BR112016005366B1

BR112016005366B1 - soldadura por projeção de folhas de metal

Info

Publication number: BR112016005366B1
Application number: BR112016005366-4A
Authority: BR
Inventors: Karel Pieterman
Original assignee: Al-S Technology B.V.
Priority date: 2013-09-16
Filing date: 2014-09-10
Publication date: 2020-12-01
Also published as: HUE039996T2; JP6110023B2; MX2016003390A; RS57716B1; MX368589B; AU2014319088B2; AR097664A1; CN105829009A; SI3046716T1; PL3046716T3; WO2015037986A1; KR20160040718A; CA2922623A1; US20160221109A1; CL2016000626A1; TW201524647A; PT3046716T; CA2922623C; AP2016009083A0; KR101678807B1

Abstract

SOLDADURA POR PROJEÇÃO DE FOLHAS DE METAL. A invenção diz respeito a soldadura por projeção de uma segunda folha de metal por cima de uma primeira folha de metal (50), em que a primeira folha de metal é de um metal ou liga de metal não ferroso tendo como elemento principal o alumínio ou magnésio, em que a primeira folha de metal compreende uma projeção alongada que se estende localmente por cima da superfície superior principal da primeira folha de metal para entrar em contacto com a superfície inferior principal da segunda folha de metal, em que a projeção compreende uma superfície superior dotada de uma primeira seção convexa (65) dotada de um quociente do primeiro raio (R1) que define no seu meio a altura média da superfície superior relativamente à superfície superior principal da primeira folha de metal, e uma segunda seção convexa (64) dotada de um quociente do segundo raio (R2) ao longo de ambos os lados alongados que convergem na primeira seção, em que o primeiro raio é maior do que o segundo raio.

Description

SOLDADURA POR PROJEÇÃO DE FOLHAS DE METAL

[001] ANTECEDENTES

[002] A invenção diz respeito à soldadura por projeção de folhas de metal.

[003] A soldadura por projeção é conhecida há muito por soldar folhas de ferro finas por cima umas das outras, ,por exemplo, na indústria de fabrico automóvel em que os rebordos das portas são soldados juntos. Uma projeção oca é formada na folha de ferro inferior pressionando uma punção e um molde contra a folha antes de a soldadura ser executada. As folhas são consequentemente pressionadas entre dois elétrodos de soldadura de uma pistola de soldar. Durante a soldadura, a projeção colapsa gradualmente e uma soldadura estrutural forte é formada no lugar da projeção.

[004] Em especial na indústria automóvel há uma necessidade crescente por peças feitas de folhas de metal não ferroso, em especial folhas de alumínio ou magnésio e suas ligas. Estas peças leves possuem as mesmas boas propriedades mecânicas. Contudo, quando o processo de soldadura por projeção conhecido para folhas de metal é aplicado para estes metais, não se obtém uma soldadura estrutural forte. Pelo contrário, a projeção colapsa já antes do início da formação de uma soldadura.

[005] Em pedidos de patentes publicados, tentativas prévias à soldadura por projeção de folhas de alumínio foram descritas. Contudo, estas tentativas iniciais não conduziram ainda a uma implementação bem-sucedida, visto que o requerente descobriu agora que os parâmetros essenciais do processo para obter uma soldadura estrutural forte não eram ainda conhecidos. Regra geral, os desenvolvimentos descritos para a soldadura por projeção de folhas de alumínio dizem respeito apenas a ligeiras modificações do processo para folhas de ferro, enquanto é agora sabido que uma abordagem totalmente diferente é necessária para obter bons resultados. Os desenvolvimentos nos pedidos de patentes publicados são a seguir resumidos.

[006] O documento WO 99/03634 em nome de Newcor Inc. especifica a soldadura por projeção de folhas de alumínio em que a projeção na folha inferior tem a forma de uma cúpula. A projeção é dotada de uma altura cerca de quatro vezes a espessura da folha, pelo que a projeção tem uma parede muito fina e oca por cima da superfície superior principal da folha inferior. Esta projeção estruturalmente fraca irá resultar em uma grande impressão inicial ou irá mesmo colapsar imediatamente após a aplicação da força de pressão, na qual a área de contato da soldadura inicial não está definida. A corrente de soldadura é diretamente obtida a partir de uma corrente da rede pública alternada monofásica convencional, 460 volt, 60 Hz, basicamente de forma sinusoidal, em que os impulsos de soldadura são gerados através da quebra das ondas de meio-ciclo. Ao aplicar-se posteriormente e alternadamente impulsos de soldadura no contato de soldadura não definido inicial, a quantidade de energia de soldadura introduzida, em especial no início do ciclo de soldadura, não está sob controle ou é muito baixa, pelo que uma soldadura fraca é obtida.

[007] O documento WO 01/00363 em nome de Newcor. Inc. especifica um desenvolvimento adicional do processo aqui anteriormente descrito. A projeção em forma de anel compreende uma parede oca direita dotada de uma curvatura. A projeção delimita uma abertura cega que inevitavelmente encerra uma quantidade de ar que rapidamente se expande durante o ciclo de soldadura. Isto provoca fendas, inclusões e contaminação com origem no ar fechado, resultando em uma soldadura fraca.

[008] O documento EP 0 102 927 especifica um processo de soldadura por projeção em que ambas as folhas de alumínio são dotadas de projeções alongadas que confinam cada uma em uma orientação transversal. Devido à presença de duas projeções contíguas, o ponto de soldadura será visível em ambos os lados do produto. Esta tecnologia pode ser aplicada apenas para baixar os custos dos produtos de uso geral tais como condutas tal como divulgado. A superfície superior das projeções é dotada de uma curvatura, na qual o contato de soldadura pequeno inicial entre as projeções transversais mantém a corrente de soldadura baixa. A corrente de soldadura aumenta gradualmente durante o colapso das projeções. Isto implica que a corrente é dependente apenas da seção transversal da convergência, mantendo o controle do ciclo de soldadura bastante baixo.

[009] O documento US 4 495 397 divulga a soldadura por projeção das folhas de alumínio dotada de projeções em forma de anel, provocando fendas, inclusões e contaminação na soldadura com origem no ar fechado. As projeções são formadas entre uma punção e um molde com faces direitas prensadas a frio sob um ângulo entre si. As projeções são dotadas de superfícies laterais direitas bem definidas impostas pelo molde, enquanto a superfície de cima e a sua curvatura não são definidas. Trata-se de uma aplicação direta da punção e do molde para soldadura em folhas de aço, que não funciona para o alumínio. Durante o ciclo de soldadura uma primeira força de pressão é aplicada provocando uma deformação a frio permanente de 8%. A primeira força de pressão é consequentemente aumentada imediatamente após a corrente de soldadura ter atingido o seu pico. A corrente de soldadura é assim controlada através da alteração da força de pressão como parâmetro dominante. Isto indica já que a própria corrente de soldadura não é muito bem controlada. Apesar disso, é praticamente impossível controlar a força de pressão desse modo sobre o curto ciclo de soldadura, à medida que a força de pressão é aplicada por um sistema mecanicamente lento. Parece que a força de pressão é alterada durante o ciclo de soldadura de modo a compensar de certo modo outras desvantagens.

[010] O documento JP 2002-103056 divulga o processo de soldadura por projeção para alumínio idêntico ao processo de soldadura de US 4 495 397, utilizando projeções em forma de anel que provocam fendas, inclusões e contaminação nas soldaduras. O processo de soldadura é aplicado a peças de alumínio espessas, e não a folhas finas.

