Ligação por resistência eléctrica contínua de chapas finas em aço, alumínio e zinco

Abstract

Nesta tese, são analisadas a qualidade das soldaduras em chapas finas sobrepostas, obtidas pelo processo de soldadura por resistência elétrica contínua, vulgarmente designado por soldadura por roletes. O princípio de funcionamento deste processo consiste na passagem de corrente elétrica através das chapas a soldar, que, devido à sua resistência elétrica, vão aquecer e fundir-se. As soldaduras foram realizadas em chapas similares de uma liga de zinco zintek, liga de alumínio 5754-H22 e aço galvanizado DX51D. Foi ainda realizada uma soldadura dissimilar em aço-zinco. Com o objetivo de avaliar a suscetibilidade à formação de defeitos em soldaduras por resistência de vários materiais base, com características químicas e físicas distintas, foram realizadas soldaduras numa gama alargada de condições para três metais base: Alumínio, Aço e Zinco. Os parâmetros de soldadura foram variados de modo a tentar minorar a ocorrência de defeitos macroscópicos. A qualidade das ligações produzidas foi avaliada através da observação das microestruturas, e da realização de ensaios de dureza e ensaios de tração. A análise das soldaduras em aço revelou ausência de fusão na zona de soldadura. Contudo, em algumas soldaduras a ligação resultou de um processo de soldadura por pressão a quente, e noutras por uma ligação zinco-zinco. Todas as soldaduras em aço revelaram um aumento de dureza na zona de soldadura, devido à formação de estruturas frágeis. As soldaduras da liga de alumínio revelaram, em alguns casos, uma entrega térmica excessiva, responsável pela existência de projeções de material e zonas fundidas em toda a espessura, e noutros casos uma entrega térmica insuficiente que levou à obtenção de soldaduras por pressão a quente. Para estas soldaduras foi notada uma redução de dureza na zona de soldadura, que revelou ser independente dos parâmetros utilizados, e foram detetados defeitos, tais como poros e fissuras. Na liga de zinco, as soldaduras obtidas apresentaram a formação de um nugget, com indícios de fusão. Contudo, foram observadas porosidades e fissuras que, pelos ensaios de tração, revelaram comprometer o bom desempenho da ligação. A soldadura dissimilar de aço-zinco revelou defeitos microscópicos importantes devido a uma escolha inadequada de parâmetros, que levaram à fusão e formação de um nugget no lado do zinco, sem qualquer alteração microscópica no aço. A ligação entre o aço e o zinco, na soldadura dissimilar, resultou da ligação do zinco à camada de revestimento, do aço galvanizado, também ela em zinco.

This thesis analyses the weld quality of thin sheets in a lap joint, produced by resistance seam welding. The basic principle of the process is the passage of electric current through the sheets to be welded, which will heat up and melt, due to their electrical resistance. The welds were made in similar sheets of a zinc alloy zintek, aluminium alloy 5754-H22, and a galvanized steel DX51D. It was also made a dissimilar weld of steel-zinc. In order to evaluate the susceptibility to the formation of defects in resistance welding of different base materials, with different physical and chemical characteristics, welds were performed in a wide range of conditions, for three base metals: Aluminium, Steel and Zinc. The welding parameters were varied to try to reduce the occurrence of macroscopic defects. The quality of the welds was evaluated by microstructural observations, and hardness and traction tests were performed. It was not observed melted material, on the steel welds. However, in some welds, the connection was established by hot pressure, and in another, by a zinc-zinc join. All the steel welds revealed an increase on hardness at the weld zone, due to formation of brittle structures. The aluminium welds revealed, in some cases, an excessive heat generated, which was responsible for the material projections and for the melted zone in the whole thickness, and in another cases, hot pressure welds were obtained because of the low heat generated. In these welds, there was a decrease in hardness, in the welded zone, which revealed to be independent of the used parameters, and defects were found, like cracks and porosities. In the welds produced in the zinc alloy, it was visualized a nugget formation. However, cracks and porosities were observed, which, by the traction tests, revealed to compromise the performance of the join. In the dissimilar weld of steel-zinc were observed important microscopically defects, due to an inappropriate choose of parameters, which caused fusion and a nugget formation, on the zinc side, without any microscopically modification in steel. The connection between steel and zinc, in the dissimilar join, resulted from the connection between zinc and zinc layer of the galvanized steel.