indústrias automobilísticas, de linha branca e de construção civil. O revestimento pode ser por processo eletrolítico ou por imersão a quente. Segundo Roswell (1976), o maior problema que ocasionam estes aços em soldagem a ponto por resistência é o desgaste do eletrodo.
Tem-se encontrado que chapas galvanizadas por imersão a quente tem uma maior faixa de soldabilidade quando comparadas com as galvanizadas por processo eletrolítico (Gedeon, S. A., 1984).
Roswell (1976) demonstrou que chapas de aço comum, unidas por solda a ponto e expostas num ambiente marítimo ficaram corroídas totalmente em 12 meses e que as chapas de aço galvanizado soldadas pelo mesmo processo e expostas em ambientes marítimo e rural tiveram corrosão desprezível durante os primeiros 2 anos.
Na industria automotiva chapa galvanizada por imersão a quente é muito utilizada com o intuito de diminuir gastos e peso no produto final.

36 – Processos de Galvanização

A galvanização pode ser feita por processo eletrolítico ou eletrogalvanização (EG) ou por imersão a quente, também chamado hot dip galvanized (HDG).
Eletrogalvanização ou galvanização eletrolítica é um processo eletrolítico no qual o zinco é transferido de um ânodo para uma chapa de aço negativamente carregada e aplica uma camada de zinco em apenas uma das faces da chapa de aço, podendo-se controlar a espessura do revestimento por modelo matemático (Mineração e Metalurgia, 2000). 31
O processo de galvanização por imersão a quente consiste basicamente em mergulhar peças de ferro ou aço em zinco líquido à temperatura de 450 ºC. Quando mergulhado no banho de galvanização as peças reagem imediatamente formando uma camada de liga de ferro e zinco. A parte mais importante da galvanização ocorre neste período inicial, após esta fase a reação diminui de intensidade e a espessura do revestimento não aumenta significativamente assim a peça fique por um período maior de tempo no banho de zinco.
Quando a peça é removida do banho, uma porção de zinco fundido é removida por arraste formando uma camada de zinco sobre as outras camadas de ligas de ferro-zinco já formadas. O tempo normal de imersão no processo é de 1 ou 2 minutos. O controle da espessura se dá por meio da velocidade da passagem do aço no banho quente, conseguindo espessuras de 6 e 52 μm por face (Mineração e Metalurgia, 2000) e um peso de 40 – 366 g/m2 (AWS, 1998)
Testes em aço por imersão a quente indicam que os eletrodos da soldagem a ponto por resistência resistem a metade do número do esperado de pontos para aço eletro galvanizado antes de ser necessário reparar ou trocar o eletrodo.
Chapas eletrogalvanizadas tendem a serem mais soldáveis que chapas galvanizadas por imersão a quente por que os revestimentos são mais finos e mais uniformes Chapas eletrogalvanizadas (menos que 20 g/m2) podem ser soldadas da mesma forma de chapas sem revestimento (AWS, 1998).
Estudos mostram que, quando se soldam aços galvanizados, a maioria das variações da resistência durante o fluxo de corrente ocorre nas interfaces eletrodo/chapa e não na interface chapa/chapa. Assim, pelo menos no aço galvanizado, variações de tensão de solda a solda podem estar relacionadas mais ao desgaste do eletrodo do que à geração de calor na interface chapa/chapa, onde a lente se forma.

