Compreendendo a soldagem por pontos e por costura: técnicas, aplicações e equipamentos

Soldagem por Ponto de Resistência (RSW): Visão Geral do Processo

Soldagem por Ponto de Resistência é um processo em que as superfícies de contato de uma junta sobreposta são unidas pela aplicação de pressão e calor gerado por resistência elétrica. O calor gerado é concentrado no local da solda pelos eletrodos opostos, que são fabricados a partir de liga à base de cobre ou combinação de cobre-tungstênio: ligas à base de cobre são amplamente utilizadas devido ao seu alto grau de condutividade, enquanto combinações de cobre-tungstênio fornecem melhor resistência à abrasão e ao desgaste nas aplicações que são consideradas exigentes.

Eletrodos basicamente controlam a qualidade e o tamanho da solda. Embora um formato redondo na ponta de um eletrodo seja o mais comumente usado, outros designs, como pontas hexagonais e quadradas, foram desenvolvidos para propósitos especiais. Outros eletrodos têm passagens internas de resfriamento de água que ajudam a reduzir seu aquecimento durante a soldagem, aumentando assim sua vida útil.

As amplas aplicações da Soldagem por Ponto de Resistência são encontradas em indústrias como a de fabricação de automóveis, com uma carroceria de carro precisando de aproximadamente 10,000 soldas por ponto simples. Outros usos gerais incluem eletrodomésticos, móveis de metal e produtos de chapa metálica semelhantes. Sua prevalência na produção em massa ressalta sua importância econômica e industrial, já que a produção mundial de automóveis sozinha atinge dezenas de milhões a cada ano.

Equipamento de soldagem por pontos

Existem três tipos principais de equipamentos de soldagem a ponto: máquinas de balancim, soldadores do tipo prensa e pistolas de soldagem a ponto portáteis. Cada um é mais adequado para uma aplicação específica.

Soldadores de ponto de balancim (como o visto abaixo) têm sido amplamente utilizados no manuseio de peças de trabalho relativamente pequenas. A configuração inclui um eletrodo inferior fixo e um eletrodo superior flutuante carregado em um balancim. O movimento do eletrodo superior é controlado por um pedal, no qual um operador pode levantá-lo ou abaixá-lo para assumir o trabalho durante o procedimento de carga e descarga. Por exemplo, essas máquinas são aplicáveis ​​para operação de serviço leve, e os tipos modernos geralmente incluem controles programáveis ​​para gerenciar a força e a corrente durante o ciclo de soldagem.

                   Máquina de balancim

Para peças maiores e mais pesadas, soldadores a ponto do tipo prensa são a melhor escolha. Essas são máquinas estacionárias onde uma prensa verticalmente acionada, acionada pneumaticamente ou hidraulicamente, é usada para mover o eletrodo superior em um movimento em linha reta. Esse design permite a aplicação de forças maiores e acomoda ciclos de soldagem mais complexos, tornando-os indispensáveis ​​para aplicações industriais de larga escala.

Em situações em que é impraticável usar máquinas de solda a ponto estacionárias para manusear peças grandes e pesadas, as portáteis operadas manualmente são a solução eficaz. Ferramentas leves apresentam eletrodos opostos alojados em um mecanismo de pinça, permitindo que um trabalhador humano ou robô industrial as manobre facilmente. Pistolas portáteis são conectadas a sistemas de energia e controle por meio de cabos e mangueiras flexíveis com a opção de incorporar resfriamento a água para os eletrodos. Sua adaptabilidade também as torna pedras angulares em fábricas de montagem de automóveis, amplamente utilizadas para soldar carrocerias de automóveis — geralmente sob o controle de um robô.

Processo de Soldagem a Ponto

O processo de soldagem a ponto consiste em uma série de eventos, chamados de ciclo de soldagem, e envolve inserção de peças, aplicação de força, controle do tempo de soldagem e resfriamento. Cada etapa do ciclo é importante para obter uma solda forte e confiável. As etapas de um ciclo de soldagem a ponto são mostradas na Figura abaixo.

O ciclo de soldagem 
1. Imersão de peças e contato primário
As peças de metal são colocadas entre dois eletrodos de cobre. Esses eletrodos são então colocados em leve contato com a superfície dos metais, tendo-se aplicado alguma pressão a eles. Em um nível microscópico, a superfície dos metais nunca é lisa; portanto, são apenas picos que podem acontecer de se tocar inicialmente. Em tais pontos, quando a pressão de contato adequada é aplicada, a camada de óxido se rompe e algumas pontes de metal com metal são formadas. O cronograma de soldagem garante tempo suficiente para que a força do eletrodo atinja 95% da força de soldagem pretendida antes que o fluxo de corrente comece, garantindo consistência e precisão.

