SpanishRDCBooklet

REVERSION DE LA CD y LOS BENEFICIOS de SOLDAR LOS MATERIALES LIVIANOS

RESUMEN

Con la necesidad de producir vehículos más livianos, el cambio de aplicaciones de acero convencionales a aplicaciones de aluminio está comenzando a afianzarse en la industria automotriz. Las aplicaciones de aluminio se han centrado principalmente en los cierres. Sin embargo, la industria automotriz está buscando extender el uso del aluminio a la carrocería en blanco (Body in White, BIW). Para 2025 habrá un aumento previsto de 4% a 18% de BIW totalmente de aluminio [4]. Aunque la soldadura por Puntos de Resistencia (Resistance Spot Welding, RSW) del aluminio no es nada nuevo para la industria automotriz, hasta ahora solo se ha utilizado en vehículos con una tasa de producción más baja o aplicaciones de cierre fabricadas por lotes. Para cumplir con la demanda de las normas CAFÉ, existe la necesidad de utilizarla en líneas de producción altas. Esta necesidad mal que bien, amplificará las áreas de interés que han afectado la soldadura por Puntos de Resistencia en aplicaciones anteriores. Y aunque la capacidad de revertir la polaridad con sistemas de CA especiales (conversión de frecuencia) se usa en muchas aplicaciones aeroespaciales de soldadura por puntos de aluminio en la actualidad, el tipo de sistemas que se usan en las aplicaciones aeroespaciales es demasiado grande para el equipo tipo robótico y automatizado y por lo tanto, no beneficia los procesos de alta producción [3]. Gracias a estudios anteriores se ha comprobado que tener la capacidad de cambiar la polaridad cuando se usa CD para soldar aluminio es útil para aumentar la duración de los electrodos [2]. También es útil para obtener el crecimiento correcto de la pepita (nugget) de soldadura cuando es limitada por aleaciones heterogéneas y varios grosores 3T e incluso 4T. Sin embargo, en aplicaciones de soldadura robótica cuando la tasa de producción es alta, es poco realista esperar que los programas/herramientas robóticas se puedan modificar para garantizar la polaridad correcta para cada punto de soldadura y resolver las dificultades de RSW del aluminio - la geometría de la pistola de soldadura robótica y el proceso de ensamble presentan un gran desafío. Este problema se resuelve cuando el transformador de soldadura cambia las polaridades mediante una simple señal del controlador de soldadura. El sistema de señales funciona dentro del transformador y se puede incorporar fácilmente a los controladores de soldadura existentes.

3

INTRODUCCION

TEST DESIGN DI EÑO DE LA PRUEBA

Factores El equipo seleccionado fue una soldadora de prensa neumática adaptada con un transformador RDC RoMan. Los electrodos de soldadura fueron de circonio clase 1 de radio largo. Procedimiento de Prueba de Duración de Vida Para comprender los fundamentos de tener la capacidad de alternar la polaridad en soldaduras consecutivas, establecimos un rango base utilizando una sola polaridad (polaridad A). Esta representaba las prácticas de soldadura actuales sin la capacidad de cambiar polaridades. Luego, la duración de vida del electrodo de soldadura experimental consistió en cambiar la polaridad después de cada soldadura (polaridad A/B). Utilizamos los mismos materiales para eliminar la variable de transferencia de calor entre distintos grosores de láminas. Esto no se investigó en los estudios anteriores de polaridad para el estudio de orientación de fijación [2]. La Tabla 1 muestra los materiales seleccionados y los parámetros iniciales.

El principal inhibidor del uso generalizado de las aplicaciones de RSW de aluminio es la duración del casquillo [5]. En general, los sistemas CD pueden tener duración de electrodos más baja y una tendencia más alta que los sistemas CA de adherencia de electrodo a la lámina debido al aumento de erosión del electrodo positivo (ánodo) [1]. Con la disminución de duración de electrodos, la interacción manual con las herramientas aumenta (cambios de electrodos), esto a su vez, disminuye el tiempo de funcionamiento de la máquina y trabajos por hora (JPH) en general. Con el aumento de aplicaciones que usan aluminio, distintas series de aluminio más aplicaciones soldadura de grosor 3 (3T) son opciones posibles de diseño. Sin embargo, con distintas series de aluminio, puede haber sensibilidad de polaridad, especialmente cuando suelda aplicaciones 3T. Por lo tanto, el cambio en las características de resistencia y calor pueden dificultar mucho la soldadura 3T en aplicaciones de producción. Estudios anteriores han demostrado un aumento de 30% a 60% en prolongación de vida de electrodos cuando se selecciona la polaridad adecuada para orientación de fijación [2]. En la actualidad, un estudio de prueba conducido por RoMan confirma el aumento en prolongación de vida de electrodos al controlar la polaridad dentro de la nomenclatura de la soldadura por medio de un suministro reversión de energía CD (RDC) RoMan. El estudio de prueba también mostró los efectos de alternar el ánodo y cátodo y comprueba la capacidad de controlar la migración de pepitas (nuggets) en soldadura de aluminio de series heterogéneas.

