A soldagem por resistência (RW) abrange uma gama de técnicas de soldagem por fusão que alcançam a coalescência através de uma mistura de calor e pressão. O calor é produzido na junção que deve ser soldada por resistência elétrica ao fluxo de corrente. Os principais elementos da soldagem por resistência são exibidos na figura abaixo para o método mais popular do grupo, uma operação de soldagem por pontos por resistência. As peças de trabalho a serem soldadas (geralmente peças de chapa metálica), dois eletrodos opostos, uma forma de pressionar as peças entre os eletrodos e uma fonte de energia CA que pode aplicar uma corrente controlada são os componentes. Na soldagem a ponto, o processo cria uma zona fundida entre os dois componentes conhecida como pepita de solda.
A soldagem por resistência não requer gases de proteção, fluxo ou metal de enchimento como a soldagem a arco, e os eletrodos que transportam a energia elétrica não são consumíveis. A RW é categorizada como soldagem por fusão, pois as superfícies de fusão derretem virtualmente invariavelmente quando o calor é aplicado. Existem certas exceções, no entanto. Para evitar a fusão, certas técnicas de soldagem baseadas em aquecimento por resistência empregam temperaturas mais baixas do que os pontos de fusão dos metais base.
O processo de soldagem por resistência envolve diversas variáveis importantes, como propriedades do eletrodo, corrente de soldagem, força do eletrodo e duração da corrente. A soldagem por resistência é um processo de soldagem eficaz e rápido, pois requer uma corrente que pode ser dez a cem vezes maior que a da soldagem a arco, embora o tempo real de soldagem seja geralmente inferior a um segundo.
Fonte de energia e geração de calor em RW
Na soldagem por resistência (RW), a resistência do circuito, o fluxo de corrente e a duração da aplicação da corrente afetam a energia térmica necessária para a soldagem. A seguinte expressão matemática representa esta relação:
H = eu2 Rt
onde �� é o calor gerado em joules (para converter em Btu, divida por 1055); �� é a corrente em amperes; �� é a resistência elétrica em ohms; e �� é o tempo em segundos.
Os processos de soldagem por resistência frequentemente envolvem correntes muito altas (5000 a 20,000 A) com tensões relativamente baixas (geralmente abaixo de 10 V). Na maioria dos procedimentos, a duração da corrente (t) é pequena; por exemplo, em uma operação de soldagem a ponto padrão, ela pode durar de 0.1 a 0.4 segundos. Como a resistência em RW é muito baixa (em torno de 0.0001 V) e a parte quadrada na equação acima amplia o efeito da corrente, uma grande corrente é empregada. A combinação das resistências das peças de trabalho, dos eletrodos, das resistências de contato entre os eletrodos e as peças de trabalho e da resistência de contato das superfícies de alimentação resulta em resistência no circuito de soldagem. Portanto, o calor é produzido em cada uma dessas zonas de resistência elétrica. Como o local preferido da solda é nas superfícies de contato, é ideal que elas tenham a maior resistência na soma. O uso de metais como cobre, que têm resistividades extremamente baixas, reduz a resistência dos eletrodos. Para dispersar o calor produzido ali, os eletrodos são frequentemente resfriados com água. As resistências das peças de trabalho são determinadas pela espessura da peça e pelas resistividades dos metais base. O tamanho, a forma e as áreas de contato do eletrodo, bem como as condições da superfície (como a escala do eletrodo e a limpeza das superfícies de trabalho), determinam as resistências de contato entre os eletrodos e as peças.
Por fim, o acabamento da superfície, as condições higiênicas, a área de contato e a pressão afetam a resistência nas superfícies de contato. Não deve haver impurezas para manter as superfícies de contato separadas, como tinta, óleo ou sujeira.
A pressão é tão importante para o sucesso da soldagem por resistência quanto o calor. Na soldagem por resistência (RW), os principais objetivos da pressão são pressionar as superfícies de contato uma contra a outra para obter a coalescência assim que a temperatura correta de soldagem for atingida e forçar o contato entre as duas superfícies de trabalho e os eletrodos antes que a corrente seja aplicada.