2. Aplicando corrente de solda
Quando a pressão necessária é atingida, uma alta corrente elétrica é passada pelos eletrodos por um período de tempo muito curto. Enquanto a passagem da corrente pelo metal a granel se espalha para uma grande área, na interface onde os metais se tocam, a corrente flui pelas pontes metálicas e a densidade de corrente neste ponto se torna muito alta. A densidade de corrente neste ponto desenvolve calor suficiente para derreter as pontes metálicas.

Quando essas pontes iniciais derretem e colapsam, outros picos nas superfícies metálicas entram em contato uns com os outros para formar novas pontes. A resistência do metal fundido é maior em comparação com as pontes recém-formadas, e a corrente muda para os caminhos recém-formados. O processo de transição de uma ponte para outra se repete até que a interface completa seja derretida e uma pepita seja formada.

A entrada de energia no ponto de solda depende da resistência do material, magnitude da corrente e tempo de solda. Tem que haver um equilíbrio; entrada de energia muito pequena cria fusão incompleta, tornando a solda fraca; excesso de energia causa superfusão, até mesmo a ejeção do material fundido, às vezes perfurando um furo na junta.

3. Resfriamento e Solidificação

Uma vez que a corrente para, por um curto período de tempo a força do eletrodo é mantida para que o metal fundido possa esfriar e solidificar sob pressão. Na maioria dos sistemas de soldagem, os eletrodos têm furos de refrigeração que aceleram esse resfriamento ao resfriar localmente a peça de trabalho.

Ao final desta etapa do processo, uma pepita redonda é formada, com um diâmetro de 4 a 7 milímetros. Tal pepita garantirá uma junta forte sem qualquer cordão de solda em ambos os lados da chapa, mantendo a integridade estrutural e a aparência da superfície da peça de trabalho.

Soldagem por costura de resistência (RSEW)

Soldagem por Costura de Resistência (RSEW) é uma variação mais aperfeiçoada da soldagem por pontos de resistência na qual eletrodos em forma de bastão são substituídos por rodas giratórias, conforme ilustrado na Figura abaixo. O arranjo fornece uma série de soldas sobrepostas em uma junta sobreposta e garante costuras fortes e estanques. A soldagem por costura de resistência é amplamente usada na fabricação de tanques e na fabricação de silenciadores de automóveis e outros contêineres de chapa metálica fabricados. Continua a ser um processo de união muito importante na fabricação de componentes duráveis ​​e selados para muitas indústrias.

Detalhes do processo principal

A operação de soldagem de costura é geralmente realizada de forma contínua e as costuras devem ser retas ou de curvatura uniforme devido aos problemas experimentados com cantos afiados e descontinuidades. Os acessórios são necessários para posicionar as peças de trabalho e evitar empenamento, que é o maior problema com a soldagem de costura.
As três variantes de RSEW (soldagem por movimento contínuo, soldagem por pontos por rolo e soldagem por costura contínua) são representadas graficamente na Figura abaixo.

Essas técnicas revelam a flexibilidade do processo:

Soldagem de movimento contínuo: Este é o principal processo no qual as rodas de eletrodos giram continuamente a uma velocidade constante e a corrente de solda pulsa em intervalos regulares. Nuggets de solda sobrepostos são, portanto, criados pelo tempo para uma costura consistente e forte.
Soldagem por pontos de resistência ao rolamento: Isso envolve a introdução de lacunas entre pepitas de solda por meio da redução da frequência de pulso da corrente de solda. Assim, pontos de solda intermitentes são criados ao longo da costura e são mais adequados onde menos continuidade de solda é necessária.
Soldagem de Costura Contínua:Nesta variante, a corrente de soldagem é contínua; portanto, ela produz uma costura totalmente ininterrupta continuamente ao longo da junta.
Outro método, soldagem de movimento intermitente, para a roda de eletrodos ciclicamente para fazer as soldas. A roda gira entre paradas e, portanto, o espaçamento dos nuggets de solda pode criar padrões como aqueles em a) e b) da Figura acima.

Equipamentos e Refrigeração

As máquinas de solda por costura são como soldadores de ponto do tipo prensa, exceto que seus eletrodos são em forma de roda em vez de bastão. O resfriamento também é necessário na RSEW para evitar aquecimento indevido tanto da peça de trabalho quanto das rodas do eletrodo. Isso pode ser feito direcionando água para a parte superior e inferior das superfícies da peça de trabalho adjacentes às rodas do eletrodo.

Resumo Comparação de Soldagem por Ponto e Soldagem por Costura