Um estudo da CIQTEK com microscopia eletrônica de varredura (MEV) demonstra que eletrodos com anéis salientes melhoram a soldagem por pontos de ligas de alumínio e aumentam a vida útil do eletrodo.

As ligas de alumínio, valorizadas por sua excepcional relação resistência/peso, são materiais ideais para a redução de peso em automóveis. A soldagem por resistência a ponto (RSW) continua sendo o principal método de união na fabricação de carrocerias. No entanto, a alta condutividade térmica e elétrica do alumínio, combinada com sua camada de óxido superficial, exige correntes de soldagem muito superiores às utilizadas para o aço. Isso acelera o desgaste do eletrodo de cobre, resultando em instabilidade na qualidade da solda, manutenção frequente do eletrodo e aumento dos custos de produção. Prolongar a vida útil do eletrodo Garantir a qualidade da solda tornou-se um gargalo tecnológico crítico no setor.

Para enfrentar esse desafio, a equipe do Dr. Yang Shanglu, do Instituto de Óptica e Mecânica Fina de Xangai, conduziu um estudo aprofundado utilizando o CIQTEK FESEM SEM5000 Eles projetaram de forma inovadora um eletrodo de anel elevado e investigaram sistematicamente o efeito do número de anéis (0–4) na morfologia do eletrodo, revelando a relação intrínseca entre a contagem de anéis, defeitos cristalinos no núcleo da solda e distribuição de corrente. Os resultados mostram que o aumento do número de anéis salientes otimiza a distribuição de corrente, melhora a eficiência da entrada térmica, aumenta o tamanho do ponto de solda e prolonga significativamente a vida útil do eletrodo. Notavelmente, os anéis salientes melhoram a penetração da camada de óxido, aumentando o fluxo de corrente e reduzindo a corrosão por pite. Este design inovador de eletrodo oferece uma nova abordagem técnica para mitigar o desgaste do eletrodo e estabelece uma base teórica e prática para uma aplicação mais ampla da soldagem por resistência a ponto (RSW) de ligas de alumínio na indústria automotiva. O estudo foi publicado em [inserir título da revista/publicação]. Revista de Tecnologia de Processamento de Materiais. sob o título “ Investigação da influência da morfologia da superfície do eletrodo na soldagem por resistência a ponto de ligas de alumínio. ”

Inovação no design de eletrodos com anéis elevados

Diante do desafio do desgaste dos eletrodos, a equipe abordou o problema a partir da morfologia dos eletrodos. Eles usinaram de 0 a 4 anéis concêntricos em relevo na face final de eletrodos esféricos convencionais, formando um novo eletrodo de Anel de Newton (NTR).

Figura 1. Morfologia da superfície e perfil da seção transversal dos eletrodos utilizados no experimento.

Análise SEM revela defeitos cristalinos e melhoria de desempenho

Como os anéis salientes influenciam o desempenho da soldagem? Usando o Técnicas CIQTEK FESEM SEM5000 e EBSD A equipe caracterizou detalhadamente a microestrutura dos núcleos de solda. Eles descobriram que os anéis salientes perfuram a camada de óxido de alumínio durante a soldagem, otimizando a distribuição da corrente, influenciando a entrada de calor e promovendo o crescimento do núcleo. Mais importante ainda, a interação mecânica entre os anéis salientes e o metal fundido aumenta significativamente a densidade de defeitos cristalinos, como discordâncias geometricamente necessárias (GNDs) e contornos de grão de baixo ângulo (LAGBs), dentro do núcleo de solda. O desempenho ideal foi observado com três anéis salientes (NTR3).

Figura 2. Análise EBSD da microestrutura do núcleo de solda para os eletrodos NTR0, NTR1, NTR2, NTR3 e NTR4.

Vida útil prolongada do eletrodo

Além de melhorar a qualidade da solda, os eletrodos com anel em relevo demonstram excelente desempenho antiabrasão. Após um teste de vida útil de 10 soldagens, a diferença no desgaste do eletrodo foi impressionante.

Figura 3. Vida útil dos eletrodos NTR0, NTR1, NTR2, NTR3 e NTR4.

Análise quantitativa

O eletrodo NTR0 sem anéis salientes apresentou uma área de desgaste de 13,49 milhões de μm².

Em comparação, os eletrodos NTR3 e NTR4, com três e quatro anéis salientes, reduziram as áreas de desgaste para 4,35 milhões de μm² e 3,98 milhões de μm², representando reduções de 67,8% e 70,5%, respectivamente.

A estrutura de anéis elevados concentra a corrente ao longo dos anéis, guiando o desgaste por caminhos predeterminados e evitando a expansão aleatória de cavidades, dobrando efetivamente a vida útil do eletrodo.

Figura 4. Área de corrosão por pite dos eletrodos NTR0, NTR1, NTR2, NTR3 e NTR4 após 5 e 10 soldas: (a) 5ª solda, (b) 10ª solda.

Microanálise da corrosão por eletrodos

Análises adicionais por MEV (Microscopia Eletrônica de Varredura) dos eletrodos NTR0 após a soldagem, até a adesão à chapa de alumínio, revelaram uma camada de composto intermetálico (IMC) de 10 μm de espessura entre o eletrodo e a chapa. Essa camada de transição consiste em duas subcamadas contendo cobre:

Próximo ao eletrodo: subcamada mais fina com 29,2% atômicos de Cu (Al ₄ Cu ₉ fase).

Próximo à liga de alumínio: subcamada mais espessa com 15,5% atômico de Cu (AlCu ₂ fase).

Figura 5. Análise da composição da corrosão por pite entre o eletrodo e a folha.

Este estudo demonstra que a morfologia inovadora dos eletrodos pode regular eficazmente a distribuição da corrente, melhorando a qualidade da solda e prolongando a vida útil do eletrodo. Microscópio CIQTEK FESEM Forneceu visualização indispensável e evidências quantitativas de mecanismos microscópicos, incluindo a evolução de defeitos cristalinos e a corrosão por pite de eletrodos, destacando o papel crítico da caracterização avançada no avanço da pesquisa em soldagem e aplicações industriais.