TABLA 1 Materiales de Prueba de Duración de Vida y Parámetros Base

Para establecer el rango de soldadura IMin - IMax se utilizó el método siguiente. Comenzar con las probetas de acero para ensayo a 70% de las corrientes de soldadura mencionadas. Cada amperaje fue soldado para 3 soldaduras y luego se aumentó a 500 amperios hasta que se midió el diámetro mínimo de pepita (nugget) prescrito en las 3 soldaduras (IMin). Para establecer IMax continuamos aumentando la soldadura de 500 amperios hasta que ocurrió uno de los siguientes: Indentación excesiva, expulsión o adhesión (IMax).

Tiempo de Soldadura (cic)

Tiempo de Reposo (cic)

Material A (Superior)

Material B (Inferior)

Corriente (kA)

GMT (mm)

MWS (mm)

Fuerza (lbf)

Prueba

Casquillo

Prueba

Rango y Duración de Vida A y A/B Rango y Duración de Vida A y A/B Rango y Duración de Vida A y A/B

1.00 mm 6022-T4

MWZ- 6149

6457t1

Así Mismo

27.0 1.00 4.0 900

5

5

1.20 mm 6022-T4

MWZ- 6149

6457t2

Así Mismo

30.0 1.20 4.4 900

5

5

2.00 mm 6022-T4

MWZ- 6149

6457t3

Así Mismo

45.0 2.00 5.7 1200

5

5

4

5

Prueba de Migración de Pepitas (Nuggets) La prueba de migración de pepitas (nuggets) demostró cómo se ve afectada el crecimiento de las pepitas (nuggets) por los materiales y polaridad de la soldadura. Cabe mencionar que, hasta ahora, se había aplicado muy poco pensamiento o disciplina en la mayoría de diseño automotriz para resolver el problema de características térmicas disparejas y cómo procesar las corrientes de soldadura CD. Durante esta prueba se probaron varios escenarios para comprobar o refutar que la polaridad puede afectar las características de soldadura del crecimiento de pepitas (nuggets). Este fue un estudio de nivel Macro de localización y profundidades de penetración. El estudio probó los (3) escenarios siguientes: Materiales 5000-6000, materiales del mismo grosor, calibre delgado a grueso y una fijación de delgado-grueso-delgado 3T. Se utilizó el esquema de probetas de acero para ensayo de la Figura 2 (página anterior) y la soldadura N.° 3 (página anterior) se cortó y se talló para demostrar las características de crecimiento de las pepitas (nuggets). Estas se soldaron en la misma orientación con la polaridad (A) y luego con la polaridad (B) para demostrar las tendencias de crecimiento en relación con la polaridad.

FIGURA 1 Panel de Duración de Vida

Con el rango de soldadura establecido, la prueba continuó para la prueba de duración de las (2) polaridades mencionadas (A), (A/B). La corriente de soldadura deseada fue el amperaje que logró 5.3Sqrt(T). La velocidad de la prueba fue 10 soldaduras/min en los paneles que se muestran en la Figura 1. Después de cada 80 soldaduras hechas en el panel principal se hizo una muestra de desprendimiento para verificar que las pepitas (nuggets) fueran suficientes para continuar con el siguiente panel principal. La Figura 2 muestra el esquema de la muestra de desprendimiento; las soldaduras 3 a 6 se desprendieron y la prueba continuó solo hasta que las 4 soldaduras cayeron debajo del tamaño mínimo de soldadura (Minimum Weld Size, MWS).

