Resistance spot welding of low-carbon steel for sheet/sheet and sheet/tube joints, with different composition, thickness, and coating

A motivação deste trabalho surgiu do fato da indústria automobilística usar em larga escala o processo de soldagem a ponto por resistência elétrica para a produção de juntas de chapa/chapa e de chapa/tubo com diferentes espessuras, revestimentos e composição química, sendo que ainda há uma série de dificuldades práticas associadas a algumas combinações chapa-tubo- revestimentos e, inclusive, com poucos dados disponíveis na bibliografia especializada. Foi feito, neste trabalho, a caracterização e análise do processo de soldagem a ponto por resistência elétrica para juntas de chapa sobre chapa e de chapa sobre tubo constituídas de aço baixo carbono, com diferentes composição química, espessura e revestimento. Para tanto, foram utilizadas chapas de aço ASTM 1005, de 0,95 mm de espessura, zincadas e tubos de aço ASTM 1023, de seção quadrada 30X30 mm2, com espessuras de 1,5 mm, 2,0 mm e 3,0 mm, todos fosfatizados. Com esses materiais foram obtidas juntas de chapa/chapa e chapa/tubo com diferentes combinações de espessuras ( 0,95/1,5 mm; 0,95/2,0 mm e 0,95/3,0 mm) e revestimentos (zinco/fosfato; zinco/zinco e decapados). As juntas de interesse foram submetidas ao processo de soldagem a ponto por resistência, cujos parâmetros de processo foram previamente determinados com base na chapa mais fina (0,95 mm de espessura), de modo a se obter intervalos de corrente de soldagem para cada combinação de espessura e revestimento.Os parâmetros de processo estudados foram corrente de soldagem, tipo de eletrodos e força entre eletrodos. As juntas obtidas foram analisadas quanto aos seus aspectos externos (identação, deformação e expulsão), aspectos internos (macroestrutura, diâmetro de lente, penetração, vazios e trincas), propriedades mecânicas (resistência à tração axial e torque máximo) e modo de fratura macroscópica. Para as juntas de chapa/chapa foram obtidos intervalos de soldagem maiores que 2,0 kA, garantindo ampla faixa de soldabilidade, para as diferentes combinações de espessuras de chapas e dos revestimentos de chapas estudados. Também foi possível obter intervalos de soldagem maiores que 2,0 kA para as juntas de chapa/tubo, com tubos de 2,0 mm e 3,0 mm de espessura nas diferentes combinações de revestimentos estudadas. A soldagem em tubos de 1,5 mm de espessura foi viabilizada através do desenvolvimento de quatro diferentes processos, sendo que todos os quatro resultaram em intervalos de soldagem acima do valor mínimo de 1,0 kA, a partir do qual um processo de soldagem a ponto por resistência elétrica é considerado viável. Esses processos envolvem a utilização de alguns dispositivos desenvolvidos pela autora, e que levaram a valores razoavelmente altos de carga de tração e de torque máximo. Em alguns casos, os pontos de solda obtidos apresentaram vazios no interior da lente de solda ou trincas na superfície da chapa de 0,95 mm. Contudo, todos os pontos obtidos dentro dos intervalos de soldagem apresentaram valores de carga de tração máxima e de torque máximo maiores que o mínimo prescrito na literatura especializadaThe motivation for this work came from the fact of the automobile industry uses on a large-scale the resistance spot welding of low-carbon steel of sheet/sheet and sheet/tube joints, with different composition, thickness, and coating, and there are a few information on these complex joints in the bibliography. A characterization and analysis ofthe resistance spot welding process for sheet/sheet and sheet/tube joints of low-carbon steel, with different composition, thickness, and coating has been conducted. For that, ASTM 1005 steel zinc coated sheet, 0.95 mm thick, and ASTM 1023 steel square tube, 30x30 mm2, 1.5, 2.0, and 3.0 mm thick, in a phosphorised condition have been utilized, for obtaining sheet/sheet and sheet/tube joints with different thickness combination (0.95/1.5 mm; 0.95/2.0 mm; 0.95/3.0 mm), and coating (zinc/phosphate; zinc/zinc; and uncoated). The joints were welded by using the welding parameters obtained from the thinest sheet (0.95 mm thick) in order to obtain welding electric current intervals for each thickness and coating combinations. The welding electric current, type of electrode, and welding force have been studied. The joints have been analysed from the following points of view: external aspects (indentation, deformation, and expulsion); inner aspects (macrostructure, nugget, diameter, penetration, shrinkage void, and cracks); mechanical properties (ultimate tensile load and maximum torsional moment), and macroscopic fracture mode. It was observed electric current welding intervals greater than 2.0 kA for all sheet/sheet joints, that means wide weldability for different combinations in sheet thickness and coating. It was possible to observe also current welding intervals greater than 2.0 kA for sheet/tube joints, 2.0 and 3.0 mm thick for all coating conditions. On the other hand, it was possible to obtain good welds in 1.5mm thick tube only by using four different processes, and as a result of these, it was also possible to obtain current welding intervals greater than the minimal value 1.0 kA. Some of the fixtures used in these four processes were developed by the author. In some case, there were shrinkage voids in the nugget or cracks frem 0.95 mm thick sheet surface. Therefore, all nugget obtained in the current welding intervals presented ultimate tensile load and maximum torsional greater than the minimal value recommended in the bibliograph