[011] O documento DE 30 24 333 divulga uma projeção em forma de cone para soldar peças de alumínio, derivada da soldadura de folhas de aço na mesma maneira direta que a aqui anteriormente descrita.

[012] O documento DE 100 29 352 descreve a soldadura por projeção de folhas de alumínio com uma projeção idêntica à projeção divulgada em WO 99/03634. A projeção é dotada de uma altura de cerca de duas vezes a espessura da folha, na qual a projeção possui uma parede muito fina e oca por cima da principal superfície superior da folha inferior. Esta projeção irá sofrer de impressão inicial ou irá mesmo colapsar imediatamente após a aplicação da força de pressão. A parte de cima da projeção possui um raio constante e superfícies laterais direitas. Esta forma provém diretamente da soldadura por projeção de folhas de aço. Por estes motivos, isto irá fracassar para o alumínio.

[013] Nas técnicas conhecidas qualquer oxidação de objetos a serem soldados precisa ser removida antes da soldadura. A este respeito, JP06-170549 divulga um processo no qual os objetos de alumínio a serem soldados são reciprocamente deslocados e giram no ponto de uma projeção em forma de anel para a remoção local de oxidação antes da soldadura. Contudo, isto não pode ser aplicado quando as soldaduras por projeção são sequencialmente feitas entre os mesmos objetos, visto que as soldaduras anteriores fixam mutuamente os objetos.

[014] É objetivo desta invenção fornecer uma projeção e um método de soldadura por projeção para soldadura de folhas de metal das quais pelo menos uma folha de metal é uma folha de metal não ferroso.

[015] RESUMO DA INVENÇÃO

[016] De acordo com um primeiro aspeto, a invenção fornece um conjunto de uma primeira folha de metal e uma segunda folha de metal a serem soldadas por cima de uma primeira folha de metal através de soldadura por projeção, em que a primeira folha de metal é de um metal ou liga de metal não ferroso tendo como componente principal alumínio ou magnésio, em que a primeira folha de metal compreende uma projeção alongada que se estende localmente por cima da superfície superior principal da primeira folha de metal para entrar em contato com a superfície inferior principal da segunda folha de metal, em que a projeção compreende uma superfície superior dotada de uma primeira seção convexa dotada de um primeiro raio que define no seu meio a altura média da superfície superior relativamente à superfície superior principal da primeira folha de metal, e uma segunda seção convexa dotada de um segundo raio ao longo de ambos os lados alongados que convergem na primeira seção, e uma terceira seção ao longo de ambos os lados alongados que convergem nas segundas seções e na superfície superior principal da primeira folha de metal, em que as primeiras transições da primeira seção convexa nas segundas seções convexas definem uma primeira largura da superfície superior e em que as segundas transições das segundas seções convexas nas terceiras seções definem uma segunda largura da superfície superior, e em que as transições das terceiras seções na superfície superior principal da primeira folha de metal definem uma terceira largura da superfície superior, em que o primeiro raio é maior do que o segundo raio.

[017] A segunda folha pode ser de ferro, ou a segunda folha de metal pode ser feita de um metal ou liga de metal não ferroso tendo como componente principal alumínio ou magnésio, como a primeira folha. Durante a soldadura, um elétrodo de soldadura aplica uma força de pressão nas folhas na posição da projeção. A projeção da folha de metal não ferroso inferior compreende de acordo com a invenção uma superfície superior dotada de uma primeira seção convexa na parte de cima com um primeiro raio que se funde nas segundas seções convexas com o segundo raio, em que o primeiro raio é maior do que o segundo raio. Deste modo, a projeção é dotada de uma primeira seção convexa relativamente ampla que conduz a uma superfície de contato inicial progressivamente crescente na parte de cima devido à depressão elástica e plástica local do material da folha. A corrente de soldadura irá ser localmente muito bem conduzida através desta superfície de contato inicial enquanto a própria projeção pode suportar e contrariar a força de pressão aplicada durante a soldadura até um ponto em que uma soldadura estrutural forte seja formada. A projeção não colapsa prematuramente durante a soldadura das folhas de metal. Esta projeção permite soldadura direta das folhas sem anterior remoção da oxidação.

[018] E m um modelo quantificado o quociente do primeiro raio / segundo raio é de pelo menos 4.

[019] E m especial, o quociente do primeiro raio / segundo raio é de 4 a 5.

[020] Mais especialmente, o quociente do primeiro raio / segundo raio é de 4, 5.

[021] E m um modelo adicionalmente quantificado o quociente da primeira largura / segunda largura é de 0,60 a 0,90.

[022] Em especial, o quociente do primeiro raio / segundo raio é de 0,70 a 0,80.

[023] Mais especialmente, o quociente da primeira largura / segunda largura é de 0,75.

[024] Em um modelo, a terceira seção é uma terceira seção côncava com um terceiro raio, em que o terceiro raio é igual ao segundo raio. Deste modo, a superfície superior funde-se gradualmente na superfície superior principal da primeira folha de metal, em que a resistência contra o colapso prematuro da projeção durante o processo de soldadura é melhorada.

[025] E m um modelo, a projeção está cheia de metal da primeira folha de metal por cima da superfície superior principal da primeira folha de metal. Esta fração de metal por cima da superfície superior principal faz com que o material forme a soldadura e melhora a resistência contra o colapso prematuro da projeção durante o processo de soldadura.

[026] Em um modelo, a projeção compreende uma indentação na superfície inferior principal da primeira folha de metal. Esta indentação é formada para fornecer a fração do material da projeção forjada por cima da superfície superior principal.

[027] E m um modelo disso, o ponto mais fundo da indentação encontra-se localizado por baixo da superfície superior principal da primeira folha de metal.

[028] Em um modelo quantificado, a projeção é dotada, entre a sua superficie superior e a sua indentação, de uma espessura do material de pelo menos 0,3 milímetros.

[029] Em um modelo quantificado, a terceira largura é de 1 a 4 milímetros.

[030] Em especial, a terceira largura é de 1,8 milímetros.

[031] E m um modelo quantificado, o comprimento da projeção entre a transição com a superfície superior principal da primeira folha de metal é de 2 a 12 milímetros.

[032] Em especial, o comprimento da projeção entre a transição com a superfície superior principal da primeira folha de metal é de 6 milímetros.

[033] Em um modelo, a segunda folha de metal é de um metal ou liga de metal não ferroso tendo como componente principal alumínio ou magnésio.

[034] De acordo com um segundo aspeto, a invenção fornece um método para soldadura por projeção de uma segunda folha de metal por cima de uma primeira folha de metal através de soldadura por projeção com um aparelho de soldadura por projeção, em que a primeira folha de metal é de um material não ferroso ou liga de metal tendo como componente principal alumínio ou magnésio, em que a primeira folha de metal compreende uma projeção alongada que se estende localmente por cima da superfície superior principal da primeira folha de metal para entrara em contato com a superfície inferior principal da segunda folha de metal, em que o aparelho de soldadura por projeção compreende um primeiro elétrodo de soldadura e um segundo elétrodo de soldadura que engata em uma primeira folha de metal e em uma segunda folha de metal na posição da projeção para exercer uma força de pressão nas folhas de metal e para subsequentemente fornecer uma corrente através das folhas de metal, em que o método compreende o fornecimento de uma corrente de soldadura através dos elétrodos de soldadura de acordo com um impulso, em que o impulso compreende em sequência uma primeira trajetória sobre um primeiro intervalo de tempo no qual a corrente sobe de zero a uma corrente máxima, uma segunda trajetória sobre um segundo intervalo de tempo no qual a corrente máxima está presente, uma terceira trajetória na qual a corrente decresce gradualmente de volta à zero sobre um terceiro intervalo de tempo, e uma quarta trajetória na qual a corrente de soldadura sobre um quarto intervalo de tempo é mantido a zero enquanto a força de pressão está ainda a ser aplicada.

