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REGISTRO DE LA PROPIEDAD INDUSTRIAL

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k ES 2 024 638 kInt. Cl. : B23K 35/22

11 N.◦ de publicaci´ on: 5

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˜ ESPANA

B23K 35/04 B23K 11/34 B23K 11/18

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TRADUCCION DE PATENTE EUROPEA

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kN´umero de solicitud europea: 88304228.5 kFecha de presentaci´on : 10.05.88 kN´umero de publicaci´on de la solicitud: 0 291 277 kFecha de publicaci´on de la solicitud: 17.11.88

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54 T´ıtulo: Soldadura del aluminio por resistencia.

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73 Titular/es: Alcan International Limited

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72 Inventor/es: Puddle, Mark William;

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74 Agente: D´ıez de Rivera y Hoces, Alfonso

30 Prioridad: 13.05.87 GB 8711295

1188 Sherbrooke Street West Montreal Quebec H3A 3G2, CA

45 Fecha de la publicaci´ on de la menci´on BOPI:

01.03.92

45 Fecha de la publicaci´ on del folleto de patente:

01.03.92

Aviso:

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Davies, Nigel Cleaton; Marwick, William Francis y Sheasby, Peter Geoffrey

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En el plazo de nueve meses a contar desde la fecha de publicaci´on en el Bolet´ın europeo de patentes, de la menci´on de concesi´on de la patente europea, cualquier persona podr´a oponerse ante la Oficina Europea de Patentes a la patente concedida. La oposici´on deber´a formularse por escrito y estar motivada; s´olo se considerar´a como formulada una vez que se haya realizado el pago de la tasa de oposici´ on (art◦ 99.1 del Convenio sobre concesi´on de Patentes Europeas). Venta de fasc´ ıculos: Registro de la Propiedad Industrial. C/Panam´ a, 1 – 28036 Madrid