Vantagens e desvantagens da soldagem por resistência
A soldagem por resistência é uma opção comum para aplicações industriais devido aos seus muitos benefícios. Sua eficiência e rapidez, que permitem grandes índices de produção, são duas vantagens principais. Metais de adição não são necessários para o processo e, como o calor é localizado, há menos chance de dobrar os componentes adjacentes. A soldagem por resistência também é excelente para automação, o que a torna perfeita para fabricação em larga escala. Como o calor pode ser regulado com precisão, as soldas resultantes são robustas, exatas e precisas. Esta abordagem também é mais económica porque requer menos trabalho de acabamento e menos energia do que muitas outras, e é mais segura do que muitas outras porque não emite fumos ou faíscas.
A soldagem por resistência, entretanto, apresenta diversas desvantagens. Algumas operações podem ter dificuldade em obter o equipamento necessário porque este é muitas vezes dispendioso e especializado. Restringe os tipos de metais que podem ser soldados, trabalhando apenas com materiais que possuam alta resistência elétrica. Devido ao calor confinado, peças grandes são difíceis de soldar e o alinhamento preciso dos componentes é essencial para evitar juntas fracas. A expansão ou contração desigual de materiais induzida pelo calor pode levar à distorção, o que pode ser potencialmente um problema. A soldagem por resistência ainda é uma tecnologia útil em muitos contextos de fabricação, apesar dessas dificuldades.
Principais processos de soldagem por resistência
Os três principais processos de soldagem por resistência de importância comercial são soldagem por resistência a ponto (RSW), soldagem por costura por resistência (RSEW) e soldagem por projeção (RPW).
Soldagem a Ponto por Resistência (RSW)
A soldagem por ponto de resistência (RSW) é o método mais comum em sua classe e é amplamente utilizado na fabricação em massa de eletrodomésticos, carros, móveis de metal e outros produtos de chapa metálica. O significado económico da soldadura por pontos por resistência torna-se claro quando se considera que a carroçaria média de um automóvel tem aproximadamente 10,000 pontos de soldadura e que a produção anual de automóveis atinge dezenas de milhões em todo o mundo.
A soldagem a ponto por resistência (RSW) é um método de RW no qual eletrodos opostos fundem as superfícies de contato de uma junta sobreposta em um único local. Este método é aplicado a componentes de chapa metálica com espessura de 3 mm (0.125 pol.) ou menos, quando uma montagem hermética não é necessária. Uma sequência de soldas por pontos é usada para unir os componentes. Embora eletrodos redondos sejam a forma de eletrodo mais frequente, formatos quadrados, hexagonais e outros também podem ser empregados, a ponta do eletrodo determina o tamanho e a forma do ponto de solda.
O nugget de solda resultante tem geralmente entre 5 e 10 mm (0.2 e 0.4 pol) de diâmetro, e os metais base estão ligeiramente além do nugget onde a zona afetada pelo calor se estende. A resistência da solda deve ser comparável ao metal circundante se for produzida corretamente. A figura a seguir ilustra as etapas envolvidas em um ciclo de soldagem por pontos.
Duas categorias primárias de materiais são utilizadas para fazer eletrodos RSW: ligas baseadas em cobre e composições de metais refratários, como cobre e tungstênio. A maior resistência ao desgaste do segundo grupo é bem conhecida. Na soldagem a ponto, como na maioria dos processos de produção, as ferramentas envelhecem gradualmente com o uso. Os eletrodos são feitos com passagens internas de resfriamento de água, se possível. A soldagem a ponto pode ser feita com uma variedade de ferramentas e técnicas devido ao seu amplo uso industrial. O aparelho consiste em pistolas de soldagem a ponto portáteis, bem como máquinas de soldagem a ponto estilo prensa e balancim. Os soldadores a ponto de balancim incluem um eletrodo superior que é móvel e pode ser levantado e abaixado para facilitar o trabalho de carga e descarga. O eletrodo inferior permanece estacionário. O eletrodo superior é fixado a um balancim — daí o nome — cujo movimento é controlado pelo pedal do trabalhador.
