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The amount of aluminium sheets in future body-in-white concepts is still on the rise. There is a need for optimizing the joining techniques, caused by the different characteristics compared to the established steel components. Especially the electrode life for resistance spot welding as a reliable and established process needs to be improved. One reason for the short electrode life when welding aluminium is the insulating effect of the aluminium oxide layer. One possibility to reduce the electrode wear is the mechanical destruction of the oxide layer before the welding. This paper describes the influence of a translational and rotational electrode movement on the electrode wear. The oxide layer destruction is detected by resistance measurement. It could be shown that the destruction of the oxide layer already occurs at low movements. However, a homogeneous, large-area destruction is necessary for a wear reduction.

The demand for high energy battery assemblies is growing in sectors such as transportation. Alongwith it is the need for reliable, efficient and cost-effective ways to electrically connect the batteries toensure their performance. Battery cells are most often put into modules or packs when produced forelectrically driven vehicles. The variable of greatest influence when welding battery packs is thecontact resistance between the cell and the connection tab. It is crucial to minimize this variable asmuch as possible to prevent energy loss in the form of heat generation. The purpose of this project is to conduct a comparative literature study of different weldingtechniques for welding batteries. The compared techniques are resistance spot welding, laser beamwelding and ultrasonic welding. The performance was evaluated in terms of numerous factors such asproduction cost, degree of automation and weld quality. All three methods are tried and proven to function in the production of battery applications. Eachmethod has separate strengths and limitations which makes them complement each other. Thus, it isimportant to look at several factors when deciding which welding technique is the most suitable forthe desired application. The scale of production, economical aspects as well as battery cell geometrywere concluded to be the most important in making this decision.

A soldagem a ponto por resistência é o processo mais usado na montagem de estruturas, tais como: automóveis, caminhões, aviões, vagões de trem, etc. Como exemplo, na montagem das carrocerias de automóveis são necessários em média 5.000 pontos de solda. Segundo a ANFAVEA a produção em 2010 no Brasil ultrapassou 3,5 milhões de automóveis, ou seja, aproximadamente 17,5 bilhões de pontos de solda por ano. Estes fatos evidenciam a importância deste processo de soldagem na montagem de carroceria devido a sua eficiência, rapidez e facilidade na automação. Além disso, o comportamento da soldagem a ponto por resistência é extremamente importante para a qualidade de toda a estrutura soldada. O presente trabalho será voltado para a avaliação e estudo da soldabilidade de chapas de aço de 0,8 mm, revestidas e não revestidas com zinco, na indústria automotiva, comparando-se dois equipamentos de soldagem com dois tipos de corrente de soldagem: corrente alternada (CA) e corrente contínua de média freqüência (CC). Foram feitos diagramas de soldabilidade: corrente (kA) x tempo (ms) com força constante e corrente (kA) x força (kgf) com tempo (s) de soldagem constante e localizada suas respectivas áreas comuns. Em seguida foram feitos diagramas em terceira dimensão (3D) com os três principais parâmetros (força, corrente e tempo) e localizado um ponto otimizado. Posteriormente foram analisadas, nos pontos otimizados, as dimensões geométricas do ponto através da macrografia, a resistência mecânica com ensaio de tração e, durante a soldagem, a resistência dinâmica e a energia elétrica dinâmica. Foram seguidos como requisitos técnicos para qualificação de soldagem conforme norma. Os resultados mostraram que, a soldagem em CC apresentou-se melhor em chapas sem revestimento se comparada com a soldagem em CA. E a soldagem em CA apresentou-se melhor em chapas com revestimento de zinco se comparada com a soldagem em CC. A queima do revestimento de zinco e a rugosidade superficial das chapas não afetaram a formação do ponto de solda. As durezas nas regiões da ZAC e no ponto de solda apresentaram-se maiores em chapas sem revestimento. Todos os pontos de solda com os parâmetros otimizados, encontrados pelo método apresentado neste trabalho, foram aprovados conforme norma. / Resistance spot welding is highly used in the structures assembly, such as: cars, trucks, planes, trains, etc. For example, 5.000 weld spots are necessary in an auto-body assembly. According to ANFAVEA, Brazilian production in 2010 overtook 3.5 millions of cars, in order words, around 17,5 billions weld spot per year. This fact evidences the importance of this welding process due to its efficiency, rapidity and easiness in the automation. Moreover, the resistance spot welding behavior is highly important for all the welded structure quality. This work aimed to study the weldability of zinc non-coated and zinc coated steel sheets of 0,8 mm thickness for automotive industry, comparing two welding equipments with two kinds of current: alternating current (AC) and medium frequency direct current (DC). The weld lobes are presented: current (kA) x time (s) with constant force (kgf) and current (kA) x force (kgf) with constant welding time. After, lobes in third dimension (3D) with the three main parameters were done (force, current and time) and located the great point. Afterwards, the great points were characterized using, optic metallografly, mechanical resistance with tensile-shear test and, during welding, the dynamic resistance and dynamic energy. The describe techniques were followed as technical requisites according to the standard. The results showed that the welding in DC presented better performance in uncoated sheets when compared to the AC welding. And the AC welding presented better performance in zinc coated sheets when compared to DC welding. Zinc coating burning and sheets surface roughness did not affect the spot weld formation. The hardness in the HAZ regions and in the spot weld was higher in uncoated sheets. All spot welds with the optimized parameters, found by the method presented in this work, were approved according to the standard.