2 024 638 DESCRIPCION

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En la soldadura del aluminio por resistencia se aplica una presi´ on por medio de electrodos de cobre a dos o m´as chapas de aluminio en contacto, mientras se hace pasar simult´ aneamente entre los electrodos una corriente el´ectrica elevada. El calentamiento el´ectrico hace que se forme un bot´on de soldadura fundido en la interfase de las chapas en el punto de presi´ on. Esta t´ecnica es uno de los m´etodos m´as u ´ tiles y pr´ acticas para unir componentes de aluminio, porque es adecuada para producciones en serie y reduce los costes unitarios. La mayor´ıa de las aleaciones forjadas de aluminio, tanto los tipos que pueden ser tratados t´ermicamente como los que no pueden ser tratados t´ermicamente, pueden ser soldadas por resistencia. El aspecto m´ as importante de la soldadura por resistencia es la soldadura por puntos, que implica el uso de dos peque˜ nos electrodos opuestos. Pero se conocen y usan otras t´ecnicas relacionadas, incluidas la soldadura por puntos m´ ultiples (varios electrodos simult´ aneamente); la soldadura por proyecci´ on (que implica el uso de proyecciones en la pieza de trabajo); y la soldadura por puntos con electrodos de roldana, tal como la soldadura por costuras (los electrodos son ruedas que recorren a presi´ on la pieza de trabajo). Se ha propuesto combinar la soldadura por puntos y la uni´ on por adherencia para formar lo que se ha llegado a llamar com´ unmente una uni´ on soldada. Las juntas unidas por soldadura pueden ser m´ as fuertes que las juntas soldadas por puntos o las unidades s´ olo con un adhesivo pueden proporcionar un nivel de resistencia a la fatiga mayor que la soldadura por puntos sola; y pueden proporcionar una resistencia al desprendimiento mejorada en comparaci´ on con las juntas por adherencia. La publicaci´ on T14 de la Aluminum Association Imc. 1975, titulada “Adhesive Bonding of Aluminum Automotive Body Sheet Alloyus” contiene un comentario de la uni´ on soldada. Esta invenci´ on est´a relacionada particularmente, aunque no exclusivamente, con la producci´on autom´ atica en serie por uni´ on soldada que implican soldadura por resistencia por puntos, por ejemplo, de carrocer´ıas de autom´ oviles. Es relevante en esta memoria “Guidelines to resistence spot welding aluminium automotive sheet”, publicada como T10 por la Aluminum Association Inc. En esta y en otras aplicaciones tiene una consideraci´on importante la vida de los electrones. La duraci´ on de un electrodo usado para soldar por puntos aluminio y sus aelaciones es considerablemente menor que la de uno usado para acero. Adem´ as, se encuentran inconsistencias en la calidad de la soldadura mayores en el aluminio que en el acero. Hay dos razones principales para ello. El aluminio es un buen conductor t´ermico y el´ectrico (tiene aproximadamente 1/3 de la resistencia el´ectrica volum´etrica del acero). Tambi´en, la pel´ıcula de o´xido sobre la superficie del aluminio act´ ua como un interfase de resistencia mayor y a menudo variable, entre el electrodo y la pieza de trabajo. De aqu´ı que, en el caso del acero dulce, la vida prevista de los electrodos pueda ser normalmente del orden de 4000 puntos de soldadura, mientras que en el caso del aluminio puede ser tan peque˜ na como 400. Un aspecto importante de la soldadura por resistencia por puntos es la resistencia el´ectrica entre el electrodo y la pieza de trabajo (la resistencia de la interfase) y entre pieza de trabajo y pieza de trabajo (la resistencia de contacto o empalme). El bot´on de soldadura se forma en las superficies de uni´ on como consecuencia del calor producido por un corto impulso de una corriente de elevada intensidad. Las diversas resistencias de las interfases son los factores que regulan este proceso; se necesita una resistencia elevada en la superficie de uni´ on para producir una soldadura, pero una resistencia elevada de la interfase exterior puede dar como resultado un sobrecalentamiento en la interfase electrodo/pieza de trabajo, con deterioro de la superficie de la punta del electrodo. Las aleaciones de aluminio en estado de acabado de laminaci´ on adolecen de este problema. Tambi´en, debido a la inconsistencia en la naturaleza de la pel´ıcula de o´xido (particularmente en aleaciones de la serie 5000 del Registro de Aluminum Association Inc.) la resistencia de la interfase puede ser variable y la cantidad de la soldadura resultante puede ser err´ atica. Ha habido propuestas para producir superficies de aleaciones de aluminio con resistencia superficial diferencial, esto es, con una baja resistencia de la interfase y una elevada resistencia de empalme. Estas propuestas incluyen la abrasi´ on de la superficie exterior, limpieza por arco el´ectrico de la superficie exterior (Patente de los Estados Unidos 3.278.720) y desarrollo de pel´ıculas an´ odicas de o´xido de diferentes espesores sobre la interfase y superficies de uni´ on (documento EPA 153149). Aunque estos m´etodos han incrementado la vida de los electrodos, pueden no ser pr´ acticos en operaciones de producci´ on autom´ atica en serie. Otro intento para incrementar la vida de los electrodos se describe en el documento GB-A-1.554.297. Este intento implica tratar la superificie de los electrodos de dos maneras. Primero, se chorrea con granalla la superficie para proporcionar un gran n´umero de indentaciones min´ usculas separadas por rebordes relativamente vivos. Luego la superficie rugosa se recubre con un revestimiento compuesto de n´ıquel, berilio, cobalto, hierro o una aleaci´ on de los mismos de elevado punto de fusi´ on. La memoria descriptiva 2

2 024 638 ense˜ na que los dos tratamientos act´ uan sin´ergicamente y que el tratamiento de chorreado con granalla en s´ı no incrementa significativamente la vida de los electrodos.

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Cuando la calidad de la soldadura empieza a deteriorarse, el electrodo se separa del equipo de soldadura y se rectifica en un lugar separado. En un electrodo convencional a base de cobre, el rectificado implica meramente el uso de cuchillas o discos de esmerilar contorneados al radio apropiado y colocados antre los electrodos. En electrodos revestidos, tales como los descritos en el documento GB-A-1.554.297, el rectificado implica un nuevo revestimiento, lo cual es laborioso y costoso, y los electrodos revestidos iniciales son tambi´en costosos.