A força e a corrente durante todo o ciclo de soldagem podem ser controladas por programação em equipamentos modernos. Os soldadores pontuais com prensas são destinados a trabalhos mais pesados. Uma prensa vertical acionada por energia hidráulica ou pneumática produz um movimento em linha reta para o eletrodo superior. Forças maiores podem ser usadas graças à ação da prensa, e ciclos de soldagem complicados podem normalmente ser programados usando os controles. A tarefa é trazida para os dois tipos de máquinas anteriores, que são soldadores por pontos estacionários. É um desafio transferir e posicionar a peça em máquinas estacionárias para tarefas pesadas e massivas. As pistolas portáteis de soldagem por pontos vêm em uma variedade de tamanhos e combinações para atender a essas situações. Dois eletrodos opostos presos dentro de um mecanismo de pinça constituem esses dispositivos. Como cada item é leve, um robô industrial ou um trabalhador humano pode agarrá-lo e operá-lo. Cabos elétricos flexíveis e mangueiras de ar são usados para conectar o canhão à sua própria fonte de energia e controle. Se necessário, uma mangueira de água também pode ser usada para fornecer resfriamento de água aos eletrodos. A soldagem a ponto de carrocerias de automóveis é uma tarefa comum para pistolas móveis de soldagem a ponto em fábricas de montagem de automóveis. Embora os humanos ainda operem algumas dessas armas, os robôs industriais são agora a tecnologia preferida.
Soldagem por costura de resistência (RSEW)
A soldagem por costura por resistência (RSEW) é uma técnica que produz uma sequência de soldas por pontos sobrepostas ao longo de uma junta sobreposta, empregando rodas giratórias em vez de eletrodos em forma de bastão, como na soldagem por pontos. Este procedimento, mostrado na figura abaixo, é frequentemente empregado na produção de recipientes de chapa metálica, silenciadores de automóveis e tanques de gasolina porque produz juntas herméticas. Embora a soldagem a ponto e o RSEW sejam essencialmente idênticos, o RSEW envolve complexidade adicional devido aos eletrodos da roda e ao aspecto contínuo da operação.
A operação contínua no RSEW significa que as costuras devem estar ao longo de uma linha reta ou uniformemente curvada, pois cantos agudos e descontinuidades podem representar desafios. Além disso, o empenamento das peças é uma preocupação maior, necessitando de acessórios para manter as peças no lugar e minimizar a distorção.
A aplicação da corrente de soldagem e o movimento das rodas de eletrodos no RSEW determinam a distância entre as pepitas de solda. Na técnica mais popular, chamada de soldagem por movimento contínuo, o espaçamento apropriado entre as soldas por pontos é obtido pulsando periodicamente a corrente à medida que as rodas giram a uma velocidade constante. As áreas de solda sobrepostas são normalmente o resultado desta configuração. Por outro lado, um processo conhecido como soldagem a ponto por rolo permite que apareçam lacunas entre os pontos de solda se a frequência da corrente for diminuída. Alternativamente, uma costura de solda contínua pode ser obtida mantendo uma corrente de soldagem constante. A figura abaixo mostra essas variações.
Outra variação do RSEW é a soldagem de movimento intermitente, na qual cada solda a ponto é produzida pela roda de eletrodos parando regularmente. O espaçamento entre as áreas de solda é determinado pelo movimento da roda entre paradas, resultando em padrões que lembram aqueles nas Figuras (a) e (b) acima.
Embora as rodas de eletrodo sejam usadas no lugar dos eletrodos em forma de bastão, as máquinas de solda por costura são semelhantes aos soldadores por pontos do tipo prensa. Durante o RSEW, o resfriamento é frequentemente necessário para a peça de trabalho, bem como para as rodas dos eletrodos. A água é geralmente direcionada para a parte superior e inferior das superfícies da peça na vizinhança das rodas dos eletrodos para realizar esse resfriamento.
Soldagem por projeção de resistência (RPW)
Soldagem por projeção de resistência (RPW) é um processo de soldagem por resistência onde a coalescência ocorre em pequenos pontos de contato predeterminados nas peças a serem unidas. Esses pontos de contato podem ser projeções, relevos ou junções localizadas que são construídas nas próprias peças. Por exemplo, ao unir dois componentes de chapa metálica, o componente superior pode ser construído com bordas rebaixadas que entram em primeiro contato com o componente inferior, conforme mostrado na Figura abaixo. As reduções de custo da soldagem podem equilibrar o procedimento de relevo, apesar da aparência de que isso aumenta o custo da peça.
