RESUMO
Solda ponto é o processo de soldagem em que peças são unidas através da aplicação
de calor, gerado pela resistência a uma corrente elétrica, e pressão. O processo de
soldagem por ponto é amplamente utilizado no setor automobilístico, por ser muito
eficiente na soldagem de chapas de pequenas espessuras.
O calor na soldagem por resistência elétrica é produzido através da passagem do fluxo
de corrente pela resistência do circuito. Dada a relativa baixa resistência dos metais,
a corrente deve ser elevada para produzir o calor suficiente a fim de se atingir a
temperatura de soldagem adequadas que possibilitem a fusão concentrada de
material, levando em consideração as perdas de calor por condução térmica no metal
de base e as perdas de calor para eletrodos, que estão em temperaturas mais baixas
devido à constante refrigeração.
Este projeto tem por objetivo demonstrar suas principais aplicações, as ferramentas
necessárias e sua robotização e evolução com o passar dos anos. Considerado um
dos principais processos de união de peças por resistência, a solda ponto tem se
estabelecido na indústria por sua alta velocidade de produção e facilidade de
automação em relação aos processos a arco elétrico. Com isso, os custos da solda
ponto em relação ao processo a arco elétrico são bem maiores, por demandar muito
mais energia da rede elétrica e por possuir equipamentos mais caros.
Introdução
Dentre os processos de soldagem, a soldagem por resistência é um dos processos
de fabricação mais utilizados na indústria automobilística, principalmente na soldagem
de componentes de carroceria e chassi. Este processo utiliza o princípio da resistência
à passagem de corrente elétrica, efeito Joule, e a aplicação de tensão para gerar união
localizada em materiais metálicos, normalmente utilizando eletrodos confeccionados
a partir de ligas de cobre CuCrZr.
As peças de trabalho são encaixadas entre os eletrodos, que exercem pressão.
Normalmente, as chapas de aço têm entre 0,5mm a 3mm de espessura. O processo
utiliza dois eletrodos feitos de cobre ligado que concentram corrente em um pequeno
“ponto” e, simultaneamente, prendem as chapas juntas. Atravessar o ponto com uma
grande corrente vai derreter o metal e formar a solda. A característica atrativa da solda
ponto é que uma grande quantidade de energia pode ser concentrada em um tempo
muito curto (cerca de 10 a 100 milissegundos). Isso permite que a soldagem ocorra
sem aquecimento excessivo do restante da chapa.
A quantidade de calor (energia) entregue no ponto é determinada pela resistência
entre os eletrodos e a magnitude e duração da corrente. A quantidade de energia é
escolhida para ser compatível com as propriedades do material, a espessura da junta
e o tipo de eletrodo. Aplicando-se pouca energia, o metal não irá derreter ou será
obtida uma solda de má qualidade. Aplicando-se muita energia, ocorrerá a ejeção de
metal fundido, e se obterá um buraco em vez de uma solda. Outra característica da
solda ponto é que a energia entregue pode ser controlada para produzir soldas
confiáveis.
Essa técnica foi inventada em 1877 por Elihu Thomson, Engenheiro eletricista e
instrumentista, foi um dos fundadores das maiores companhias de eletricidade
nos Estados Unidos, Reino Unido e França, e foi registrada em 1886, mas
desenvolveu-se só a partir do ano de 1925.
O ponto de solda e a região da solda devem ter algumas características. Uma delas é
apresentar um diâmetro mínimo especificado por norma, bem como uma profundidade
de penetração na área soldada. A indentação é a uma impressão deixada pelos
eletrodos na chapa durante o processo de soldagem, sendo desejável que seja a
mínima possível, para não interferir na qualidade visual do ponto formado.
olda por resistência
O processo recebe o nome de solda por resistência devido ao fato de o calor ser
gerado por consequência do aquecimento provocado pelas resistências
envolvidas. Quando a corrente elétrica atravessa esse conjunto de resistências
obtém-se calor, de acordo com a Lei de Joule:
Q=i² x R x t
A quantidade de calor gerada, em Joules, é expressa por “Q”. A corrente elétrica, em
Ampère, é expressa por “I”. A somatória das resistências envolvidas no processo, em
Ohm, é expressa por “R” e o tempo de passagem de corrente, em segundos, é
expresso por “T”.