37 – Soldabilidade da soldagem a ponto de chapas galvanizadas

A soldabilidade das chapas com revestimento de Zn e de liga Zn-Fe é conhecida como sendo inferior àquela das chapas de aço laminadas a frio. Isto é devido à reação entre o Cu do eletrodo e o Zn do revestimento levando à formação de ligas na ponta do eletrodo. Isto 32 resulta em consumo do eletrodo e, conseqüentemente, em uma diminuição da sua vida útil (Intermachinery, 2002).
Na soldagem dos aços revestidos com Zn por imersão a quente, elevadas temperaturas são alcançadas na interface eletrodo/chapa. Tem sido observado que esta temperatura atinge valores numa faixa de 500 - 800°C, dependendo, sobretudo da velocidade de soldagem, da eficiência do resfriamento dos eletrodos e da resistência de contato eletrodo/chapa (Intermachinery, 2002). No caso específico de chapas zincadas, uma remoção do revestimento de zinco poderá ocorrer como conseqüência da temperatura atingida na interface eletrodo/chapa já que o ponto de fusão do zinco é 419,5°C, sendo ainda favorecida pela força dos eletrodos na superfície da chapa (Intermachinery, 2002). Devido ao fato das resistências de contato serem mais baixas nos aços com revestimento de zinco, para se produzir diâmetros satisfatórios de lente de solda, tempos e níveis de corrente de soldagem são necessariamente mais altos, quando comparados aos aços não revestidos.
Além disso, durante a formação de uma solda a ponto entre duas chapas de aço revestidos com Zn, o zinco na interface sobreposta se funde e é radialmente deslocado da zona de solda para formar uma auréola que circunda a solda. Esta auréola desvia alguma corrente ao redor da zona de solda, deixando menos corrente disponível para a formação de lente.
Com isso, é necessário aumentar o valor da corrente para gerar a solda (Intermachinery,2002).
Quanto aos aços revestidos com Zn pelo processo de eletrogalvanização, as mesmas condições usuais que se aplicam aos aços não revestidos são utilizadas. O fino revestimento de zinco não afeta apreciavelmente o processo de soldagem, mas se um filme de fosfato estiver presente, a força de soldagem deve ser aumentada para reduzir o seu efeito isolante (Intermachinery, 2002).
Segundo Gedeon (1984), o acréscimo de Downslope e Upslope aumenta a soldabilidade de chapas galvanizadas por imersão a quente (figura 2.10).
33

Figura 2.10– Efeitos dos Upslope e Downslope na soldabilidade em um tipo de aço (Gedeon 1984, modificado).

38 – CONTROLE DA QUALIDADE DA SOLDA

Uma prática geral no controle da qualidade em soldagem a ponto por resistência elétrica é baseado na análise das propriedades do ponto de solda e na uniformidade e consistência dos resultados. Um critério utilizado nos testes com uma dada amostragem é que os resultados aceitáveis caiam dentro de + 10% de tolerância em relação à média. (Metals Handbook. 1991).
Tipicamente, a resistência de uma junta por solda a ponto é geralmente relacionada às características físicas: medida do ponto de solda, da ZAC, indentação e propriedades do material. De qualquer forma as medidas do ponto de solda têm sido extensivamente relacionados com resistência da junta (Zhou, et. al., 2003).
Existe uma diversidade de medidas recomendadas pelos autores considerada como medida ótima do ponto de solda, a forma mais utilizada é considerar o diâmetro do ponto como D = 5 t , sendo t = espessura da chapa. Segundo Zhou (2003) e AWS (1998) o máximo útil da medida do ponto é difícil de especificar em termos gerais. Cada usuário pode estabelecer seus limites de acordo com os requerimentos do projeto e a experiência das práticas (Intermachinery, 2002).34
A mínima profundidade (indentação) é geralmente aceita como 20% da espessura da chapa mais fina. Se for menor que este valor, a solda é dita de “fria” por motivo do calor gerado na zona de solda ser muito baixo. O máximo valor da profundidade não deve ultrapassar o 80% da chapa mais fina. Grandes profundidades de indentação resultam em expulsão e rápido desgaste do eletrodo (AWS, 1998). Já Wu (1968) afirma que indentação entre 5% – 10% da espessura da chapa garantem uma boa resistência à solda. Zhou, (2003) no seu trabalho de simulação computacional encontrou que a medida da ZAC tem um papel importante na análise da resistência da solda devido a altas concentração de tensões dentro e ao redor da ZAC. Espessura da chapa (produzindo maior ponto de solda), resistência do metal base, além da ZAC, são os parâmetros críticos para determinar a qualidade de um ponto de solda.