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El documento BG-A-2.139.540 describe un m´etodo para fabricar una estructura de componentes de aluminio que comprende las etapas de: tratar previamente la chapa de aluminio para producir sobre ella una capa superficial que contenga por los menos 5% en peso de cromo; formar componentes a partir de la chapa previamente tratada; aplicar un adhesivo sobre los componentes y reunirlos en la estructura deseada; soldar por puntos los componentes para dar la resistencia previa de la estructura y curar el adhesivo. Las t´ecnicas combinadas de soldadura por puntos y de uni´ on por adherencia se conocen como uni´ on soldada. El prop´ osito declarado del tratamiento previo es mejorar la capacidad de duraci´ on de la uni´ on por adherencia. La etapa de soldadura por puntos no se describe con detalle. De acuerdo con la presente invenci´ on, se proporciona un m´etodo para formar una junta entre piezas de trabajo de aluminio que tienen sobre sus superficies, por lo menos en la zona donde se pretende realizar la junta, un revestimiento fuertemente adherente aplicado artificialmente, m´etodo que comprende proporcionar entre las superficies de uni´ on de la pieza de trabajo un adhesivo curable que contenga hasta 40% en peso de una carga en forma de part´ıculas que tenga un tama˜ no m´ aximo de part´ıculas de 300 micras, proporcionar un electrodo de soldadura cuya punta tenga una superficie con una profundidad media de la rugosidad, Rz , dentro del intervalo de 10 a 100 micras, soldar por resistencia las superficies de uni´ on de las piezas de trabajo entre s´ı, y curar el adhesivo. El t´ermino “aluminio” tal como se usa aqu´ı, incluye no s´ olo el metal puro, sino tambi´en aleaciones ricas en A1, particularmente aleaciones de los tipos previstos para la construcci´ on de veh´ıculos, tales como las series 2000, 5000 y 6000 del Registro de Aluminum Association Inc. El metal para la soldadura por puntos tiene un espesor generalmente de 0,6 a 3,2 mm, lo m´ as usualmente de 0,9 a 2,6 mm. En un m´etodo preferido de trabajo, las piezas de trabajo de aluminio se revisten con adhesivo y se re´ unen entre s´ı en un posicionador. El adhesivo puede aplicarse por cualquier m´etodo adecuado y puede aplicarse para formar una capa de aproximadamente 0,1 a 3,0 mm de espesor en la junta final, dependiendo de la geometr´ıa de la junta. Se forman luego las soldaduras por puntos mientras el adhesivo est´a todav´ıa fluido, y ´estas mantienen iunida la estructura sin el posicionamiento mientras el adhesivo se cura. El adhesivo normalmente se cura calent´ andolo durante 10 a 30 minutos a una temperatura de 150 ◦C a 180◦C. Se prefieren adhesivos epox´ıdicos, pero pueden usarse otros adhesivos, tales como fen´olicos y poliuretano. Pueden usarse tambi´en adhesivos endurecidos, tales como ep´oxido con un caucho disperso o una fase similar. El adhesivo usado en las juntas deber´ıa ser capaz de conservar su resistencia dentro de una amplia variedad de condiciones, tales como temperatura y humedad. El adhesivo deber´ıa humectar la superficie sobre la que se aplique, pero preferentemente deber´ıa ser tal que no resbale o goteo cuandos se aplique sobre una superficie vertical. Por eso, se prefieren materiales tixotr´opicos conseguidos por incorporaci´ on de una caga. Sin embargo, el adhesivo es preferentemente los suficientemente fluido como para que rebose de las zonas de la junta en las que se aplica la presi´on por medio de una herramienta de soldar por puntos. El adhesivo no eliminado as´ı, puede evitar el contacto el´ectrico entre las superficies met´alicas y, de esta manera, inhibir o evitar la formaci´on de una soldadura. El tipo y la concentraci´ on de la carga presente en el adhesivo son importantes. Si hay demasiada carga, o si el tama˜ no de las part´ıculas de la carga es demasiado grande, entonces es dif´ıcil conseguir soldaduras por puntos satisfactorias sin usar una corriente para soldar tan elevada que la vida de los electrodos se reduce seriamente. De acuerdo con la invenci´on, el adhesivo contiene no m´ as de 40%, preferentemente no m´ as de 30% en peso de la carga en forma de part´ıculas que tienen un tama˜ no m´ aximo de part´ıculas de 300 micras y preferentemente de no m´ as de 250 micras. La carga es t´ıpicamente una carga mineral que incluye part´ıculas de forma irregular, y una peque˜ na proporci´ on de part´ıculas con una dimensi´ on m´ axima superior a 300 micras no destruir´ıa el adhesivo. Los adhesivos de este tipo contienen tambi´en a menudo fibras, pero los l´ımites anteriores no incluyen ning´ un contenido en fibras. Aunque tales adhesivos contienen tambi´en a veces metales en forma de part´ıculas, las cargas met´ alicas son menos preferidas en los adhesivos usados en el m´etodo de esta invenci´on. El m´etodo de esta invenci´on es particularmente bien adecuado para ser usado 3

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con el tipo de m´aquina de soldar por puntos de corriente alterna, que se usa convencionalmente en l´ıneas de producci´ on de autom´ oviles. La m´aquina de soldar es preferiblemente del tipo de corriente alterna, pero el m´etodo de esta invenci´on puede tambi´en usarse con m´ aquinas de soldar por puntos de corriente continua, tales como las usadas t´ıpicamente en la industria aeron´ autica. Las condiciones de soldadura, en particular el tiempo de soldadura y la corriente de soldadura, dependen en alguna medida del espesor de los componentes (chapa) que se est´an soldando entre s´ı. El documento T10 de la Aluminum Association contiene las siguientes recomendaciones:

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Espesor nominal de la chapa m´ as delgada (mm)

Tiempo de soldadura (ciclos)

Corriente de soldadura (KA eficaz) Superficie tal como se ha recibido

Corriente de soldadura (KA eficaz) Superficie limpiada mec´anicamente

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Resulta que la vida de los electrodos depende enormemente tanto del tiempo de soldadura como de la corriente de soldadura, mejor´andose cuando se usan valores bajos de uno cualquiera de estos par´ametros, y preferentemente de ambos. As´ı, en el caso de chapa de aluminio de hasta 1,0 mm de espesor, se usan un tiempo de soldadura de 2 a 4 ciclos y una corriente alterna de soldadura (m´ axima, no eficaz) inferior a 20 KA. La ense˜ nanza general por tanto es: con el fin de mejorar la vida de los electrodos, usar el menor tiempo posible de soldadura y la menor corriente posible de soldadura que sean suficientes para formar una soldadura. Se prefiere que la corriente sea menor que 80% de los valores recomendados en el documento T10 antes mencionado para superficies limpiadas mec´anicamente. La soldadura por resistencia se realiza usando un electrodo para soldar que tenga una punta con una superficie rugosa. La rugosidad de la superficie del electrodo puede implicar la creaci´ on de rebordes e indentaciones. Aunque la solicitante no desea estar vinculada por la teor´ıa, se cree normalmente que los rebordes deben ser lo suficientemente vivos como para perforar las capas aislantes en la superficie de las piezas de trabajo de aluminio y crear as´ı m´as puntos de contacto para que la corriente fluya desde el electrodo a trav´es de la masa de aluminio. La rugosidad de la superficie puede conseguirse convenientemente mediante chorreo abrasivo. El grado de rugosidad es importante y puede controlarse por una selecci´ on apropiada del tama˜ no de las part´ıculas del material usado para el chorreo abrasivo y de la presi´ on a la que son proyectadas contra la superficie. La rugosidad de la superificie, medida por un pert´ ometro y definida como la altura media desde el v´ertice hasta el fondo (p´ arrafo 2.3.3 de la norma DIN 4768) que es la Profundidad Media de la Rugosidad, Rz , est´a dentro del intervalo de 10 a 100 micras, preferentemente de 20 a 100 micras, y m´as preferentemente de 20 a 80 micras. Las condiciones requeridas para conseguir esta clase de rugosidad de la superficie caen dentro de la t´ecnica. Los electrodos convencionales para soldar por resistencia por puntos est´an hechos de aleaciones que contienen proporciones importantes de cobre. Una ventaja de esta invenci´ on es que pueden usarse electrodos convencionales de este tipo, despu´es de haber rugosa su superficie, y sin necesidad de revestirlos con cualquier otro metal o aleaci´on. Se entiende perfectamente que hay un di´ ametro m´ınimo aceptable del bot´ on para una soldadura por puntos satisfactoria, y que este di´ ametro m´ınimo aumenta al aumentar el espesor del metal. Se entiende tambi´en perfectamente que el di´ ametro del bot´ on formado por un par de electrodos convencionales bajo determinadas condiciones disminuye con el tiempo, hasta que el di´ ametro sea demasiado peque˜ no y los electrodos tengan que se reemplazados. Para compensar esto, es convencional proporcionar una disposici´on de equipo que formar´ a inicialmente botones que son demasiado grandes en un factor de aproximadamente 20%. Por ejemplo, el documento T10 de Aluminum Association, en su p´ agina 9, de las siguientes cifras:

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Espesor del metal (mm)

Di´ametro m´ınimo del bot´ on de soldadura (mm)

Di´ametro del bot´ on de soldadura establecido (mm)

