Neste trabalho é proposto e avaliado um sistema capaz de monitorar de forma não-destrutiva, não-invasiva, individualizada, em tempo real e em ambiente industrial, a qualidade de soldas produzidas através do processo de solda a ponto resistiva (PSPR), diminuindo ou mesmo eliminando a necessidade dos testes destrutivos, reduzindo custos e aumentando a produtividade. Este sistema de monitoramento é baseado em reconhecimento de padrões, através de redes neurais artificiais do tipo Perceptron multicamadas. As características do processo usadas na entrada da rede neural são os parâmetros ajustados de um modelo matemático parametrizável, criado com o intuito de refletir as propriedades fundamentais da grandeza do processo passível de ser medida e monitorada em tempo real, neste caso a curva de resistência dinâmica. Estes valores ajustados dos parâmetros do modelo são ainda relacionados com os estados ou condições do processo, de forma a permitir a identificação de possíveis causas para falhas detectadas. Para avaliar e validar este sistema, usaram-se dados reais obtidos na produção de lotes de contatos elétricos através do PSPR. Os resultados obtidos mostram que o sistema proposto é capaz de monitorar satisfatoriamente a qualidade do processo investigado, com erro médio quadrático de 16,5 N, na estimação da força de cisalhamento suportada pela solda, no pior caso. O sistema também mostrou-se capaz de identificar a causa para soldas cuja qualidade estimada foi considerada baixa, com taxa de acerto acima de 97%. Esse sistema proposto não contém especificidades de nenhum processo produtivo e, portanto, tem potencial para ser aplicado em outros processos, além do PSPR. / In this work a non-destructive, non-invasive, individualized, real-time system has been proposed and evaluated to monitor the quality of welds produced by resistance spot welding process (RSWP) in industrial environment. This system is able to reduce or eliminate the need for destructive tests, leading to cost reduction and increase in productivity. This monitoring system is based on pattern recognition with multilayer Perceptron artificial neural networks (ANN). The process features used as input of the ANN are adjusted parameters of a parametric mathematic model created to reflect the fundamental properties of the process variable that is measurable in real time, in this work, the dynamic resistance curve. The adjustable model parameters values are related with the process states and conditions, so that it is possible to identify the causes for detected bad quality. In order to evaluate and validate the proposed system, real data obtained in the production of electric contacts by RSWP were used. The results show that the proposed system is capable of properly monitoring the investigated process quality, with a mean square error of 16.5 N, in the estimation of the shear force supported by the weld, in the worst case. The system proved to be able to identify the causes for detected bad quality, with a reliability of more than 97%. The proposed system contains no productive process specificities, and, therefore, can be applied to other processes.

Neste trabalho é proposto e avaliado um sistema capaz de monitorar de forma não-destrutiva, não-invasiva, individualizada, em tempo real e em ambiente industrial, a qualidade de soldas produzidas através do processo de solda a ponto resistiva (PSPR), diminuindo ou mesmo eliminando a necessidade dos testes destrutivos, reduzindo custos e aumentando a produtividade. Este sistema de monitoramento é baseado em reconhecimento de padrões, através de redes neurais artificiais do tipo Perceptron multicamadas. As características do processo usadas na entrada da rede neural são os parâmetros ajustados de um modelo matemático parametrizável, criado com o intuito de refletir as propriedades fundamentais da grandeza do processo passível de ser medida e monitorada em tempo real, neste caso a curva de resistência dinâmica. Estes valores ajustados dos parâmetros do modelo são ainda relacionados com os estados ou condições do processo, de forma a permitir a identificação de possíveis causas para falhas detectadas. Para avaliar e validar este sistema, usaram-se dados reais obtidos na produção de lotes de contatos elétricos através do PSPR. Os resultados obtidos mostram que o sistema proposto é capaz de monitorar satisfatoriamente a qualidade do processo investigado, com erro médio quadrático de 16,5 N, na estimação da força de cisalhamento suportada pela solda, no pior caso. O sistema também mostrou-se capaz de identificar a causa para soldas cuja qualidade estimada foi considerada baixa, com taxa de acerto acima de 97%. Esse sistema proposto não contém especificidades de nenhum processo produtivo e, portanto, tem potencial para ser aplicado em outros processos, além do PSPR. / In this work a non-destructive, non-invasive, individualized, real-time system has been proposed and evaluated to monitor the quality of welds produced by resistance spot welding process (RSWP) in industrial environment. This system is able to reduce or eliminate the need for destructive tests, leading to cost reduction and increase in productivity. This monitoring system is based on pattern recognition with multilayer Perceptron artificial neural networks (ANN). The process features used as input of the ANN are adjusted parameters of a parametric mathematic model created to reflect the fundamental properties of the process variable that is measurable in real time, in this work, the dynamic resistance curve. The adjustable model parameters values are related with the process states and conditions, so that it is possible to identify the causes for detected bad quality. In order to evaluate and validate the proposed system, real data obtained in the production of electric contacts by RSWP were used. The results show that the proposed system is capable of properly monitoring the investigated process quality, with a mean square error of 16.5 N, in the estimation of the shear force supported by the weld, in the worst case. The system proved to be able to identify the causes for detected bad quality, with a reliability of more than 97%. The proposed system contains no productive process specificities, and, therefore, can be applied to other processes.