A soldagem a ponto por resistência é o processo de união de partes mais comum utilizado na indústria automobilística. Vários métodos de representação de pontos de solda estão disponíveis, e este trabalho se propõe comparar dois métodos de modelagem de pontos de solda através de um estudo de correlação, em termos da força máxima suportada pela junta soldada, entre os resultados de testes virtuais e de laboratório. Estes métodos de representação dos pontos de solda são os elementos de viga e os elementos sólidos. Os testes utilizados neste estudo de correlação carregam o corpo de provas sob ação de forças de cisalhamento e normal aplicadas diretamente no ponto de solda. E para completar este estudo de correlação, o entendimento dos modos e critérios de falha de juntas soldadas também é necessário. Os modelos de elementos finitos dos corpos de prova gerados para serem testados sob condições de cisalhamento e de força normal são detalhados pela apresentação dos tipos de materiais, elementos, formulações de contato e carregamento utilizados. Estes modelos foram analisados pelo LS-DYNA, que é um código de elementos finitos de propósito geral para análise de respostas dinâmicas provenientes de grandes deformações de estruturas. Da mesma forma, os testes físicos e os corpos de prova utilizados são detalhados, e os resultados provenientes dos testes são comparados aos obtidos nas simulações. Dos resultados obtidos, a melhor correlação se deu com a utilização do elemento sólido para representar o ponto de solda, com diferenças entre os resultados físicos e virtuais em torno de 4%. Uma representação simples do ponto de solda é indicada no caso de modelos completos e para aplicações na indústria, alguns fatores, tais como a modelagem da ZTA, podem ser suprimidos. Uma breve descrição do processo de soldagem a ponto, alguns tópicos da análise de elementos finitos não-linear e algumas características do LS-DYNA, além das conclusões e recomendações para trabalhos posteriores, completam este estudo. / Resistance spot welding is the most common jointing process of parts used in automotive industry. Several methods to represent spot welds are available, and the purpose of this work is to compare two different methods of spot weld modeling through a correlation study, taking into consideration the maximum force withstood by the welded joint, between virtual and lab test results. These spot weld representation methods are beam and solid elements. The tests used in this correlation study load the specimens under pure shear and pure normal forces. And in order to complete this correlation study, the understanding of the failure modes and criteria is also necessary. The specimens finite element models generated to be tested under purê shear and normal conditions are detailed by the presentation of materials, elements contact formulations and loading types used. These models were analyzed by the LS-DYNA, which is general purpose finite element code for analyzing the large deformation dynamic response of structures. As well, the physical tests and used specimens are detailed, and the results from the tests are compared to the results obtained in the simulations. Taking the obtained results, the best correlation was found using solid elements to represent the spot weld, due to differences between the physical and the virtual results about 4%. A simple representation of the spot weld is indicated in case of a complete model, and for the industry application, some factors such as the HAZ, may be suppressed. A brief description of the spot welding process, some topics of the non-liner finite element analysis and some features of the LS-DYNA, and also the conclusions and recommendations for future works, complete this study.