[035] Este método diz especialmente respeito a uma configuração de soldadura simples de face dupla na qual uma soldadura por projeção é feita entre os dois elétrodos de soldadura. A segunda folha pode ser de ferro, ou a segunda folha de metal pode ser de metal ou liga de metal não ferroso tendo como componente principal alumínio ou magnésio como a primeira folha. O impulso compreende em sequência a segunda trajetória na qual a corrente de soldadura máxima está presente, seguida pela terceira trajetória na qual a corrente de soldadura decresce gradualmente para zero. Isto é considerado necessário para obter uma soldadura estruturalmente forte nestas folhas de metal através da soldadura por projeção. Durante a soldadura a projeção colapsa plasticamente, tratando-se de um processo de forja a quente e não um processo de convergência, em que o decréscimo gradual da corrente de soldadura novamente para zero melhora as propriedades da junta forjada a quente.

[036] Em um modelo, a corrente de soldadura é fornecida como um único impulso, em que a quantidade de energia necessária é eficazmente aplicada à área das folhas de metal na localização da projeção.

[037] Em um modelo, a corrente de soldadura é uma corrente contínua, dotada de uma densidade de energia elevada e que permite quebrar uma camada de oxidação nas faces exteriores das folhas de metal na linha de contato com a projeção.

[038] Em um modelo quantificado, o primeiro intervalo é no máximo de 10 milissegundos.

[039] Em especial, o primeiro intervalo é no máximo de 5 milissegundos.

[040] Mais especialmente, o primeiro intervalo é no máximo de 1 milissegundos.

[041] Mantendo o primeiro intervalo relativamente curto, mais tempo resta para aplicar a corrente de soldadura máxima para o processo de forja a quente seguinte.

[042] Em um modelo quantificado, o segundo intervalo de tempo é de 10 a 20 milissegundos, no qual a projeção é achatada por forja a quente.

[043] Em especial, o segundo intervalo de tempo é de 15 milissegundos.

[044] Em um modelo quantificado, o terceiro intervalo de tempo é de pelo menos 5 milissegundos, em que a junta forjada a quente e desse modo uma soldadura estrutural forte é obtida sem ou com uma quantidade mínima aceitável de fendas de retração ou inclusões.

[045] Em um modelo disso, o terceiro intervalo de tempo é máximo da duração do segundo intervalo de tempo.

[046] Em um modelo, o quarto intervalo de tempo é de pelo menos tão longo quando a soma do primeiro intervalo de tempo, do segundo intervalo de tempo e do terceiro intervalo de tempo, em que uma soldadura estrutural forte é obtida sem ou com uma quantidade mínima aceitável de fendas de retração ou inclusões.

[047] E m um modelo quantificado disso, o quarto intervalo de tempo é de pelo menos 100 milissegundos.

[048] Em especial, o quarto intervalo de tempo é de pelo menos 300 milissegundos.

[049] Em um modelo quantificado, a força de pressão é de 70-280 Newton por milímetro quadrado da projeção em projeção perpendicular à superfície principal da primeira folha de metal. Esta força de pressão é significativamente maior quando comparada com a soldadura por projeção de folhas de ferro.

[050] Em especial, a força de pressão é de 160 Newton por milímetro quadrado da projeção em projeção perpendicular à superfície principal da primeira folha de metal.

[051] E m um modelo quantificado, a corrente de soldadura máxima é de 2,5 a 5 quilómetros por milímetro quadrado da projeção em projeção perpendicular à superfície principal da primeira folha de metal. Esta corrente de soldadura é significativamente mais elevada quando comparada com soldadura por projeção de folhas de ferro.

[052] E m especial, a corrente de soldadura máxima é de 4 quiloamperes por milímetro quadrado da projeção em projeção perpendicular à superfície principal da primeira folha de metal.

[053] Em um modelo, a segunda folha de metal é de um metal ou liga de metal não ferroso tendo como componente principal alumínio ou magnésio.

[054] De acordo com um terceiro aspeto, a invenção fornece um método para soldadura por projeção de uma segunda folha de metal por cima de uma primeira folha de metal através de soldadura por projeção com um aparelho de soldadura por projeção, em que a primeira folha de metal é de um metal ou liga de metal não ferroso tendo como componente principal alumínio ou magnésio, em que a primeira folha de metal compreende múltiplas projeções alongadas que localmente se estendem por cima da superfície superior principal da primeira folha de metal para entrar em contato com a superfície inferior principal da segunda folha de metal, em que o aparelho de soldadura para projeção compreende um primeiro elétrodo de soldadura e um segundo elétrodo de soldadura que engatam simultaneamente na segunda folha de metal na posição de duas projeções para exercer uma força de pressão nas folhas de metal e para posteriormente fornecer uma corrente através das folhas de metal, em que o método compreende o fornecimento de uma corrente de soldadura através de elétrodos de soldadura de acordo com um impulso, em que o impulso compreende em série uma primeira trajetória sobre um primeiro intervalo de tempo no qual a corrente sobe de zero a uma corrente máxima, uma segunda trajetória sobre um segundo intervalo de tempo no qual a corrente máxima está presente, uma terceira trajetória na qual a corrente diminui gradualmente novamente para zero sobre um terceiro intervalo de tempo, e uma quarta trajetória na qual a corrente de soldadura sobre um quarto intervalo de tempo é mantida a zero enquanto a força de pressão é ainda aplicada.

[055] Este método diz respeito a uma configuração de soldadura em série de face simples na qual duas soldaduras por projeção são feitas em simultâneo pelos elétrodos de soldadura que se encontram no mesmo lado da peça de trabalho. A segunda folha pode ser de ferro, ou a segunda folha de metal pode ser de um metal ou liga de metal não ferroso tendo como componente principal alumínio ou magnésio como a primeira folha. Este método é dotado das mesmas propriedades e vantagens que a configuração de soldadura simples de face dupla tal como anteriormente descrito e não são, pois aqui repetidas.

[056] Em um modelo quantificado desta configuração de soldadura em série de face simples o segundo intervalo de tempo é de 20 a 40 milissegundos.

[057] E m especial, o segundo intervalo de tempo é de 30 milissegundos.

[058] Os vários aspetos e características descritas e ilustradas na especificação podem ser aplicados, individualmente, sempre que possível. Estes aspetos individuais, em especial os aspetos e características descritas nas reivindicações dependentes em anexo, podem ser tornados tema de pedidos de patente divisionário.