Podem ser observados dois eletrodos em oposição pressionando dois materiais
metálicos (amostras). As resistências envolvidas no processo foram destacadas, de
forma que se apresentam como R1, R2, R3 e R4 as resistências relativas aos próprios
materiais dos eletrodos e das amostras e como R5, R6 e R7 as resistências ditas de
contato.
A pressão aplicada às peças influencia diretamente nas resistências de contato, de
forma que quando é alta a tendência é diminuir a resistência e por consequência o
diminui o calor gerado. O contrário também é válido, quando se tem uma pressão mais
baixa ocorre um aumento de resistência e por consequência aumenta o calor gerado.
É importante observar que de acordo com o material e geometria das peças que serão
soldadas é que se define material e geometria dos eletrodos que serão utilizados. A
configuração correta do ferramental em conjunto com a escolha certa do equipamento
e parametrização é fundamental para que se obtenha um resultado satisfatório com o
processo.
Para gerar uma boa solda é necessária a correta parametrização do processo, que é
dividida entre os seguintes fatores: Pré-pressão, Tempo de solda, Corrente de solda,
Pós pressão, eletrodo, alinhamento do eletrodo, resfriamento e isolamento do
dispositivo.
Solda ponto
A solda ponto (RSW, do inglês resistance spot welding) é um processo no qual pontos
de contato da superfície do metal são unidos pelo calor obtido a partir da aplicação de
uma corrente elétrica. É um subconjunto de solda por resistência elétrica.
As peças de trabalho são encaixadas entre os eletrodos, que exercem pressão.
Normalmente, as chapas de aço têm entre 0,5mm a 3mm de espessura. O processo
utiliza dois eletrodos feitos de cobre ligado que concentram corrente em um pequeno
“ponto” e, simultaneamente, prendem as chapas juntas. Atravessar o ponto com uma
grande corrente vai derreter o metal e formar a solda. A característica atrativa da solda
ponto é que uma grande quantidade de energia pode ser concentrada em um tempo
muito curto (cerca de 10 a 100 milissegundos). Isso permite que a soldagem ocorra
sem aquecimento excessivo do restante da chapa.
A quantidade de calor (energia) entregue no ponto é determinada pela resistência
entre os eletrodos e a magnitude e duração da corrente. A quantidade de energia é
escolhida para ser compatível com as propriedades do material, a espessura da junta
e o tipo de eletrodo. Aplicando-se pouca energia, o metal não irá derreter ou será
obtida uma solda de má qualidade. Aplicando-se muita energia, ocorrerá a ejeção de
metal fundido, e se obterá um buraco em vez de uma solda. Outra característica da
solda ponto é que a energia entregue pode ser controlada para produzir soldas
confiáveis.
Essa técnica foi inventada em 1877 por Elihu Thomson. e registrada em 1886, mas
desenvolveu-se só a partir do ano de 1925.
Princípio da solda por pontos
No caso mais clássico da soldagem de duas chapas (essas chapas podem ser de aço,
aço galvanizado ou de alumínio, cobre fino, latão, zinco, ouro, prata, chumbo….e de
espessura diferente). As duas chapas são colocadas uma sobre a outra e apertadas
pela máquina de soldagem entre os elétrodos, em antes que uma forte corrente
elétrica as atravesse, criando um núcleo de aço em fusão entre as duas chapas.
Depois dum breve instante, que permite o arrefecimento desse núcleo as chapas são
libertadas e unidas definitivamente por um ponto de solda. Como podemos ver, a solda
é feita por si próprio sem nenhum metal exterior, por isso esse modo de soldagem é
dito autógeno. É feito sobre pressão e as chapas são aquecidas por uma forte corrente
elétrica. A lei na base desse fenómeno é a lei de Joule: W=RI² t Produção de calor W
em Joule, resistência elétrica R em Ohms, intensidade da corrente I em Amperes e
tempo t em secundo. A fusão tem lugar entre as duas chapas porque é o ponto que
apresenta mais resistência elétrica.
