Ligação Sustentável de Aços para a Indústria Automóvel

Abstract

Com a presente dissertação pretende-se contribuir para a implementação industrial do processo Tool Assisted Friction Spot Welding (TAFSW) na soldadura por pontos de chapas de aço. Com este objetivo, foram produzidas e analisadas diversas soldaduras num aço de alta resistência e baixa liga (HC420LA), variando o número de chapas (2, 3 e 4 chapas) e o tempo de soldadura (5, 15 e 30 segundos). Durante a produção das soldaduras foram registadas as temperaturas, utilizando uma câmara termográfica, assim como, o binário e a força, através do equipamento onde foram produzidas as soldaduras. O pós-processamento destes dados, permitiu concluir que nenhum dos parâmetros avaliados condicionou de forma determinante os valores máximos da temperatura ou do binário, tendo sido registados, em todos os ensaios, uma temperatura máxima de aproximadamente 1200 °C e um binário máximo de aproximadamente 30 Nm. Os valores registados para a força máxima apresentaram uma dispersão aleatória, não tendo sido possível estabelecer qualquer relação entre a sua evolução e os parâmetros do processo em análise. A análise microestrutural das soldaduras produzidas permitiu observar uma zona afetada pelo processo em todas as amostras, mesmo nas soldaduras de 4 chapas produzidas em 5 segundos. Foi registado um gradiente decrescente do tamanho de grão ao longo da secção vertical das soldaduras, apresentando uma microestrutura ferrítica acicular com grãos de bainite dispersos na matriz. Foram ainda analisadas as regiões correspondentes à última interface das soldaduras produzidas, tendo-se observado uma concentração maior de descontinuidades na região da ligação para as chapas soldadas em apenas cinco segundos. Foi ainda efetuada a caracterização mecânica das soldaduras. Os ensaios de dureza revelaram um gradiente decrescente de dureza ao longo das secções verticais das soldaduras, o qual foi associado ao gradiente térmico imposto pela ferramenta de soldadura. Os ensaios de tração revelaram que as soldaduras com maior resistência foram as produzidas em 30 segundos. A força máxima registada, foi de aproximadamente 16 kN, independentemente da interface avaliada.

The present dissertation aims to contribute to the industrial implementation of the Tool Assisted Friction Spot Welding (TAFSW) in spot welding of steel sheets. In this context, several welds were produced and analysed on a high-strength low alloy steel (HC420LA), varying the number of sheets (2, 3, and 4 sheets) and the welding time (5, 15, and 30 seconds). During the weld production, thermal cycles were recorded using a thermal camera, and torque and force, were measured using the welding equipment. After the post-processing of this data, it was concluded that none of the evaluated parameters significantly influenced the maximum values of temperature or torque. In all tests, the maximum registered values were, around 1200 °C for the temperature, and around 30 Nm for the torque. The maximum registered values of force showed no relationship with the evaluated parameters and exhibited a random dispersion. Microstructural analysis of the welds revealed a process affected zone in all tests, even in the welds with 4 sheets produced in 5 seconds. A decreasing grain size gradient was observed along the vertical section of the weld, having an acicular ferritic microstructure with dispersed bainite grains in the matrix. The regions corresponding to the last interface of each weld were also analysed, revealing a higher concentration of discontinuities for the welds produced in only 5 seconds. Mechanical tests were also performed on the welds. Hardness tests revealed a decreasing hardness gradient along the vertical sections of the welds, that was associated with the thermal gradient imposed by the welding tool. Tensile tests showed higher shear strength in the 30-second welds. The maximum shear load registered was approximately 16 kN, regardless of the evaluated interface.