[059] BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[060] A invenção será esclarecida com base no modelo exemplo ilustrado nos desenhos em anexo, nos quais:

[061] As Figuras 1A-1C são uma vista isométrica, uma vista lateral e um detalhe de um aparelho de soldadura por projeção de acordo com a invenção para a soldadura por projeção de folhas de alumínio de acordo com a invenção em uma configuração de soldadura simples de face dupla;

[062] A Figura 1D é uma vista isométrica da folha de alumínio inferior com projeções tal como ilustrado na figura 1A;

[063] As Figuras 2A-2C são uma vista isométrica, uma vista lateral e um detalhe do aparelho de soldadura por projeção de acordo com a invenção para soldadura por projeção de folhas de alumínio de acordo com a invenção em uma configuração de soldadura em série de face simples;

[064] As Figuras 3A e 3B ilustram a formação das projeções em uma das folhas de alumínio das Figuras 1A-1C, 2A-2C;

[065] As Figuras 4A e 4B ilustram detalhes da formação das projeções das figuras 3A e 3B;

[066] As Figuras 5A e 5B ilustram detalhes da formação das projeções em uma folha de alumínio mais espessa do que a folha de alumínio das figuras 1A-1C, 2A-2C;

[067] As Figuras 6A e 6B ilustram uma seção transversal e uma vista isométrica da face superior da projeção na folha de alumínio da figura 1C;

[068] A Figura 7 ilustra o diagrama da corrente de soldadura aplicada pelo aparelho de soldadura por projeção durante a soldadura; e

[069] As Figuras 8A e 8B são vistas microscópicas de seções transversais da soldadura resultante quando os parâmetros de projeção e os parâmetros da soldadura são todos aplicados nos domínios específicos de acordo com a invenção, e quando alguns destes parâmetros são aplicados fora destes domínios, respetivamente.

[070] DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[071] As Figuras 1A-1C são uma vista isométrica, uma vista lateral e detalhes de um aparelho de soldadura por projeção 1 de acordo com a invenção para soldadura em uma configuração de soldadura simples de face dupla. O aparelho de soldadura por projeção 1 é configurado para soldadura por projeção de folhas de metal não ferroso de acordo com a invenção, em especial para soldadura por projeção de folhas de alumínio ou magnésio e suas ligas dotadas de pelo menos 80%, de preferência 90% do seu peso de alumínio ou magnésio como componente principal, e uma fração ou dotação adicional de cobre, manganês, silicone, zinco ou suas combinações. As ligas de alumínio são dotadas de uns códigos internacionais de quatro letras regra geral indicadas como 1xxx, 2xxx, 3xxx, 4xxx, 5xxx, 6xxx, 7xxx e 8xxx, em que exemplos específicos são ligas de alumínio 1050, 1080, 1200, 2017, 2024, 3003, 3004, 3103, 4043, 5000, 5005, 5052, 5082, 5083, 5086, 5180, 5240, 5251, 5356, 5454, 5556, 6005, 6060, 6061, 6063, 6082, 6111, 6161, 6262, 7020 e 7050. As ligas de magnésio possuem um código regra geral indicado como XX yy, em que yy indica a percentagem do peso nos números inteiros de XX que indica a fração ou dotação adicional, na qual A é alumínio, C é cobre, E são elementos de terras raras, H é tório, K é zircónio, L é lítio, M é manganês, Q é prata, S é silicone, W é ítrio e Z é zinco. Exemplos específicos são ligas de magnésio AZ 31, AZ 61, AZ 80, AZ 80, ZK 60 e ZM 21. Tais folhas, de preferência os tipos 5xxx, 6xxx e AZ yy, podem ser utilizadas na indústria automóvel para o fabrico tanto de peças leves de automóveis assim como peças leves suspensas de automóveis, tais como portas e guarda-lamas. Estas peças podem ser totalmente feitas destas folhas, mas existe também a necessidade de peças de automóveis que combinem estas folhas com folhas de ferro. Um exemplo disto é uma caixa automóvel de ferro dotada de um telhado de folha de alumínio. A espessura das folhas é de entre 0,5 milímetros e 5 milímetros, e habitualmente cerca de 0,8-2 milímetros.

[072] No modelo a seguir descrito o aparelho para soldadura por projeção 1 é descrito para a soldadura por projeção destes tipos de folhas de metal não ferroso uma na outra ou em uma folha de ferro, em que um exemplo é dado para a soldadura de duas folhas de liga de alumínio da série 6xxx.

[073] O aparelho para soldadura por projeção 1 tal como ilustrado nas figuras 1A-1C compreende uma unidade de soldadura ou pistola de soldar 2 transportada em um braço de robô, não ilustrado, para ser manipulada ao longo de uma peça de trabalho a ser soldada. Em alternativa, a pistola de soldar 2 é fixamente instalada e a peça de trabalho é manipulada em relação à pistola de soldar 2 através de um braço de robô. Como uma alternativa adicional a pistola de soldar 2 é fixamente instalada e a peça de trabalho é presa em um dispositivo de fixação. A pistola de soldar 2 compreende uma armação eletricamente condutora 3 com a forma de uma forquilha montada no braço de robô, e uma cabeça de pressão eletricamente condutora 15 móvel relativamente à armação 3. A armação 3 e a cabeça de pressão são feitas de cobre ou alumínio. A cabeça de pressão 15 compreende um primeiro suporte 16 em que um primeiro elétrodo de soldadura substituível 20 é montado dotado de uma superfície de soldadura inferior plana 21. A armação 3 compreende no seu lado inferior um segundo suporte 4 em que um segundo elétrodo de soldadura substituível 10 é montado dotado de uma superfície de soldadura superior plana 11. O primeiro elétrodo de soldadura substituível 20 e o segundo elétrodo de soldadura substituível 10 são feitos de uma liga de cobre otimizada para uma vida útil longa. O aparelho para soldadura por projeção 1 é utilizado para fazer soldaduras por projeção entre duas folhas de metal sobrepostas, em que a superfície de contato com o primeiro elétrodo de soldadura 20 se mantém livre de defeitos. Este lado da folha está pronta a ser terminada com uma cobertura sem tratamentos intermédios tais como reparação de marcas e polimento.

[074] O primeiro elétrodo de soldadura 20 e o segundo elétrodo de soldadura 10 encontram-se mutuamente alinhados, em que a superfície de soldadura superior 11 está virada para a superfície de soldadura inferior 21. A cabeça de pressão 15 é guiada de modo deslizável ao longo da armação 3 para movimento linear na direção A relativamente à armação 3. Este curso é acionado através de um acionamento pneumo-cinético. O acionamento pneumo-cinético compreende em série um cilindro pneumático, uma mola e uma biela acionadora 14 da qual apenas a extremidade é ilustrada que se encontra ligada à cabeça de pressão 15 através de um sensor de pressão 17. O cilindro pneumático desloca a biela acionadora 14 para baixo na direção da peça de trabalho. Quando o elétrodo de soldadura superior 20 toca na peça de trabalho o cilindro pneumático irá comprimir a mola para uma força de pressão pré-definida F. A mola comprimida permite um acompanhamento rápido de pequenos deslocamentos do primeiro elétrodo de soldadura 20 durante a soldadura. Na cabeça de pressão 15 e na armação 3 estão previstas duas âncoras cooperantes 25, 26 que engatam uma na outra para manterem os elétrodos de soldadura 10, 20 alinhados enquanto a força de pressão F é aplicada à peça de trabalho. Os elétrodos de soldadura 10, 20 podem fazer parte de um circuito de água de arrefecimento para arrefecer os elétrodos de soldadura 10, 20 na soldadura de ciclo curto. O sensor de pressão 17 monitoriza a força de pressão F e o seu curso para assegurar um processo de soldadura adequado tal como aqui descrito.