Parâmetros
Pré Pressão
É a etapa do início do ciclo de solda, antes de se liberar a corrente de soldagem,
na qual as faces dos eletrodos pressionam as chapas a serem soldadas. As
chapas são mantidas sob pressão, para assegurar a força adequada quando a
corrente de soldagem se inicia. A duração da pré pressão deve ser longa o
suficiente para unir as peças e permitir que a força do eletrodo se estabilize.
Tempo de Solda
Esta etapa é quando a corrente elétrica flui através das peças durante o tempo de
soldagem. Neste momento a corrente de soldagem aquece e funde o material no
ponto de contato entre as chapas formando o ponto de solda.
Corrente de solda
É o que determina o quanto de calor será gerado para o material, sendo
combinada com o tempo de solda, para assim fundir a quantidade de material
necessária para gerar a solda.
Pós pressão
Nesta etapa os eletrodos estão ainda em contato com as peças sob pressão,
depois que a corrente de solda já parou. O tempo de pós-pressão permite que o
ponto de solda solidifique antes que os eletrodos sejam removidos.
Eletrodo
Dressagem
É necessário realizar o dressamento do eletrodo em determinados intervalos de
tempo para manter a face de contato ativa, também é necessária a dressagem
para a remoção de camadas de zinco, latão e outras impurezas que se acomodam
na face do eletrodo.
Alinhamento do eletrodo
Os eletrodos necessitam estar muito bem alinhados, pois a falta de alinhamento
resulta em falhas no processo e na qualidade da solda, resultante de uma
distribuição assimétrica de pressão e corrente.
Refrigeração
É importante que o eletrodo esteja bem refrigerado, pois isso impactará em sua
vida útil e consequentemente na qualidade da solda, pois sem a refrigeração
ocorrerá a queima do eletrodo e isso afetará a condutibilidade da corrente elétrica.
Equipamentos
Transformador de soldagem;
Painel de dois tiristores para a regulação da corrente de soldagem;
Autómato de soldagem (autómato especifico que regula a intensidade da corrente de soldagem como os tempos do ciclo, avisa da mudança dos elétrodos…);
Circuito elétrico de soldagem em cobre;
Circuito pneumático (cilindro, detentor, filtro, EV..);
Circuito de arrefecimento por água do transformador, dos tiristores, e do circuito em cobre de soldagem;
Efeitos
O processo de soldagem ponto tende a endurecer o material, fazendo com que a
chapa fique empenada. Isso reduz a resistência à fadiga do material e pode provocar
uma têmpera localizada. Os efeitos físicos da solda ponto incluem trincas internas, trincas superficiais e uma má aparência. As propriedades químicas afetadas incluem a resistência interna do metal e suas propriedades corrosivas.
Notas elétricas
É complicado para o soldador analisar as resistências elétricas envolvidas no
processo. Existem a resistência interna do equipamento e a dos eletrodos de solda.
Há também a resistência de contato entre os eletrodos de solda e a peça de trabalho.
E existem ainda a resistência das próprias peças de trabalho, e a resistência de
contato entre essas peças.
A resistência da solda ponto sofre alterações conforme a chapa se liquefaz.
Equipamentos de solda modernos podem monitorar e ajustar a solda em tempo
real para garantir uma solda consistente. O equipamento pode procurar controlar
diferentes variáveis durante a solda, tais como corrente, tensão e potência.
Física
Fixação
Tempos de soldagem são normalmente muito curtos, o que pode causar problemas
com os eletrodos, eles não podem se mover rápido o suficiente para manter o
material fixado. Soldagem controladores de usar um duplo impulso para contornar
este problema. Durante o primeiro pulso, o eletrodo de contato pode não ser capaz
de fazer uma boa solda. O primeiro pulso vai amolecer o metal. Durante a pausa
entre os dois pulsos, os eletrodos irão se aproximar e fazer o melhor contato. É
usado para soldar 3 chapas ou para chapas de espessura > 1,5 mm, é a soldagem
por pulsações. Como a capacidade da máquina é finita, temos que usar vários trens
de pulsações: Soldagem – tempo morto – soldagem – tempo morto… O tempo morto
é para não danificar o transformador.