39 – MÉTODOS PARA AVALIAR A QUALIDADE DA SOLDA

Uma solda por resistência pode ser examinada usando procedimentos de ensaios destrutivos e não destrutivos. As dificuldades inerentes a este último ensaio são amplamente conhecidas. Além disso, um procedimento de amostragem segundo o qual um número de componentes são testados para destruição não providencia segurança que todas as soldas sejam de qualidade requerida, toda vez que condições de soldagem podem variar desde uma solda a outra por muitas razões (Andrews, 1975).
Estes testes são ensaios mecânicos utilizados para se obter informações quantitativas sobre o comportamento mecânico de pontos de solda.
Satonara (2000) fez um trabalho de revisão dos métodos de análise da qualidade da solda e concluiu que monitoramento de parâmetros e testes destrutivos são os melhores métodos.
Dentro da idéia de monitorar o processo de solda a ponto, sensores são dispostos ou montados sobre a máquina de solda. Corrente é monitorada por um toróide (bobina) e a tensão monitorada por 2 cabos medindo a diferença de potencial. Esses dois cabos podem ser montados na ponta dos eletrodos, nas pinças ou porta-eletrodos e na carcaça da máquina perto do transformador (Needham, J. C., 1983).35 Needham (1983), mostra que com a conexão dos cabos nas pontas dos eletrodos, menores distorções na aquisição dos sinais elétricos são conseguidas.
Uma outra técnica de monitoração é a de filmagem. Cho, (2003) fez uma filmagem com câmera digital de alta velocidade observando os efeitos dos parâmetros do processo na formação e desenvolvimento da lentilha de solda. O trabalho de Cho (2003) será utilizado como base para realizar a filmagem neste trabalho.
O estudo da transferência metálica em solda utilizando o método sinchronized
Shadowgraphy proposto por Balsamo (2000), é um exemplo das técnicas criadas para melhorar a qualidade da solda.

40 – Inspeção Visual

A superfície de um ponto de solda deve ser uniforme na forma, relativamente plana e deveria ser livre de fusão superficial, indentação profunda dos eletrodos, trincas, descoloração ao redor da solda e outros fatores que indicam necessidade de manutenção dos eletrodos ou funcionamento impróprio do equipamento. Entretanto, a aparência superficial não é sempre um indicador confiável da qualidade da solda já que o desvio de corrente e outras causas de aquecimento insuficiente ou penetração inadequada, usualmente, não deixam efeitos visíveis nas chapas.
Todas essas conseqüências da solda, além de degradarem o aspecto da superfície, podem dar a impressão de que a solda é defeituosa, como o caso da descoloração ao redor da solda, evidente em aço revestido, mas é um fato que não pode ser eliminado.

41 – Ensaio não destrutivo

O que tem feito algum sucesso nos últimos anos é o ensaio ultra-sônico. Nesse ensaio a qualidade da solda é avaliada pela observação da forma de onda sonora, que foi previamente aplicada, quando esta retorna ao se deparar com algum obstáculo. Essa observação é feita em um osciloscópio. A desvantagem deste tipo de ensaio é a complexidade das formas de ondas obtidas e a interpretação delas as quais podem ser 36 complexas e podem demandar muito tempo, o que é não é desejado em uma linha de montagem, motivo pelo qual esse método não está sendo usado extensivamente.
Raios infravermelhos, emissões acústicas são outras técnicas que podem ser utilizadas, mas são muito caras e muito demoradas.
O que está sendo utilizado na atualidade é um acompanhamento on-line do processo, isso quer dizer um monitoramento de parâmetros tais como: corrente e tensão de solda, resistência dinâmica, força do eletrodo entre as principais além do monitoramento do crescimento e da formação da lentilha de solda.

42 – Ensaios destrutivos

Nestes ensaios a qualidade da solda é determinada pelas informações obtidas sobre um grupo de amostras aleatórias na quais são realizadas os testes necessários de resistência do ponto.

43 – Teste por tensão cisalhante

O teste por tensão cisalhante consiste na aplicação de forças de separação nas duas peças unidas. Estas forças são opostas e agem em uma direção paralela à superfície da peça.
O corpo-de-prova é carregado até a sua ruptura sob tensão numa máquina padrão para o teste. As dimensões do corpo-de-prova para este teste são especificados pela norma AWS/SAE 8.9M (2002) e são apresentadas na Tabela 2. A avaliação da solda é feita em função do valor máximo da carga utilizada para romper o corpo-de-prova, assim como o modo de ruptura do ponto que, em chapas de até 2 mm de espessura deve apresentar arrancamento da lente de solda de uma das chapas. Força Força 37 A junta, quando submetida a tensões cisalhantes, pode falhar através da lente de solda, o que é associado à baixa resistência da lente, ou pelo rompimento do metal base adjacente à lente de solda, o que é associado com alta resistência da solda (Figura 2.12). Exige-se, em geral, um diâmetro de lente de solda de cerca de 4 t , onde t é a espessura da chapa, para que a falha por rompimento do metal base ocorra. Tal diâmetro, que pode ser menor que 4 t , depende da finalidade a que tal solda se destina (Intermachinery, 2002).