TABLA 2 Fijación de Migración de Pepitas (Nuggets) y Parámetros de Soldadura

Soldadura Fuerza (lb)

Ciclos de Soldadura

Corriente de Soldadura Programada (Ka)

Corriente de Soldadura Ka Real (Polaridad)

Acumulación (mm) Serie XXXX

(1.0) 6022 - (2.4) 5754

900

5

26.5

27.1 (A) / 27.3 (B)

(1.0) 6022 - (1.4) 6022 - (2.4) 5754

1200

5

31.0

31.7 (A) / 31.8 (B)

(1.3) 5754 - (1.4) 6022

1200

5

27.0

27.6 (A) / 27.7 (B)

(1.0) 5182 - (1.0) 6016

670

5

35.0

35.0 (A) / 35.0 (B)

FIGURA 2 Probeta de Acero Para Ensayo de Desprendimiento

6

7

GRAFICA 2 Resultados de la Prueba de Duración de Vida para Polaridad A

GRAFICA 3 Resultados de la Prueba de Duración de Vida para Polaridad A/B

RESULTADOD DE LA PRUEBA

Resultados de la Prueba de Duración de Vida Para verificar los resultados, se utilizaron dos laboratorios independientes para validar los datos. Tanto el método de calibrador como los métodos de escaneo de cámara (Figura 4 en la página 8) se usaron para determinar los diámetros de las pepitas (nuggets). Todas las soldaduras fueron probadas para desprendimiento y medidas ópticamente por el personal de Alcoa Technical Center. El equipo se diseñó específicamente para automatizar las pruebas de desprendimiento y medición de botones para desprendimiento por puntos de resistencia. El comprobador de desprendimiento puede procesar paneles de 5" (125 mm) por 18" (450 mm), que contienen de 48 a 100 soldaduras. El sistema de visión totalmente calibrado entonces mide y registra cada soldadura en el panel. Antes de las pruebas de desprendimiento, el lubricante de moldeado se limpia del lado de la lámina de electrodos y las impresiones se pintan con un marcador negro lo que proporciona un mejor contraste para el sistema de visión. Durante la prueba de duración de vida de los electrodos, se produjeron paneles que contenían 80 soldaduras. Después de que cada panel se probó para desprendimiento y se midió, todos los datos de diámetro de soldadura se compilaron para proporcionar el 100% de la inspección de todas las soldaduras producidas.

Otro punto clave establecido por las pruebas es la consistencia de la soldadura cuando se cambió la polaridad A/B (Gráfica 4 en la página siguiente). Las Tablas 3 a continuación y 4 en la página siguiente muestran los diámetros de soldadura individual para todas las soldaduras hechas durante la prueba de duración hasta que se estableció el final de la vida útil. La polaridad A/B no cayó debajo de 4 Sqrt(T) durante ninguna de estas soldaduras, aunque la polaridad A comenzó una tendencia hacia abajo en los diámetros de pepitas (nuggets) alrededor de la marca de soldadura 200 y continuó hasta que falló.

TABLA 3 Diámetros de Pepita (Nugget) para Prueba de Duración de Vida de Polaridad A

Los resultados del rango de soldadura se muestran en la Gráfica 1. Para las pruebas de duración de vida, se determinó mediante la fórmula de 5.3Sqrt(T) que 1.0 mm 6022 se soldarán a 29.5 Ka.

GRAFICA 1 Parámetros de Soldadura para 1.0 mm 6022 Los resultados de la prueba de duración se muestran en las Gráficas 3 y 4. La Gráfica 3 muestra la soldadura A de polaridad única cuyo fin de la vida útil ocurrió a las 245 soldaduras dentro de la prueba. La Gráfica 4 muestra la prueba de cambio de polaridad A/B que alcanzó el final de la vida útil a las 480 soldaduras. Esto ha demostrado que hubo un aumento de 2 veces en la duración de electrodos cuando se cambió la polaridad después de cada soldadura.

8

9

Resultados de Migración de Las Pepitas (Nuggets) Todas las muestras fueron cortadas y talladas y los resultados se muestran en las Figuras 5 a 7 a continuación. Todas las muestras mostraron un crecimiento de 50% > hacia la superficie de las probetas de acero para ensayo cuando la polaridad A (+) estaba en el material serie 5000. Esto muestra un aumento en la temperatura del sustrato que ocasiona los patrones de crecimiento dispareja que se observan en las figuras siguientes. El crecimiento ha demostrado por lo menos en una de las muestras (Figura 5) que el baño de fusión pudo hacer contacto con la superficie de contacto del casquillo de soldadura.