[075] Os elétrodos de soldadura 10, 20 estão ligados a um circuito de energia elétrica 30 esquematicamente indicado na figura 1B. O circuito de energia elétrica 30 compreende um inversor 31 dotado da sua entrada 32 ligada a uma conduta convencional, de 230/400V trifásica, principal de 50 Hz neste exemplo. O inversor 31 é configurado para converter a conduta trifásica em uma saída de corrente alternada monofásica dotada de uma alta frequência de cerca de 1 kHz. A saída do inversor 31 é ligado a um transformador 33 instalado na armação 3 próximo dos elétrodos de soldadura 10, 20. O transformador 33 transforma a alta tensão da alta frequência da corrente alternada do inversor 31 em uma baixa tensão, corrente elevada, a mesma saída da alta frequência. A saída do transformador 33 é ligada a um retificador 34 que transforma a corrente alternada em uma corrente contínua. As duas saídas 35, 36 do retificador 34 são ligadas aos dois elétrodos de soldadura 10, 20. A tensão e a corrente do inversor 31 são exatamente controladas no tempo, conduzindo a uma corrente de soldadura específica através dos elétrodos de soldadura 10, 20 com uma característica da qual os parâmetros são aqui descritos. Dever-se-á entender que “superior” e “inferior”, e “primeiro” e “segundo” não são termos limitados, relativos para as duas folhas 50, 51, das quais uma é dotada da projeção 60. As folhas 50, 51 são dotadas de uma espessura constante entre as projeções posteriores 60. As folhas 50, 51 podem ser dotadas de uma espessura constante sobre todo o plano principal, ou seja exceto para os pontos onde as projeções 60 se encontram na verdade presentes. As folhas 50, 51 podem ser dotadas de uma camada de oxidação exterior nas superfícies viradas para o exterior.

[076] Tal como ilustrado nas figuras 1A-1C, duas folhas de alumínio 50, 51 a serem soldadas juntas são posicionadas sobrepostas entre os elétrodos de soldadura 10, 20. A folha de alumínio inferior 50 é também ilustrada em separado na figura 1D. Tal como ilustrado nas figuras 1C e 1D, a folha de alumínio inferior 50 compreende várias projeções 60 que sobressaem na direção da superfície inferior da folha de alumínio superior 51. As projeções 60 são formadas na folha de alumínio 50 em uma fase inicial tal como será aqui descrito.

[077] As figuras 2A-2C ilustram uma configuração para soldadura em série de face simples. Nesta configuração alternativa, a folha de alumínio inferior 51 é dotada de uma bainha 52 dobrada para trás para encerrar a extremidade da folha de alumínio encerrada 50 dotada das projeções 60. Nesta configuração, o aparelho para soldadura por projeção 1 compreende duas pistolas de soldar 2 que atuam em simultâneo. As pistolas de soldar 2 compreendem, cada uma, um elétrodo de soldadura 10, 20 no primeiro suporte 16 e cavilhas não condutoras 12 montadas nos segundos suportes 4. Em alternativa, os segundos suportes 4 são substituídos por uma caixa de suporte para a peça de trabalho que segura às folhas 50, 51 mutuamente posicionadas durante a soldadura. As duas saídas 35, 36 do retificador 34 são ligadas com dois elétrodos de soldadura 10, 20. A configuração do aparelho para soldadura por projeção 1 tal como ilustrado nas figuras 2A-2C pode ser também utilizada para soldadura em série de face simples da peça de trabalho tal como ilustrada nas figuras 1A-1C.

[078] Para todas as configurações, o elétrodo (s) de soldadura (10), 20 no suporte (s) superior 16 é trazido para baixo na direção A para confinar as folhas de alumínio superiores 51 ou a bainha 52 na posição da projeção 60. Durante o processo de soldadura uma força de pressão específica F e uma corrente de soldadura de acordo com uma característica específica no tempo são aplicadas, pelo que a projeção 60 colapsa totalmente e torna-se uma soldadura estrutural forte por forja a quente, dotada de propriedades materiais ótimas tal como será aqui descrito. Após a soldadura, a superfície inferior da folha superior 51 ou a bainha 52 encontra-se confinada com a superfície em redor da projeção colapsada 60. Para todas as configurações, existe para cada ponto de soldadura apenas uma projeção 60 que forma a solda entre as folhas 50, 51. Por outras palavras, mesmo por cima de todo o comprimento da projeção 60 a superfície inferior da folha de alumínio superior 51 virada para a projeção 60 é direita e estende-se paralelamente ao plano principal da folha de alumínio superior 51. Na primeira configuração de acordo com as figuras 1A-1C a corrente de soldadura passa principalmente pela projeção 60 que se encontra confinada entre os elétrodos de soldadura 10, 20. Na segunda configuração de acordo com as figuras 2A-2C a corrente de soldadura passa através das duas projeções 60 que se encontram em série através folha superior 50, mas também uma fração significativa da corrente passa diretamente através da bainha 52 que ali se encontra paralela. Isto é compensado na característica da corrente tal como a seguir descrita.

[079] E m todas as configurações, a peça de trabalho possui um rebordo com uma largura B compreendendo as soldaduras estruturais distribuídas, na qual existe a necessidade na técnica de manter a largura B do rebordo o menor possível. O aparelho para soldadura por projeção 1 é em todas as configurações adaptado a soldadura de rebordos com uma largura de 4 a 10 milímetros, de preferência de 6 a 8 milímetros.

[080] As projeções 60 são formadas em uma fase inicial pressionando a folha de alumínio 50 entre um primeiro bloco de forma 80 e um segundo bloco de forma 90 de aço temperado tal como ilustrado nas figuras 3A e 3B. O primeiro bloco de forma 80 compreende uma superfície inferior plana 81 dotada de uma depressão alongada 82. O segundo bloco de forma 90 compreende a superfície superior plana 91 e uma punção sobressaída 92 dotada de uma seção transversal triangular direita e uma aresta superior aguçada mas arredondada alinhada com a depressão 82. Na técnica por vezes todo o primeiro bloco de forma 80 é denominado de “molde” e todo o segundo bloco de forma 90 é denominado de “punção”. Na formação da projeção 60 a folha de alumínio 50 é posicionada contra a superfície inferior plana 81 do primeiro bloco de forma 80 e o segundo bloco de forma 90 é deslocado e pressionado na direção k contra toda a folha de alumínio 50 até que a superfície superior plana 91 se encontre firmemente contra a superfície inferior da folha de alumínio 50. Neste curso de formação, a punção 92 penetra na folha de alumínio 50 e deforma localmente e plasticamente ou forja a frio o material para encher completamente o espaço no interior da depressão 82, sendo que a forma da superfície superior da projeção 60 se encontra totalmente complementar à superfície interior da depressão 82. Na técnica a superfície superior da projeção 60 é pois por vezes denominada de “depressão”. As situações durante e após a penetração encontram-se ilustradas em detalhe nas figuras 4A e 5A.

[081] As figuras 5A e 5B ilustram a formação de uma projeção 60 de acordo com a invenção em uma folha de alumínio 50a com uma espessura diferente, neste exemplo mais elevada. Na formação da projeção 60, o mesmo primeiro bloco de formação 80 com a mesma depressão 82 é utilizada, enquanto um segundo bloco de formação alternativo 90a é utilizado dotado da mesma superfície superior 91 e uma punção alternativa 92a dotada de uma seção transversal triangular direta e uma extremidade superior aguçada mas arredondada. A punção 90a é mais alta e a base é mais larga do que a punção 90 para a folha de alumínio mais fina. No curso de formação a punção 92a penetra na folha de alumínio 50 e localmente plasticamente deforma o material para completamente encher o espaço no interior da depressão 82, sendo que a forma da superfície superior da projeção 60 é novamente complementar à superfície interior da depressão 82.