A crescente exigência do setor automotivo por maior produtividade com redução de custos, aliada aos novos materiais que compõe as carrocerias e seus revestimentos, levou ao estudo da correlação da resistência dinâmica, força de expansão térmica e indentação, com a formação do ponto de solda, a fim de qualificar e controlar a soldagem por resistência a ponto. Para o estudo ter validade prática a qualificação da solda, os parâmetros de soldagem e corpos de prova foram definidos conforme norma AWS-SAE D8-9M 2002. Os corpos de prova para os ensaios foram retirados das chapas que compõe uma carroceria veicular. O cabeçote de soldagem foi projetado e construído seguindo os padrões de máquinas industriais. Os instrumentos de medição foram desenvolvidos especificamente para atender as condições industriais da soldagem por resistência. Os ensaios simularam as variações de parâmetros e produção dos pontos de solda conforme ocorre na indústria automobilística. As análises foram realizadas através da comparação gráfica e matemática do comportamento das grandezas medidas com a qualificação dimensional do ponto. A correlação, apresentada, distingue chapas de espessuras diferentes, materiais de revestimento, variação de parâmetros, erros de posicionamento (ponto torto), expulsão de material (flash), variações na formação do ponto (undersize) e o mais importante, desgaste dos eletrodos. Esta correlação permite criar um sistema de qualificação e controle do ponto de solda. / The growing demand from the automotive sector for greater productivity, reduced costs, combined with new materials that make up their bodies and coats, led to the study of the correlation of the dynamic resistance, thermal force expansion and indentation, with the formation of the spot weld, in order to qualify and control the resistance spot welding. For the study to be valid practicing the qualification of spot weld, welding parameters and specimens were define according AWS - 9M SAE D8 2002 standard. The specimens for testing were removed from the sheets that make up a vehicle body. The welding head was designed and built according the standards of industrial machinery. Measuring instruments were developed specifically to meet the conditions of industrial resistance welding. The tests simulated the variations of parameters and production of welding spots as occurs in automotive industry. The analyzes were performed through the graphical comparison and mathematical behavior of measured quantities with dimensional spot qualification. The correlation presented distinguishes sheets of different thicknesses, coating materials, variation of parameters, positioning errors (crooked point), expulsion of material (flash), variations in spot formation (undersize) and most important, wear of the electrodes. This correlation allows to create a system of qualification and control of the spot welding.

A soldagem a ponto por resistência é o processo de união de partes mais comum utilizado na indústria automobilística. Vários métodos de representação de pontos de solda estão disponíveis, e este trabalho se propõe comparar dois métodos de modelagem de pontos de solda através de um estudo de correlação, em termos da força máxima suportada pela junta soldada, entre os resultados de testes virtuais e de laboratório. Estes métodos de representação dos pontos de solda são os elementos de viga e os elementos sólidos. Os testes utilizados neste estudo de correlação carregam o corpo de provas sob ação de forças de cisalhamento e normal aplicadas diretamente no ponto de solda. E para completar este estudo de correlação, o entendimento dos modos e critérios de falha de juntas soldadas também é necessário. Os modelos de elementos finitos dos corpos de prova gerados para serem testados sob condições de cisalhamento e de força normal são detalhados pela apresentação dos tipos de materiais, elementos, formulações de contato e carregamento utilizados. Estes modelos foram analisados pelo LS-DYNA, que é um código de elementos finitos de propósito geral para análise de respostas dinâmicas provenientes de grandes deformações de estruturas. Da mesma forma, os testes físicos e os corpos de prova utilizados são detalhados, e os resultados provenientes dos testes são comparados aos obtidos nas simulações. Dos resultados obtidos, a melhor correlação se deu com a utilização do elemento sólido para representar o ponto de solda, com diferenças entre os resultados físicos e virtuais em torno de 4%. Uma representação simples do ponto de solda é indicada no caso de modelos completos e para aplicações na indústria, alguns fatores, tais como a modelagem da ZTA, podem ser suprimidos. Uma breve descrição do processo de soldagem a ponto, alguns tópicos da análise de elementos finitos não-linear e algumas características do LS-DYNA, além das conclusões e recomendações para trabalhos posteriores, completam este estudo. / Resistance spot welding is the most common jointing process of parts used in automotive industry. Several methods to represent spot welds are available, and the purpose of this work is to compare two different methods of spot weld modeling through a correlation study, taking into consideration the maximum force withstood by the welded joint, between virtual and lab test results. These spot weld representation methods are beam and solid elements. The tests used in this correlation study load the specimens under pure shear and pure normal forces. And in order to complete this correlation study, the understanding of the failure modes and criteria is also necessary. The specimens finite element models generated to be tested under purê shear and normal conditions are detailed by the presentation of materials, elements contact formulations and loading types used. These models were analyzed by the LS-DYNA, which is general purpose finite element code for analyzing the large deformation dynamic response of structures. As well, the physical tests and used specimens are detailed, and the results from the tests are compared to the results obtained in the simulations. Taking the obtained results, the best correlation was found using solid elements to represent the spot weld, due to differences between the physical and the virtual results about 4%. A simple representation of the spot weld is indicated in case of a complete model, and for the industry application, some factors such as the HAZ, may be suppressed. A brief description of the spot welding process, some topics of the non-liner finite element analysis and some features of the LS-DYNA, and also the conclusions and recommendations for future works, complete this study.