Campo magnético
Durante a solda ponto, a grande corrente elétrica induz um grande campo
magnético, e estes interagem para produzir um grande campo de força magnética, o que impulsiona o metal derretido para mover-se muito rapidamente, com uma velocidade de até 0,5 m/s. Assim, a distribuição de calor no ponto da soldagem pode ser drasticamente alterada pelo movimento rápido do metal derretido. O movimento rápido no ponto de soldagem pode ser observado com fotografias de
alta velocidade.
Segurança
O processo de soldagem ponto tende a endurecer o material, fazendo com que a
chapa fique empenada. Isso reduz a resistência à fadiga do material e pode provocar
uma têmpera localizada. Os efeitos físicos da solda ponto incluem trincas internas,
trincas superficiais e uma má aparência. As propriedades químicas afetadas incluem
a resistência interna do metal e suas propriedades corrosivas.
Evolução das Aplicações
Solda ponto normalmente é usada durante a soldagem de determinados tipos
de chapas de aço e malhas de arame. Quanto mais grossa a chapa, mais difícil se
torna o processo, porque o calor flui mais facilmente para dentro do metal. A solda
ponto pode ser facilmente identificada em muitos produtos feitos de chapas metálicas,
tais como baldes de metal.
Boas práticas de design devem sempre permitir uma acessibilidade adequada à junta
soldada. As superfícies das chapas devem estar livres de contaminantes, tais como
óleo e sujeira, para garantir a qualidade da solda. A espessura do metal geralmente
não é o fator que irá determinar a qualidade final da solda.
Automação
O precursor do termo robô (Groover, 1988) foi Karel Capek, novelista e escritor de
uma peça teatral na Tchecoslovaquia, que usou pela primeira vez, em 1920, a palavra
“robota” (serviço compulsório, atividade forcada) originando a palavra “robot” em
inglês e traduzida para o português como “robô”. Diversos filmes de ficção cientificam
mostraram robôs produzidos com o comportamento e a forma humana, levando
muitos jovens a pesquisar e desenvolver robôs para o mundo real. Com o surgimento
dos computadores na metade do século, iniciaram-se especulações em termos da
capacidade de um robô pensar e agir como um ser humano.
A indústria automobilística, no início século XX, com o propósito de dinamizar seu
processo de produção, introduziu o conceito de linha de montagem, com o intuito de
gerar uma sistematização que possibilitasse a mecanização dos processos produtivos
com maior agilidade, o que passou a atender a uma demanda crescente.
Com a evolução das pesquisas as máquinas foram se tornando cada vez mais
autônomas, sofisticadas, compactas e com maior velocidade, atingindo uma alta
precisão, e em determinados casos mais eficientes que a mão de obra humana. Os
crescentes desenvolvimentos de produção fizeram com que alguns processos mais
elaborados fossem aplicados à indústria, gerando flexibilidade na manufatura com
aplicação de linhas de produção automatizadas, onde são reprogramadas, buscando
uma maior variedade e uma alta taxa de produtividade.
Gradativamente, os trabalhos manuais foram dando lugar a processos robóticos com
maior controle de gerenciamento. Atualmente, devido ao aumento da quantidade de
controladores para robôs e da evolução no sistema de programação, elevou-se o nível
de complexidade nas tarefas realizadas, gerando métodos cada vez mais rápidos de
programação e reprogramação, diminuindo assim, o tempo de parada da linha de
produção e gerando uma maior produtividade, com menores custos para a indústria.
Incialmente, a utilização de robôs foi aplicada na indústria automobilística para
processos de solda por resistência.