[082] A depressão 82 possui para todas as espessuras de folha a mesma geometria específica complementarmente transferida para a superfície superior da projeção 60 formada. Os parâmetros geométricos da projeção 60 encontram-se ilustrados em detalhe nas figuras 6A e 6B. Tal como ilustrado na figura 6B, a projeção alongada é significativamente direita ou retilínea na sua direção longitudinal. Tal como também ilustrado na figura 6A, a projeção 60 é dotada de uma superfície superior 61 que se estende por cima da superfície superior principal 53 da folha de alumínio 50. A superfície superior 61 compreende uma parte central prismática, alongada 62 da qual a seção transversal constante se encontra ilustrada na figura 6A, e duas partes finais 63 onde as extremidades da parte central 62 convergem simetricamente na superfície superior principal 53 da folha de alumínio 50.

[083] Tal como ilustrado na figura 6A, a parte central 62 da superfície superior 61 compreende uma primeira seção convexa 65 dotada de um quociente do primeiro raio R1 que não é sem fim. A primeira seção convexa 65 define na sua parte central a altura superior H1 da superfície superior 61 relativamente à superfície superior principal 53 da folha de alumínio 50. A altura superior é entre 0,35 milímetros e 0,55 milímetros, de preferência cerca de 0,45 milímetros, para todas as espessuras de folha. A primeira seção convexa 65 converge simetricamente em ambos os lados em segundas seções convexas 64 com um quociente do segundo raio R2 menor. Estas primeiras transições T1 da primeira seção convexa 65 para as segundas seções convexas 64 são tranquilas. Em termos matemáticos, as tangentes das seções convergidas 64, 65 coincidem nas primeiras transições T1. A primeira seção côncava 65 possui uma primeira largura W1 entre as primeiras transições T1.

[084] As segundas seções convexas 64 convergem simetricamente em terceiras seções côncavas 63 com um terceiro raio R3. Estas segundas transições T2 das segundas seções convexas 65 para as terceiras seções côncavas 64 são tranquilas. Em termos matemáticos, as tangentes das seções convergentes 64, 65 coincidem nas segundas transições T2 e mudam a sua direção. A primeira seção convexa 65 e as segundas seções convexas 64 possuem uma segunda largura total W2 entre as segundas transições T2. As terceiras seções côncavas 63 convergem simetricamente na superfície superior principal 53 da folha de alumínio 50. Estas terceiras transições T3 das terceiras seções côncavas 63 na superfície superior principal direita 53 são tranquilas. Em termos matemáticos, as tangentes da seção de convergência 63 e a superfície superior principal direta coincidem nas terceiras transições T3. A superfície superior 61 possui uma terceira largura total W3 entre as terceiras transições T3, sendo a largura total da projeção 60 por cima da superfície superior principal 53 da folha de alumínio 50.

[085] As transições anteriormente mencionadas T1, T2, T3 são pontos nocionais na seção transversal tal como ilustrado na figura 6A e linhas nocionais que se estendem paralelas até à superfície superior principal 53 da folha de alumínio 50. As terceiras transições T3 formam as linhas de base da superfície superior 61 ao longo dos lados longos da projeção 60. As duas partes finais 63 possuem em uma seção longitudinal e obtido a partir da parte central 62 o mesmo contorno exterior que a seção transversal da parte central 62. A superfície superior 61 da projeção 60 possui um comprimento total L1. Tal como ilustrado na figura 6A, a projeção 60 possui uma espessura mínima do material Q obtida entre a superfície superior 61 e a superfície da depressão 66. A projeção 60 forma um estreitamento local no material da folha.

[086] Para parâmetros geométricos anteriormente mencionados aplicam-se valores e taxas específicos:

[087] O quociente do primeiro raio R1 / segundo raio R2 é de pelo menos 4. De preferência, o quociente do primeiro raio R1 / segundo raio R2 é de 4 a 5. Mais de preferência, o quociente do primeiro raio R1 / segundo raio R2 é de cerca de 4,5. O quociente da primeira largura W1 / segunda largura W2 é de entre 0,60 e 0,90. De preferência, o quociente da primeira largura W1 / segunda largura W2 é de cerca de 0,70 e 0,80. Mais de preferência, o quociente da primeira largura W1 / segunda largura W2 é de cerca de 0,75. Estes quocientes em parâmetros geométricos resultam em uma superfície superior 61 dotada de uma primeira seção convexa relativamente ampla 65 na parte de cima mas ainda dotada da maior altura H1 apenas na sua parte central, formando a linha de contato inicial com a superfície inferior da folha de alumínio 51 ou bainha 52 a ser soldada à folha 50 com a projeção 60, e desse modo forma a passagem para a corrente de soldadura inicial. Já quando a força de pressão F é aplicada a primeira seção convexa ampla 65 conduz a uma superfície de contato inicial progressivamente crescente na parte superior devido à depressão elástica e plástica local do material frio. A corrente de soldadura irá ser localmente muito bem conduzida através apenas desta superfície de contato.

[088] A terceira largura W3 é entre 1 e 4 milímetros. De preferência, a terceira largura W3 é de cerca de 1,8 milímetros. O comprimento L1 é entre 2 e 12 milímetros. De preferência, o comprimento L1 é de 6 milímetros.

[089] A espessura mínima do material Q é mais de 0,3 milímetros. De preferência, a espessura mínima do material Q é mais do que 0,45 milímetros. Isto aplica-se já para espessuras de folhas de 0,8 a 1 milímetro. A parte de cima 67 da indentação 66 deixada pela punção 92 encontra-se sempre localizada abaixo da superfície superior principal 53 da folha de alumínio 50, indicada pela linha nocional C nas figuras 4B e 5B, sendo que a parte da projeção 60 que se estende acima da superfície superior principal da folha de alumínio 50 é cheia de metal. A espessura mínima do material, assim obtida garante que a projeção 60 suporta a depressão inicial local do material frio. Quando os elétrodos de soldadura 10, 20 são colocados em contato com a peça de trabalho, a força de pressão F do segundo suporte 16 relativamente ao primeiro suporte 4 é monitorizada no tempo de verificar a integridade estrutural da projeção 60. Quando a força de pressão F e a sua evolução no tempo não se encontram nos limites prescritos pode-se concluir que a projeção 60 não pode ser utilizada para uma soldadura sem defeitos. A corrente de soldadura não é então aplicada. Isto pode ser devido à projeção 60 já ter colapsado ou à projeção não estar de todo presente.

[090] A figura 7 ilustra o diagrama da corrente de soldadura alimentada através dos elétrodos de soldadura 10, 20 do aparelho de soldadura por projeção 1 durante a soldadura. A corrente de soldadura é aplicada como um impulso único ou contínuo de corrente unipolar direta com parâmetros específicos para a corrente de soldadura I no tempo t. O impulso de corrente é iniciado após a força de pressão constante F ser aplicada e a integridade estrutural da projeção 60 ter sido confirmada. No momento em que a força de pressão constante F é inicialmente aplicada, a redução da altura dominante devido à depressão elástica e plástica local do material frio é limitada a 2%. Isto é obtido pelas características da forma específica da projeção 60, em especial o primeiro raio R1 e o segundo raio R2 aplicado e o quociente aí existente, e à medida que a projeção 60 é sólida por cima da superfície superior principal 53 da primeira folha de alumínio 50. Devido à excelente resistência contra a depressão sob a força de pressão aplicada F qualquer oxidação entre as superfícies de contato é reduzida. Desse modo, uma etapa anterior de remoção da oxidação tal como conhecida na técnica não é necessária.