A crescente exigência do setor automotivo por maior produtividade com redução de custos, aliada aos novos materiais que compõe as carrocerias e seus revestimentos, levou ao estudo da correlação da resistência dinâmica, força de expansão térmica e indentação, com a formação do ponto de solda, a fim de qualificar e controlar a soldagem por resistência a ponto. Para o estudo ter validade prática a qualificação da solda, os parâmetros de soldagem e corpos de prova foram definidos conforme norma AWS-SAE D8-9M 2002. Os corpos de prova para os ensaios foram retirados das chapas que compõe uma carroceria veicular. O cabeçote de soldagem foi projetado e construído seguindo os padrões de máquinas industriais. Os instrumentos de medição foram desenvolvidos especificamente para atender as condições industriais da soldagem por resistência. Os ensaios simularam as variações de parâmetros e produção dos pontos de solda conforme ocorre na indústria automobilística. As análises foram realizadas através da comparação gráfica e matemática do comportamento das grandezas medidas com a qualificação dimensional do ponto. A correlação, apresentada, distingue chapas de espessuras diferentes, materiais de revestimento, variação de parâmetros, erros de posicionamento (ponto torto), expulsão de material (flash), variações na formação do ponto (undersize) e o mais importante, desgaste dos eletrodos. Esta correlação permite criar um sistema de qualificação e controle do ponto de solda. / The growing demand from the automotive sector for greater productivity, reduced costs, combined with new materials that make up their bodies and coats, led to the study of the correlation of the dynamic resistance, thermal force expansion and indentation, with the formation of the spot weld, in order to qualify and control the resistance spot welding. For the study to be valid practicing the qualification of spot weld, welding parameters and specimens were define according AWS - 9M SAE D8 2002 standard. The specimens for testing were removed from the sheets that make up a vehicle body. The welding head was designed and built according the standards of industrial machinery. Measuring instruments were developed specifically to meet the conditions of industrial resistance welding. The tests simulated the variations of parameters and production of welding spots as occurs in automotive industry. The analyzes were performed through the graphical comparison and mathematical behavior of measured quantities with dimensional spot qualification. The correlation presented distinguishes sheets of different thicknesses, coating materials, variation of parameters, positioning errors (crooked point), expulsion of material (flash), variations in spot formation (undersize) and most important, wear of the electrodes. This correlation allows to create a system of qualification and control of the spot welding.

A soldagem a ponto por resistência é o processo mais usado na montagem de estruturas, tais como: automóveis, caminhões, aviões, vagões de trem, etc. Como exemplo, na montagem das carrocerias de automóveis são necessários em média 5.000 pontos de solda. Segundo a ANFAVEA a produção em 2010 no Brasil ultrapassou 3,5 milhões de automóveis, ou seja, aproximadamente 17,5 bilhões de pontos de solda por ano. Estes fatos evidenciam a importância deste processo de soldagem na montagem de carroceria devido a sua eficiência, rapidez e facilidade na automação. Além disso, o comportamento da soldagem a ponto por resistência é extremamente importante para a qualidade de toda a estrutura soldada. O presente trabalho será voltado para a avaliação e estudo da soldabilidade de chapas de aço de 0,8 mm, revestidas e não revestidas com zinco, na indústria automotiva, comparando-se dois equipamentos de soldagem com dois tipos de corrente de soldagem: corrente alternada (CA) e corrente contínua de média freqüência (CC). Foram feitos diagramas de soldabilidade: corrente (kA) x tempo (ms) com força constante e corrente (kA) x força (kgf) com tempo (s) de soldagem constante e localizada suas respectivas áreas comuns. Em seguida foram feitos diagramas em terceira dimensão (3D) com os três principais parâmetros (força, corrente e tempo) e localizado um ponto otimizado. Posteriormente foram analisadas, nos pontos otimizados, as dimensões geométricas do ponto através da macrografia, a resistência