A soldagem por projeção de resistência vem em duas variações, que são retratadas na figura abaixo. Uma variação permite que a RPW conecte permanentemente fixadores com projeções moldadas ou usinadas a uma folha ou placa, facilitando os procedimentos de montagem futuros. Para a fabricação de itens de arame soldado, como carrinhos de compras, grelhas de fogão e cercas de arame, outra versão conhecida como soldagem de arame cruzado é empregada. As superfícies de contato dos arames redondos atuam como projeções neste processo, ajudando a localizar o calor de resistência necessário para a soldagem.
Outras operações de soldagem por resistência
Além dos principais procedimentos de soldagem por resistência que foram abordados anteriormente, os seguintes métodos alternativos se enquadram nesta categoria e também devem ser reconhecidos: soldagem flash (FW), soldagem perturbada (UW), soldagem por percussão (PEW) e soldagem por resistência de alta frequência. soldagem (HFRW).
Soldagem Flash (FW)
A soldagem flash (FW) é predominantemente usada para juntas de topo. O processo envolve aproximar as superfícies que precisam ser soldadas e aquecê-las até o ponto de fusão por meio de corrente elétrica. Dependendo do grau de contato da superfície, esse processo envolve formação de arco, às vezes chamado de flashing. O FW é, portanto, ocasionalmente incluído no grupo de soldagem a arco. As superfícies são forçadas juntas para produzir a solda após o aquecimento, o que frequentemente exige usinagem adicional para garantir dimensões de junta consistentes. O FW é usado em processos econômicos e de alta velocidade, incluindo a conexão de extremidades de fios em trefilados e soldagem de topo em tiras de aço em laminadores.
Soldagem perturbada (UW)
Semelhante ao FW, a soldagem virada (UW) combina as fases de aquecimento e prensagem em um único ciclo de processo. Em contraste com o FW, o UW aquece apenas pela resistência elétrica nas superfícies de contato – arco não incluído. Ao atingir uma temperatura abaixo do ponto de fusão, as superfícies de contato coalescem sob pressão aumentada, o que faz com que os materiais na região de contato sejam perturbados. Embora o UW compartilhe várias aplicações com o FW, como união de fios, canos e tubos, não é exatamente uma técnica de soldagem por fusão como algumas das outras mencionadas.
Soldagem por percussão (PEW)
Semelhante à FW, a soldagem por percussão (PEW) usa ciclos de soldagem incrivelmente curtos — entre um e dez milissegundos — em sua operação. Quando a energia elétrica é liberada abruptamente entre superfícies que precisam ser unidas, o aquecimento rápido resulta. Os componentes são então fundidos aplicando uma força de percussão. Para aplicações eletrônicas onde o tamanho compacto e componentes adjacentes que são sensíveis ao calor são essenciais, o aquecimento localizado da PEW é perfeito.
Soldagem por resistência de alta frequência (HFRW)
A corrente alternada de alta frequência é usada na soldagem por resistência de alta frequência (HFRW) para aquecer as superfícies metálicas antes que uma força perturbadora seja aplicada para finalizar a solda. Essa técnica, que opera em frequências que variam de 10 a 500 kHz, garante que o efeito pelicular da corrente de alta frequência concentre o calor na junta soldada. Em um procedimento comparável denominado soldagem por indução de alta frequência (HFIW), uma bobina de indução é usada para criar corrente em vez de fazer contato elétrico direto. Para tarefas de soldagem contínua, como unir costuras longitudinais de tubos metálicos, HFRW e HFIW são adequados. Essas técnicas são úteis para uma variedade de processos industriais devido à sua capacidade de produzir soldas consistentes e de alta qualidade em situações de fabricação em alta velocidade.
Referências
Groover, MP, 2010. Fundamentos da Manufatura Moderna: Materiais, Processos e Sistemas. 4ª edição. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, Inc.