[091] O impulso de corrente compreende em série uma primeira trajetória P1 na qual a corrente de soldadura (Amperes) sobre um intervalo de tempo t1 diminui rapidamente de 0 amperes à corrente máxima Imax, uma segunda trajetória P2 na qual a corrente de soldadura sobre um segundo intervalo de tempo t2 é significativamente constante ou constante, uma terceira trajetória P3 na qual a corrente de soldadura sobre um intervalo de tempo t3 diminui proporcionalmente (de acordo com uma linha reta no diagrama com escalas lineares) da corrente máxima Imax para 0 amperes. Isto é imediatamente seguido pela quarta trajetória P4 na qual sobre um intervalo de tempo restante t4 a corrente de soldadura é mantida a 0 amperes enquanto a força de pressão F é ainda aplicada pelos elétrodos de soldadura 10, 20. Após esta quarta trajetória P4 os elétrodos de soldadura 10, 20 são retraídos e posicionados na próxima localização de soldadura. Para os parâmetros de impulso anteriormente mencionados aplicam-se valores e quocientes específicos.

[092] A primeira trajetória P1 tem um tempo de subida extremamente curto ou primeiro intervalo de tempo t1 de máximo de 10 milissegundos. De preferência, o primeiro intervalo de tempo t1 é no máximo de 5 milissegundos. Mais preferencialmente, o primeiro intervalo de tempo t1 é no máximo de 1 milissegundo.

[093] Para a configuração de soldadura simples de face dupla a segunda trajetória P2 com a corrente constante possui um segundo intervalo de tempo t2 entre 10 e 20 milissegundos. De preferência, o segundo intervalo de tempo t2 é de cerca de 15 milissegundos. Para as configurações de soldadura em série de face simples tal como descrito sob a referência às figuras 2A-2C a segunda trajetória P2 com a corrente constante possui um segundo intervalo de tempo t2 entre 20 e 40 milissegundos. De preferência, o segundo intervalo de tempo t2 é de cerca de 30 milissegundos.

[094] A terceira trajetória P3 com a redução proporcional possui um terceiro intervalo de tempo t3 de pelo menos 5 milissegundos. De preferência, o terceiro intervalo de tempo t3 é no máximo igual ao segundo intervalo de tempo t2.

[095] A primeira trajetória P1 e a terceira trajetória P3 formam um trapézio assimétrico, em que o primeiro intervalo de tempo t1 é mais curto do que o terceiro intervalo de tempo t3. De preferência, o primeiro intervalo de tempo t1 é mais curto do que metade do terceiro intervalo de tempo t3.

[096] A quarta trajetória P4 possui um quarto intervalo de tempo t4 pelo menos tão longo quanto à soma do primeiro intervalo de tempo t1, do segundo intervalo de tempo t2 e do terceiro intervalo de tempo t3 no qual a corrente foi fornecida. De preferência, o quarto intervalo de tempo t4 é de pelo menos 100 milissegundos. Mais preferencialmente, o quarto intervalo de tempo t4 é de cerca de 300 milissegundos.

[097] Estes parâmetros de impulso específicos asseguram que no final uma soldadura estrutural com excelentes propriedades de material é obtida no local inicial da projeção 60. A própria projeção 60 faz com que a corrente de soldadura passe no local da projeção 60 e não através da área adjacente da folha 50 com a projeção 60. O primeiro intervalo de tempo inicial relativamente curto t1 da primeira trajetória P1 assegura que o comprimento do segundo intervalo de tempo t2 possa ser ótimo dentro do total do primeiro intervalo de tempo t1, do segundo intervalo de tempo t2 e do terceiro intervalo de tempo t3 no qual a corrente de soldadura é fornecida e desse modo energia elétrica é fornecida à soldadura. Esta primeira curta duração t1 é assegurada pela superfície de contato inicial relativamente grande na primeira seção ampla convexa 65 após a força de pressão F ser aplicada, cuja superfície de contato inicial relativamente grande forma a superfície principal para conduzir a corrente de soldadura. A subida íngreme da corrente de soldadura na primeira trajetória P1 é provocada por uma tensão de soldadura relativamente alta entre os elétrodos de soldadura 10, 20 de cerca de 25 a 40 volts e a força de pressão F relativamente elevada tal como a seguir especificada. A tensão de soldadura, corrente de soldadura e força de pressão são mais elevadas do que quando comparadas à soldadura por projeção de duas folhas de ferro tal como conhecido na técnica. No final da primeira duração t1 o colapso plástico da projeção aquecida 60 te início. O colapso é provocado pela energia elétrica de soldadura aplicada sobre a segunda trajetória P2. No final da segunda trajetória P2, a projeção 60 colapsa por completo e a superfície inferior da segunda folha de alumínio 51 confina totalmente contra a superfície superior 53 da primeira folha de alumínio 50. O colapso da projeção aquecida 60 ocorre em um único curso contínuo no qual a energia elétrica de soldadura é continuamente fornecida à solda. O colapso gradual da projeção 60 não é um processo de fusão mas um processo de forja a quente bem controlado em que a projeção 60 mantém força suficiente para contrariar o seu colapso imposto, pelo que os materiais são soldados juntos. Durante a próxima terceira trajetória P3 a corrente elétrica é proporcionalmente reduzida, pelo que a quantidade de energia fornecida à soldadura é também gradualmente reduzida para melhorar a junta forjada a quente.

[098] Durante a quarta trajetória P4 já não existe energia de soldadura elétrica fornecida enquanto os elétrodos de soldadura 10, 20 arrefecem a soldadura e continuam a aplicar a força de pressão F. Na quarta trajetória P4, a energia de soldadura é retraída de maneira acelerada mas controlada sobre o quarto intervalo de tempo t4 que tem mais ou menos a mesma duração que a duração na qual a corrente de soldadura elétrica foi anteriormente aplicada. Deste modo, uma soldadura estrutural com elevada qualidade é obtida com defeitos mínimos de retração.

[099] A corrente de soldadura para a projeção preferida 60 com um comprimento L1 na base de 6 milímetros e uma largura W3 de 1,8 milímetros é de em valores absolutos entre 30 kA e 50 kA, e de preferência cerca de 40 kA. As dimensões da base definem a área projetada da superfície superior 61 da projeção 60 no plano da superfície superior principal 53 da folha de alumínio 50. Quando relacionado com a área projetada a corrente de soldadura é de entre 2,5 kA e 5 kA por mm2, de preferência cerca de 4 kA por mm2 da área projetada. A segunda trajetória P2 é cerca do dobro do comprimento na configuração de soldadura em série quando comparada com a configuração de soldadura simples para permitir a mesma quantidade de energia a ser introduzida nas projeções 60.

[100] A força de pressão F para a projeção preferida 60 com um comprimento L1 na base de 6 milímetros e uma largura W3 de 1,8 milímetros é de em valores absolutos entre 800 N e 3000 N, de preferência cerca de 1750 N. Quando relacionado com a área projetada à força de pressão F é de entre 70 N e 280 N, de preferência cerca de 160 N por mm2 da área projetada. A força de pressão exercida F é constante ou significativamente constante durante o ciclo de soldadura, ou seja, sobre ou durante a primeira trajetória P1, a segunda trajetória P2, a terceira trajetória P3 e a quarta trajetória P4.

[101] A figura 8A é uma vista microscópica da soldadura estrutural quando os parâmetros de soldadura são aplicados nos alcances tal como anteriormente descrito. A soldadura é livre de fendas, e a quantidade de inclusões e porosidade ilustradas como pontos negros 101 é mínima. Esta é uma soldadura com uma integridade estrutural elevada. Esta soldadura é mesmo mais forte do que o material das próprias folhas de alumínio 50, 51.