A qualidade obtida pelo sistema robótico é fruto do planejamento, do estudo, dos
testes prévios e dos sensores. Onde são escritos programas lógicos para obter correta
execução de trajetória e da aplicação, onde estes parâmetros são lidos pelos sensores
e realimenta o sistema, corrigindo eventuais falhas. Além disto, a fadiga dos sistemas
robóticos é sem dúvida menor que a humana, obtendo-se grande quantidade de horas
trabalhadas ininterruptas, aumentando sua produtividade.
Robôs de solda ponto
Para a solda ponto utilizando robôs é necessário que o robô atenda determinadas
características de equipamento, sendo elas:
Comando de solda com inversor;
Pacote de mangueiras;
Chiller (Sistema de refrigeração);
Robô com capacidade de carga mais elevada (média de 150 kg);
Conjunto de mangueiras;
Conjunto de eletrodos para solda ponto;
Pinça com sistema de comunicação com o robô, funcionando como 7º eixo
do robô;
Dispositivo de fixação da peça a ser soldada.
Geralmente nas células de solda a ponto, são incluídos sistemas de fresa de eletrodo,
sistemas de troca de eletrodo e instrumento de medição de TCP. Devido a grande
quantidade de pontos de soldados é necessária que seja realizada a fresa de
eletrodos frequentemente, para não atrapalhar a produtividade é integrado a célula o
sistema de fresagem e troca de eletrodo automática, realizando o processo em
intervalos de segundos.
O instrumento de medição de TCP é uma ferramenta que realiza a verificação do seu
ponto de referência da pinça, e comunica com o robô a nova posição, compensando
a retirada do material do eletrodo após a dressagem.
Conclusão
Existem hoje grandes empresas fornecedoras de equipamentos de solda ponto pelo
mundo, afim de colaborar para a evolução desse processo muito importante para
nossas linhas de montagens pelo mundo.
A solda ponto ainda possui muitos pontos para ser aprimorados, e com isso a certeza
que esse processo de soldagem RSW estará em nossas linhas de montagens durante
muitos anos, tornado a produção ainda mais ágil e aumentando o nível de qualidade
de nossos produtos.
Referências
Bemvin. Estudo dos parâmetros de solda a ponto com ênfase na soldagem de
aços galvanizados, 2018. Disponível em: https://bemvin.org/estudo-dos-parmetrosde-solda-a-ponto-com-nfase-na-soldagem-de.html. Acesso em:12 mar. 2022.
Bracarense, A. Processo de soldagem por resistência. Dissertação ao Programa
de Pós-graduação em Engenharia Mecânica para a Universidade Federal de Minas
Gerais, Minas Gerais, 2000. Disponível em:
https://asmtreinamentos.com.br/downloads/soldador/arquivo95.pdf. Acesso em: 19
mar. 2022.
Infosolda. Soldagem por resistência – Tipos de soldagem por resistência, 2013.
Disponível em: https://infosolda.com.br/185-soldagem-por-resistencia-tipos-desoldagem-por-resistencia/. Acesso em: 12 mar. 2022.
Isotron. Solda por resistência. Disponível em: https://isotron.com.br/solda-porresistencia/. Acesso em: 12 mar. 2022.
Norma JIS B 01196:2001. Weld Nuts, 2001.
STOCCO, D. Caracterização de solda por resistência a ponto através de
avaliações não destrutivas. Dissertação à Escola Politécnica de São Paulo para
obtenção do título de mestre em engenharia mecânica, São Paulo, 2010. Disponível
em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3151/tde-17082010-
102410/publico/Dissertacao_Danilo_Stocco.pdf. Acesso em: 12 mar. 2022.
Vivone, M.; Giusti, P.; Rodrigues, F. Interpretação dos requisitos CQI-15 processos
especiais: Avaliação do sistema de soldagem (Welding) (WSA). São Paulo:
InterAction Plexus, 2010.
Esse texto foi traduzido por alunos da fatec-sp
torne-se um engenheiro ou um especialista internacional de soldagem IIW IWE IWS
Entre em contato por: +55 (11) 91713-0190 / 96378-0157 / treinasolda@infosolda.com.br / Infosolda@infosolda.com.br