O objetivo desta dissertação é escrever sobre a técnica de ultra-sonografia, aplicada na inspeção da soldagem por resistência a ponto, e demonstrar as vantagens desta técnica em relação aos ensaios destrutivos convencionalmente normalizados e utilizados na inspeção de solda a ponto até meados de 1999, quando a técnica de ultra-som começou a ser aplicada no Brasil. Para tanto foram realizados dois procedimentos experimentais, sendo o primeiro deles utilizando a técnica de ultra-som a-scan (transdutor de simples elemento), onde foram estudados os efeitos da indentação do ponto de solda, um dos parâmetros que pode ser detectado com extrema facilidade por esta técnica. O segundo experimento visa demonstrar a capacidade de detecção da técnica de ultra-som b-scan (transdutor matricial), onde a metodologia foi aplicada visando correlacionar os resultados obtidos pelo equipamento com os resultados encontrados nas técnicas de arrancamento (peel test) e nos ensaios macrográficos convencionalmente conhecidos. Com estes experimentos, foi possível comprovar a confiabilidade e repetibilidade desta técnica, mostrando uma maior precisão em relação aos ensaios normalizados conhecidos, além da avaliação quantitativa que pode ser feita, tornando possível a coleta estatística de dados. Foi também notada grande dificuldade em interpretar os sinais gráficos emitidos pelos equipamentos, bem como atestar sua confiabilidade e capacidade de detecção de defeitos, surgindo a necessidade de intensificar o treinamento dos operadores desta técnica. De qualquer forma, esta técnica representa o estado da arte na inspeção de solda por resistência, e foi o principal motivador deste estudo. / The aim is to describe the ultrasound technique, applied to the inspection of the resistance spot welding, and to demonstrate the advantages of this technique over the conventionally standardized destructive tests used in spotweld inspections until mid 1999, when the ultrasound technique began to be applied in Brazil. For this, two experimental procedures were organized, the first using the a-scan (single element transducer) ultrasound technique, in which the effects of the indentation of the spotweld were studied, one of the parameters that can be easily detected by this technique. The second experiment seeks to demonstrate the detection capacity of the ultrasonic b-scan technique (matrix transducer), in which the methodology was applied to seek the correlation between the results obtained by the equipment with the results found in the peel test and also in the macrographic results conventionally known. With these experiments, it was possible to prove the reliability and reproductibility of this technique, showing an increase in precision when related to the normalized known tests, besides the quantitative evaluation that can be made, allowing the statistical collection of data. A great difficulty was also noticed in interpreting the graphic signs emitted by the equipment, as well as in attesting the reliability and capacity of defects detection, raising the need of operators training. In any way, this technique represents the state of the art in the resistance spotweld inspection, and this was the main motivator of this study.

O objetivo desta dissertação é escrever sobre a técnica de ultra-sonografia, aplicada na inspeção da soldagem por resistência a ponto, e demonstrar as vantagens desta técnica em relação aos ensaios destrutivos convencionalmente normalizados e utilizados na inspeção de solda a ponto até meados de 1999, quando a técnica de ultra-som começou a ser aplicada no Brasil. Para tanto foram realizados dois procedimentos experimentais, sendo o primeiro deles utilizando a técnica de ultra-som a-scan (transdutor de simples elemento), onde foram estudados os efeitos da indentação do ponto de solda, um dos parâmetros que pode ser detectado com extrema facilidade por esta técnica. O segundo experimento visa demonstrar a capacidade de detecção da técnica de ultra-som b-scan (transdutor matricial), onde a metodologia foi aplicada visando correlacionar os resultados obtidos pelo equipamento com os resultados encontrados nas técnicas de arrancamento (peel test) e nos ensaios macrográficos convencionalmente conhecidos. Com estes experimentos, foi possível comprovar a confiabilidade e repetibilidade desta técnica, mostrando uma maior precisão em relação aos ensaios normalizados conhecidos, além da avaliação quantitativa que pode ser feita, tornando possível a coleta estatística de dados. Foi também notada grande dificuldade em interpretar os sinais gráficos emitidos pelos equipamentos, bem como atestar sua confiabilidade e capacidade de detecção de defeitos, surgindo a necessidade de intensificar o treinamento dos operadores desta técnica. De qualquer forma, esta técnica representa o estado da arte na inspeção de solda por resistência, e foi o principal motivador deste estudo. / The aim is to describe the ultrasound technique, applied to the inspection of the resistance spot welding, and to demonstrate the advantages of this technique over the conventionally standardized destructive tests used in spotweld inspections until mid 1999, when the ultrasound technique began to be applied in Brazil. For this, two experimental procedures were organized, the first using the a-scan (single element transducer) ultrasound technique, in which the effects of the indentation of the spotweld were studied, one of the parameters that can be easily detected by this technique. The second experiment seeks to demonstrate the detection capacity of the ultrasonic b-scan technique (matrix transducer), in which the methodology was applied to seek the correlation between the results obtained by the equipment with the results found in the peel test and also in the macrographic results conventionally known. With these experiments, it was possible to prove the reliability and reproductibility of this technique, showing an increase in precision when related to the normalized known tests, besides the quantitative evaluation that can be made, allowing the statistical collection of data. A great difficulty was also noticed in interpreting the graphic signs emitted by the equipment, as well as in attesting the reliability and capacity of defects detection, raising the need of operators training. In any way, this technique represents the state of the art in the resistance spotweld inspection, and this was the main motivator of this study.