[102] A figura 8B é uma vista microscópica de uma soldadura quando alguns dos parâmetros de soldadura são aplicados fora dos alcances tal como anteriormente descrito. Em especial, neste exemplo a segunda duração t2 e a terceira duração t3 foram escolhidas muito fora dos alcances especificados. Em resultado disso, a integridade do material foi alterada, em que a soldadura compreende fendas retraídas distribuídas, alongadas ilustradas como linhas a negro 100, e várias das inclusões e porosidade ilustradas como pontos negros 101. As fendas e as inclusões tiveram como resultado uma soldadura fraca que não pode suportar cargas mecânicas tal como exigido na indústria.

[103] Dever-se-á entender que a descrição anterior é incluída para ilustrar a operação dos modelos preferidos e não tem como objetivo limitar o âmbito da invenção. A partir da discussão anterior, muitas variações serão notórias aos especialistas na técnica que serão ainda abrangidas pelo espírito e âmbito desta invenção.

Claims

Conjunto de uma primeira folha de metal (50) e uma segunda folha de metal (51) a ser soldada por cima da primeira folha de metal através da soldadura por projeção, na qual a primeira folha de metal é de um metal não ferroso ou liga de metal tendo como componente principal alumínio ou magnésio, caracterizado por a primeira folha de metal (50) compreender uma projeção alongada (60) que se estende localmente por cima da superfície superior principal (53) da primeira folha de metal (50) para entrar em contato com a superfície inferior principal da segunda folha de metal (51), em que a projeção compreende uma superfície superior (61) dotada de uma primeira secção convexa dotada (65) com um primeiro raio (R1) que define no seu centro a altura dominante (H1) da superfície superior (61) com respeito à superfície superior principal (53) da primeira folha de metal (50), uma segunda secção convexa (64) com um segundo raio (R2) ao longo de ambos os lados alongados que convergem na primeira secção (65), e uma terceira secção (63) ao longo de ambos os lados alongados que converge nas segundas seções (64) e na superfície superior principal (53) da primeira folha de metal (50), em que as primeiras transições (T1) da primeira secção convexa (65) nas segundas seções convexas (64) definem uma primeira largura (W1) da superfície superior (61) e em que as segundas transições (T2) das segundas seções convexas (64) nas terceiras seções (63) definem uma segunda largura (W2) da superfície superior (61), em que as terceiras transições (T3) das terceiras seções (63) na superfície superior principal (53) da primeira folha de metal (50) definem uma terceira largura (W3) da superfície superior (61), em que o primeiro raio (R1) é maior do que o segundo raio (R2).
Conjunto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o quociente do primeiro raio (R1) / segundo raio (R2) ser de pelo menos 4.
Conjunto, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por o quociente do primeiro raio (R1) / segundo raio (R2) ser de 4 a 5.
Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por o quociente da primeira largura (W1) / segunda largura (W2) ser de 0,60 a 0,90.
Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado por a terceira secção (63) ser uma terceira secção côncava (63) com um terceiro raio (R3), em que o terceiro raio é igual ao segundo raio.
Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por a projeção (60) estar cheia de metal da primeira folha de metal (50) por cima da superfície superior principal (53) da primeira folha de metal (50).
Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por a projeção (60) compreender uma endentação (66) na superfície inferior principal (54) da primeira folha de metal (50).
Conjunto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por a segunda folha de metal (51) ser de um metal não ferroso ou liga de metal tendo como componente principal alumínio ou magnésio.
Método para soldadura por projeção de uma segunda folha de metal (51) por cima de uma primeira folha de metal (50) através de soldadura por projeção com um aparelho de soldadura por projeção (1), em que a primeira folha de metal (50) é de um metal não ferroso ou liga de metal tendo como componente principal alumínio ou magnésio, em que o aparelho de soldadura por projeção (1) compreende um primeiro elétrodo de soldadura (20) e um segundo elétrodo de soldadura (10) que engatam na primeira folha de metal (50) e na segunda folha de metal (51) na posição da projeção (60) ou que engatam simultaneamente na segunda folha de metal (51) na posição das duas projeções (60) para exercerem uma força de pressão nas folhas de metal (50, 51) e para posteriormente fornecer uma corrente através das folhas de metal, em que o método compreende o fornecimento de uma corrente de soldadura através dos elétrodos de soldadura de acordo com um impulso, em que o impulso compreende em série uma primeira trajetória (P1) sobre um primeiro intervalo de tempo (t1) no qual a corrente aumenta de zero a uma corrente máxima, uma segunda trajetória (P2) sobre um segundo intervalo de tempo (t2) no qual a corrente máxima está presente, uma terceira trajetória (P3) na qual a corrente gradualmente diminui novamente para zero sobre um terceiro intervalo de tempo (t3), e uma quarta trajetória (P4) na qual a corrente de soldadura sobre um quarto intervalo de tempo (t4) é mantida a zero enquanto a força de pressão é ainda aplicada, caracterizado por a primeira folha de metal compreender uma ou mais projeções alongadas (60) que localmente se estendem por cima da superfície superior principal (53) da primeira folha de metal (50) para entrarem em contato com a superfície inferior principal da segunda folha de metal (51), em que a uma ou mais projeções (60) compreenderem uma superfície superior (61) dotada de uma primeira secção convexa (65) com um primeiro raio (R1) que define ao seu centro a altura dominante (H1) da superfície superior (61) relativamente à superfície superior principal (53) da primeira folha de metal (50), uma segunda secção convexa (64) com um segundo raio (R2) ao longo de ambos os lados alongados que convergem na primeira secção (65), e uma terceira secção (63) ao longo de ambos os lados alongados que convergem nas segundas seções (64) e na superfície superior principal (53) da primeira folha de metal (50), em que as primeiras transições (T1) da primeira secção convexa (65) nas segundas seções convexas (64) definirem uma primeira largura (W1) da superfície superior (61) e em que as segundas transições (T2) das segundas seções convexas (64) nas terceiras seções (63) definirem uma segunda largura (W2) da superfície superior (61), e em que as terceiras transições (T3) das terceiras seções (63) na superfície superior (53) principal da primeira folha de metal (50) definiram uma terceira largura (W3) da superfície superior (61), em que o primeiro raio (R1) é maior do que o segundo raio (R2).
Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por a corrente de soldadura ser fornecida como um impulso único.
Método, de acordo com a reivindicação 9 ou 10, caracterizado por a corrente de soldadura ser uma corrente contínua.
Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 11, caracterizado por o primeiro intervalo de tempo (t1) ser mais curto do que o terceiro intervalo de tempo (t3).
Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a12, caracterizado por o primeiro intervalo de tempo (t1) ser no máximo 10 milissegundos.
Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 13, caracterizado por o primeiro intervalo ser no máximo 1 milissegundo.
Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 14, caracterizado por o terceiro intervalo de tempo (t3) ser o máximo da duração do segundo intervalo de tempo (t2).
Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 15, caracterizado por o quarto intervalo de tempo (t4) ser pelo menos tão longo quanto à soma do primeiro intervalo de tempo (t1), do segundo intervalo de tempo (t2) e do terceiro intervalo de tempo (t3).
Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 16, caracterizado por a corrente de soldadura máxima ser de 2,5 a 5 kiloamperes por milímetro quadrado da projeção (60) em projeção perpendicular à superfície superior (53) da primeira folha de metal (50).
Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 17, caracterizado por a segunda folha de metal (51) ser de um metal não ferroso ou liga de metal tendo como componente principal alumínio ou magnésio.