Testes preliminares

O processo de soldagem a ponto por resistência elétrica possui vários parâmetros de ajuste; deste modo, aqueles de maior influência na formação do ponto de solda foram selecionados para serem testados em diferentes níveis de trabalho, enquanto que os demais foram tratados como parâmetros fixos.

Foi mostrado na revisão de literatura (WAINER, BRANDI & MELLO, 1992; MACHADO, 1996; MARQUES, MODENESI & BRACARENSE, 2011) que, de acordo com a Lei de Joule (𝑄 = 𝐼2_{. 𝑅. 𝑡), os parâmetros principais da soldagem a ponto por resistência}

elétrica são corrente de soldagem, tempo de soldagem e força (pressão) dos eletrodos. Os resultados das pesquisas anteriores também apresentam estes como os parâmetros principais do processo (CHOI et al., 2011; JONG et al., 2011; BACIC JUNIOR, 2016; LIANG et al., 2016; LUO et al., 2016).

A força dos eletrodos no equipamento utilizado no presente estudo é controlada pela regulagem de pressão no manômetro da máquina. Os valores de pressão selecionados foram baseados no trabalho de BACIC JUNIOR (2016), que utilizou o mesmo equipamento de solda. O autor sugere que as pressões de 3 e 4 bar não são eficientes em manter o contato entre as chapas a serem soldadas e que a pressão de 5 bar foi satisfatória para manter esse contato entre as chapas. Foram selecionadas, para os testes iniciais, as pressões de 4 e 5 bar. Não foram empregadas pressões mais elevadas, porque, como explicado no item 2.4.2.2, estas exigem correntes mais altas para produzir a solda, e o equipamento de soldagem utilizado apresenta corrente máxima de 6 kA, sendo que, durante o desenvolvimento desta pesquisa, foram testadas correntes de até 5,7 kA, o que equivale a quase total capacidade da máquina (95%).

A análise de pesquisas anteriores mostrou que a faixa de corrente de soldagem empregada nos trabalhos abordados vai de 3 kA a 10 kA. A máquina utilizada neste trabalho tem corrente de soldagem máxima de 6 kA. Já para o tempo de soldagem, as pesquisas anteriores utilizaram uma faixa de 6 ciclos a 24 ciclos.

Os testes iniciais foram conduzidos variando-se a corrente de 3,6 kA a 5,4 kA (60% a 90% da corrente máxima do equipamento). O tempo de soldagem, para efeito de simplificação nesta primeira etapa, foi mantido fixo em 8 ciclos para os experimentos de 1 a 8 (P1 a P8), valor sugerido como ótimo por Bacic Junior (2016). Para os experimentos 9 e 10 (P9 e P10), variou- se o tempo para 12 e 16 ciclos, respectivamente.

A utilização de pré-aquecimento, fase anterior à soldagem propriamente dita, segundo Bacic Junior (2016), não se mostrou vantajosa, visto que ocasionou expulsão de material durante o processo. Além disso, o pré-aquecimento aumenta o tempo de produção das soldas e é mais indicado para materiais com revestimento, o que não é o caso das chapas de aço de 22MnB5 empregadas no presente estudo. Desta forma, esse parâmetro não foi considerado.

De acordo com Bacic Junior (2016), o tempo de subida de corrente foi eficiente para amenizar o efeito de expulsão de material por meio da imposição de uma rampa de subida gradativa da corrente, evitando o aquecimento brusco do ponto de solda O autor sugere um valor ótimo de 20 ciclos de tempo de subida de corrente para o material em estudo; tal valor foi adotado nos testes iniciais.

Bacic Junior (2016) também avaliou a influência do tempo de descida de corrente e concluiu que não houve nenhuma vantagem significativa em relação a não utilização desse tempo de subida para o aço 22MnB5, portanto, esse parâmetro não foi considerado no presente trabalho.

Os outros parâmetros (secundários) foram mantidos fixos nesta primeira etapa e os valores foram baseados no trabalho de Bacic Junior (2016), conforme apresentado no Quadro 5.1 a seguir.

Quadro 5.1 – Nível dos parâmetros secundários.

Parâmetro Nível

Tempo de pré-pressão 1 50 ciclos Tempo de pré-pressão 2 50 ciclos Tempo de subida de corrente 20 ciclos Tempo de pós-pressão 60 ciclos

Impulso 1

Intervalo/Resfriamento 0 Fonte: A autora.

Os valores testados inicialmente para pressão, tempo e corrente, juntamente com observações visuais acerca do respectivo ponto de solda, são apresentados na Tabela 5.1 a seguir.

Tabela 5.1 – Testes iniciais para definição dos envelopes operacionais.

Experimento Tempo (ciclos) Pressão (bar) Corrente (kA) Observações

P1 8 4 3,6 (60%) União fraca entre as chapas

P2 8 4 4,2 (70%) Indentação bastante rasa e ponto pequeno

P3 8 4 4,8 (80%) Indentação de profundidade adequada

P4 8 4 5,4 (90%) Bastante expulsão de material

P5 8 5 3,6 (60%) União fraca entre as chapas

P6 8 5 4,2 (70%) Indentação rasa e diâmetro maior do que do ponto P2

P7 8 5 4,8 (80%) Indentação de profundidade adequada, porém ZTA maior do que a do ponto P3

P8 8 5 5,4 (90%) Indentação mais profunda e pouca expulsão de material

P9 12 5 4,8 (80%) Indentação e ZTA maiores do que as do ponto P7

P10 16 5 4,8 (80%) Bastante expulsão de material Fonte: A autora.

Os experimentos preliminares mostraram que as pressões de 4 e 5 bar conseguiram manter contato adequado entre as peças, sendo que, sob a pressão de 5 bar, o processo gerou pontos de solda de melhor tamanho para os parâmetros de tempo e corrente iguais. Por outro lado, o tamanho da ZTA e a profundidade da indentação também aumentaram com o aumento na pressão.

A corrente de 3,6 kA não se mostrou eficiente para produzir união adequada entre as chapas, enquanto que a corrente de 5,4 kA gerou expulsão de material nas duas configurações testadas.

O aumento do tempo de soldagem ocasionou aumento na indentação e também no tamanho da Zona Termicamente Afetada (ZTA) visível, além de que, com o tempo de 16 ciclos, houve expulsão de material já para a corrente de 4,8 kA, o que não aconteceu com o tempo de 8 ciclos.

Após a análise dos testes iniciais, foram definidos os envelopes de trabalho dos parâmetros principais (corrente, tempo e pressão) para a próxima etapa, como pode ser observado no Quadro 5.2 abaixo.

Quadro 5.2 – Envelopes operacionais para a próxima etapa.

Parâmetro Faixa de trabalho

Pressão 4 e 5 bar Tempo De 8 a 16 ciclos Corrente De 4,2 a 5,1 kA (70% a 85%)

Fonte: A autora.