mecânica com ensaio de tração e, durante a soldagem, a resistência dinâmica e a energia elétrica dinâmica. Foram seguidos como requisitos técnicos para qualificação de soldagem conforme norma. Os resultados mostraram que, a soldagem em CC apresentou-se melhor em chapas sem revestimento se comparada com a soldagem em CA. E a soldagem em CA apresentou-se melhor em chapas com revestimento de zinco se comparada com a soldagem em CC. A queima do revestimento de zinco e a rugosidade superficial das chapas não afetaram a formação do ponto de solda. As durezas nas regiões da ZAC e no ponto de solda apresentaram-se maiores em chapas sem revestimento. Todos os pontos de solda com os parâmetros otimizados, encontrados pelo método apresentado neste trabalho, foram aprovados conforme norma. / Resistance spot welding is highly used in the structures assembly, such as: cars, trucks, planes, trains, etc. For example, 5.000 weld spots are necessary in an auto-body assembly. According to ANFAVEA, Brazilian production in 2010 overtook 3.5 millions of cars, in order words, around 17,5 billions weld spot per year. This fact evidences the importance of this welding process due to its efficiency, rapidity and easiness in the automation. Moreover, the resistance spot welding behavior is highly important for all the welded structure quality. This work aimed to study the weldability of zinc non-coated and zinc coated steel sheets of 0,8 mm thickness for automotive industry, comparing two welding equipments with two kinds of current: alternating current (AC) and medium frequency direct current (DC). The weld lobes are presented: current (kA) x time (s) with constant force (kgf) and current (kA) x force (kgf) with constant welding time. After, lobes in third dimension (3D) with the three main parameters were done (force, current and time) and located the great point. Afterwards, the great points were characterized using, optic metallografly, mechanical resistance with tensile-shear test and, during welding, the dynamic resistance and dynamic energy. The describe techniques were followed as technical requisites according to the standard. The results showed that the welding in DC presented better performance in uncoated sheets when compared to the AC welding. And the AC welding presented better performance in zinc coated sheets when compared to DC welding. Zinc coating burning and sheets surface roughness did not affect the spot weld formation. The hardness in the HAZ regions and in the spot weld was higher in uncoated sheets. All spot welds with the optimized parameters, found by the method presented in this work, were approved according to the standard.

In dieser Arbeit werden vier Wege aufgezeigt die Gebrauchsdauer von Elektroden zu verbessern. Der erste Weg besteht darin die tatsächlich verfügbare Standmenge zu nutzen, soweit es statische Fräszyklen ermöglichen. Vom aktuellen Orientierungswert, welcher bei 120 Punktschweißverbindungen für eine Standmenge liegt, lassen sich auf diesem Weg 70% an Elektroden beim Schweißen feuerverzinkter Stahlbleche einsparen. Auf dem zweiten Weg wird nachgewiesen, dass die Standard-CuCr1Zr-Legierung verbessert werden kann. Bereits mit geringsten Gefüge-Modifikationen lassen sich ein gutmütigeres Verschleißverhalten, eine größere Standmenge und ein charakteristischeres Standmengenende erzielen. Der dritte Weg beleuchtet dispersionsgehärtete Elektrodenkappen. Solche sind nicht neu, aber wurden in den 2000er Jahren weiterentwickelt. Ihr nun verfügbares Potential erlaubt gegenüber der ersten Betrachtung einen bis zu 95% verringerten Elektroden-Bedarf an feuerverzinkten Blechen. Abschließend formuliert der vierte Weg eine zukunftsweisende Möglichkeit die Standmenge dynamisch der real verfügbaren Standmenge anzupassen. Dieser Ansatz erlaubt einerseits Haftpflichtrisiken an mathematisches Vorgehen zu überantworten und andererseits das Werkstoffpotential vollständig zu nutzen. Da Streubreiten der realen Standmengengrenzen bei bis zu 40% liegen, ist eine entsprechende Einsparung an Kupfer erreichbar. In der vorliegenden Arbeit wird dazu der Ansatz verfolgt den Punktdurchmesser aus typischen Prozessgrößen mittels Data Mining zu bestimmen. Das fertigungsnahe Qualitätsband von +/-10% Punktdurchmesser kann basierend auf einem mathematisch transparenten Modell mit über 93% Wahrscheinlichkeit korrekt berechnet werden.