PG-EAM - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Aeronáutica e Mecânica
EN PT
Dissertação de Mestrado 2020

Análise da influência dos parâmetros de processo no desempenho energético da soldagem a ponto por resistência

Autor

Carla Ferreira Andrade Cunha

Orientador

Área de Concentração

Materiais, Manufatura e Automação

Data de Defesa

18/12/2020

Número da Tese

77715

Resumo

Ações que visem reduzir o consumo de energia contribuem diretamente para a redução do custo operacional e dos impactos ambientais, além de apoiarem o aumento da competitividade dos processos de fabricação. A soldagem a ponto por resistência apresenta relevância no setor automotivo, um dos setores que mais se sobressai no cenário nacional. Devido as suas características operacionais, esse processo possui elevado consumo energético. Apesar disso, não foram encontrados estudos que guiassem soluções para sua redução. Nesse sentido, este trabalho propõe um método para melhorar o desempenho energético do processo de soldagem a ponto sem detrimento de sua qualidade. O método é subdividido em três partes. A primeira aborda o projeto e a execução de um experimento com três fatores completo, a proposição de um indicador de eficiência energética total, bem como o cálculo de uma taxa que quantifique a expulsão de material pela curva de resistência dinâmica. A fase seguinte aplica análises estatísticas (ANOVA) para apoiar a construção de modelos lineares em função dos parâmetros em estudo. A influência dos parâmetros de processo: corrente de soldagem (Csol), tempo de soldagem (Tsol) e força do eletrodo (Fele), é investigada no consumo energético, no diâmetro da lentilha, na eficiência energética (máquina e total) e na expulsão de material. A terceira fase busca encontrar a melhor solução de compromisso entre o consumo energético e a qualidade. A aplicação do método foi realizada utilizando-se uma máquina de baixa frequência com potência nominal de 85 kVA. Cada ponto de solda foi fabricado utilizando-se 2 chapas de aço CR4 com dimensões de 50 x 30 mm e 0,7 mm de espessura. Utilizou-se o intervalo de parâmetros de 6 a 12 kA, de 8 a 20 ciclos e de 226 a 343 kgf. As análises estatísticas atestaram a influência dos parâmetros em todas as respostas analisadas. As soldas fabricadas que apresentaram qualidade adequada foram selecionadas para definir uma janela de processo (lóbulo de solda). As curvas de consumo energético e eficiência energética foram analisadas no lóbulo de soldagem apoiando a proposição de rótulos de energia para classificação do desempenho energético do melhor (A) para o pior (M). A melhor solução de compromisso para o espaço amostral estudado foi: Csol: 8 kA, Tsol: 8 ciclos e Fele: 343 kgf. Essa combinação de parâmetros resulta em um consumo de 2 Wh/ponto. Aproximadamente 33% inferior ao consumo médio estimado por ponto de solda na indústria automotiva. A proposição dos demais rótulos de energia possibilita a escolha de parâmetros de processo visando adequar o desempenho energético de acordo com possíveis restrições de produção.

Palavras-chave

Eficiência Consumo de energia Soldagem por resistência Indústria automobilística Engenharia de produção