TABLA 4 Diámetros de Pepita (Nugget) para Prueba de Duración de Vida de Polaridad A/B

FIGURA 5 1.0mm 6022 – 2.4mm 5754

FIGURA 6 1.0 mm6022 – 2.4 mm 5754

GRAFICA 4 Distribución del Tamaño de las Pepitas (Nuggets) para la Prueba de Duración de Vida

FIGURA 4 Sistema de Medición de Cámara

10

11

Conclusiones y Discusión Como se determinó en estudios anteriores, los beneficios de la selección de polaridad al soldar aluminio son una realidad. Sin la necesidad de voluminosos convertidores de frecuencia y beneficiándose de las características de la soldadura CD, seleccionar la polaridad correcta puede aumentar la duración del casquillo, ayudar con la resistencia de la pepita (nugget) de soldadura y aumentar la confianza en el proceso de soldadura de aluminio. La duración de vida de electrodos aumentó por un factor de dos y la capacidad de controlar la migración de pepitas (nuggets) al combinar la polaridad con la fijación se comprueban en este estudio. Hay muchísimas variables que se deben considerar cuando se suelda aluminio y ahora podemos agregar a la lista la dirección de la polaridad. Esto, como muchos avances en las tecnologías de soldadura, no es la panacea universal que resolverá todos los problemas; sin embargo, el suministro de energía RDC RoMan ahora se puede agregar como la herramienta más reciente al cinturón de herramientas de la RSW de aluminio.

FIGURA 7 1.3mm 5754 – 1.4mm 6022

FIGURA 8 1.0mm 6016 – 1.0mm 5182

•  Capacidad de superar el desgaste disparejo de electrodos • Capacidad de posicionar las pepitas (nuggets) de soldadura •  Evita tener que orientar físicamente las pistolas de soldadura

La ubicación de las pepitas (nuggets) se centra en la interfaz de soldadura al eliminar la polaridad A del material serie 5000. Esto ayudó a distribuir el calor, lo que a su vez creó una formación de pepitas (nuggets) más uniforme en la fijación.

• Cualquier controlador de soldadura puede utilizarlo

Ahora, si pensamos en el proceso de soldadura, podemos crear una determinante de los aspectos más importantes esperados de la soldadura. Puede ser la duración de los electrodos de soldadura, puede ser comprender las fijaciones de distintos grosores o series heterogéneas de aluminio o la solidez del proceso. Cualquiera que sea la prioridad, hay distintas formas de ver el proceso, se ha abierto la ventana de capacidades de soldadura. Reconocimientos El autor manifiesta su gratitud a la administración de Don Maatz—R&E Automated Systems, por su dirección a la conducción exitosa de las pruebas que se discuten en este documento. Agradecimiento especial a Alcoa Technical Center y a D.J. Spinella por proporcionar material, equipo de pruebas y procedimientos de pruebas para guiar la investigación.

12

13

Referencias 1. D.J. Spinella, J. Brockenbrough, J.Fridy, “Trends in Aluminum Resistance Spot Welding for the Auto Industry," AWS 2005 2. W. Perez Regalado, A. M. Chertov, D. Dzhuriskiy, V. Leshchynsky and R. Gr. Maev, “Polarity and Stackup Orientation: Effect on Electrode Life in Resistance Welding Aluminum," XV Conferencia de soldadura de láminas de metal XV hoja 4-5, octubre 2012, Livonia MI 3. Resistance Welding Aluminum, http://spotweldinc.com/downloads/Resistance_Welding_ Aluminum_shopping_for_equipment.pdf 4. 2015 North American Light Vehicle Aluminum Content Study, https://www.alcoa.com/car_truck/en/ pdf/2014_Ducker_Executive_Summary.pdf 5. S. Fukumoto, I. Lum, E. Biro, D. R. Boomer, and Y. Zhou, “Effects of Electrode Degradation on Electrode Life in Resistance Spot Welding of Aluminum Alloy 5182,” AWS Nov 2003 https://app.aws.org/wj/supplement/11-2003-FUKUMOTO-s.pdf

©2017 RoMan Manufacturing

14

15

For more information

Grand Rapids, Michigan | romanmfg.com

4-2017

Page 1 Page 2-3 Page 4-5 Page 6-7 Page 8-9 Page 10-11 Page 12-13 Page 14-15 Page 16

Made with FlippingBook Annual report