Figura 2.12 - Tipos de falha em teste de resistência ao cisalhamento como função da rotação do corpo-de-prova (AWS 1998, modificado). 38 A resistência ao cisalhamento das soldas aumenta rapidamente no intervalo entre os níveis de solda mínima e expulsão. Resultados mostram que a resistência ao cisalhamento ainda é mantida em correntes acima do limite de expulsão de modo que soldas aceitáveis em termos de resistência ainda são obtidas. Entretanto, a expulsão é indesejável por uma série de razões, entre elas, a segurança do operador e o perigo de incêndio. Também deve ser evitada porque acredita-se que ela reduz a vida da ponta do eletrodo e isto é de importância fundamental quando se solda aços com revestimento metálico. É recomendado, portanto, soldar numa corrente um pouco abaixo da de expulsão (Intermachinery, 2002).

A dureza da zona de fusão exerce algum efeito na resistência por tensão cisalhante, mas ela contribui ainda mais para a falha na solda quando esta é submetida a forças de impacto ou vibração. Para esta situação, uma dureza excessiva pode resultar em falhas devido a trincas e fadiga. Em alguns casos é empregado um intervalo de pós solda com a finalidade de evitar um esfriamento muito rápido do material onde as trincas ou rachaduras podem aparecer (Intermachinery, 2002).

44 – Teste por tração axial

Neste teste, a solda é tensionada na direção normal à superfície do material. O
procedimento adotado a nível industrial pode ser visto na Figura 2.13: o corpo-de-prova é dividido em três regiões iguais e suas bordas são dobradas a 900 num dispositivo adequado formando um “U”. Este corpo-de-prova é soldado a um outro corpo-de-prova com a mesma forma, formando uma estrutura em forma de “H” e o conjunto assim formado é, então, tracionado axialmente.

Figura 2.13 - Formato do corpo-de-prova utilizado no teste de tração axial (Intermachinery,2002).39

45 – Teste de torção

O procedimento utilizado é o mesmo do item sobre teste por tensão cisalhante, sendo que o corpo-de-prova é levado a um dispositivo adequado para sofrer uma torção. Após a ruptura, a lente de solda fica aderida a uma das chapas e recebe o nome de botão de solda, cujo diâmetro é medido por um paquímetro.

46 – Teste de arrancamento

É o tipo de teste mecânico mais comumente usado em soldas a ponto. Ele é usado para determinar a soldabilidade a ponto em todas as espécies automobilísticas. Existem várias razões para o amplo uso de teste: (a) facilidade de execução, (b) baixo custo, (c) utilização em chão de fábrica como um teste de controle de qualidade.
Neste teste, após os corpos-de-prova terem sido soldados, eles são levados a um dispositivo de fixação e com auxílio de uma ferramenta apropriada, são dobrados fazendose o arrancamento da lente, como pode ser observado na Figura 2.14(a). Em seguida medese, com um paquímetro, o diâmetro do botão de solda em duas direções perpendiculares. A qualidade da solda é avaliada pelo diâmetro da lente de solda que ficará aderido a uma das partes após separação (Powell, H. J., et. al., 1996).

Figura 2.14 – Rotina de testes para arrancamento: a) Com chave tipo pé de cabra, b) Teste mecânico e c) Teste tipo descascamento (Powell, 1996, modificado)

47 – Teste metalográfico

O teste metalográfico é utilizado para medir o diâmetro da lente de solda. O corpo-deprova
é submetido ao teste de torção e o botão de solda é lixado e polido e levado ao
microscópio para a determinação de seu diâmetro (Intermachinery, 2002).

Bibliografia: Estudo da Formação, Geometria e resistência do ponto na soldagem por resistência: Uma abordagem estatística – José Enrique Vargas Aures – Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Brasília – Faculdade de Tecnologia.