0,81 1,60 2,54

3,56 5,08 6,35

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Sin embargo, di´ ametros mayores del bot´ on requieren corrientes mayores de soldadura y dan como resultado una duraci´ on menor de los electrodos. Cuando se usan electrodos rugosos de acuerdo con esta invenci´on, se ha encontrado inesperadamente que, di´ ametro del bot´ on formado por un par de electrodos en condiciones establecidas aumenta con el tiempo, y s´olo empieza a disminuir de nuevo un poco antes de un fallo eventual del electrodo. La raz´ on de esto puede ser que las puntas de los electrodos rugosos, con el uso, se van haciendo graduamente planas y ensachadas. Cualquiera que sea la raz´on, este descubrimiento inesperado permite hacer importantes ahorros en la puesta a punto de la soldadura. Puede fijarse que los di´ ametros iniciales del bot´on no sean mayores que 15%, y a menudo de 5% a 10%, del di´ametro m´ınimo aceptable. Este cambio en la pr´ actica reduce los requisitos de la corriente de soldadura y aumenta adem´as la vida u ´til de los electrodos. De acuerdo con otra caracter´ıstica de esta invenci´on, las superficies de las piezas de trabajo de aluminio se proveen de un revestimiento fuertemente adherente y aplicado artificialmente. Es una ventaja que esta invenci´ on permite usar superficies de aluminio conr esistencias de la interfase iguales, consistentes y uniformes. Las superficies se tratan previamente de preferencia en un grado que proporcione una resistencia el´ectrica intermedia de la interfase. Como se ha indicado anteriormente, una resistencia de la superficie demasiado elevada puede dar como resultado un deterioro r´ apido de las puntas de los electrodos. Por otro lado, si la resistencia en las superficies de uni´ on es demasiado baja, una corriente t´ıpica de soldadura puede generar calor, insuficiente para formar un bot´ on adecuado y una soldadura fuerte. Se prefieren pesos del revestimiento en el intervalo de 0,01 a 0,6, preferentemente de 0,03 a 0,2 gramos por metro cuadrado. En presencia de un adhesivo, pueden preferirse pesos bajos del revestimiento con el fin de reducir la resistencia de empalme. Los revestimientos pueden formarse por una diversidad de tratamientos previos. Un tratamiento previo adecuado es el comercializado por Pyrene Chemical Services Ltd. con el nombre comercial registrado Bonderite 735. Se cree que la capa superficial consiste esencialmente en fosfato de cromo hidratado, con peque˜ nas cantidades de ´oxido de cromo y fluoruro de aluminio presentes cerca de la interfase de aluminio/ revestimiento de conversi´on. Una secuencia del procedimiento recomendado es limpiar rociando con un a´cido, lavar rociando cona gua, aplicar por rociado el revestimiento de conversi´on, lavar rociando con agua y secar con aire caliente. Otro tratamiento previo preferido es el comercializado por Albright & Wilson Limited con el nombre comercial registrado de Accomet C. Este es un tratamiento “sin lavado” y tiene un inter´es particular para revestir bobinas, porque implica aplicar con rodillos un revestimiento a base de cromato que no es reactivo y no requiere un lavado posterior. Esto minimiza el tratamiento requerido del efluente y hace que el procedimiento sea relativamente sencillo de controlar. Una secuencia recomendada del procedimiento es limpiar rociando con un a´cido, lavar rodiando con agua, aplicar con rodillo el revestimiento de Accomet C y secar. Otros tratamientos previos adecuados incluyen revestimientos alternativos de cromato-fosfato, tales como el comercializado por ICI plc con el nombre comercial registrado de Alodine 407/47. Tambi´en son adecuados tratamientos anodizantes, por ejemplo, anodizar con corriente alterna en a´cido sulf´ urico caliente (memoria descriptiva de la Patente Brit´anica n´ umero 1235661); anodizar en electr´ olisis que contengan a´cido fosf´ orico (documento GB 2167443 A); y los diversos tratamientos descritos en el documento GB 2139540 A. Revestimientos org´anicos, tales como pinturas o barnices no se adhieren fuertemente y no son ade5

2 024 638 cuados.

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Los ejemplos que figuran a continuaci´ on demuestran que pueden usarse, combinadas, las diversas caracter´ısticas de esta invenci´on para aumentar la duraci´ on de vida u ´til de los electrodos en un factor de hasta 50 o incluso mayor. Los ejemplos demuestran tambi´en que, en una gama muy amplia de rugosidades de la superficie de los electrodos y particularmente con chapas de espesor m´ as delgado, puede aumentarse la duraci´ on de vida u ´til de los electrodos hasta m´as de 2000 soldaduras. Esta cifra de 2000 soldaduras satisfactorias sin cambiar los electrodos es importante, porque es el n´ umero de soldaduras realizadas por turno en una l´ınea normal. No supone ning´ un coste excesivo cabiar y rectificar los electrodos entre turnos. Como la vida de los electrodos es s´olo uno de los factores implicados ien el coste del procedimiento global de uni´ on por soldadura por resistencia, pueden preferirse por otras razones caracter´ısticas del adhesivo y rugosidades de la punta de losd electrodos distintas de las que originan la vida m´ axima posible de los electrodos. Por ejemplo, en una uni´ on soldada, un tratamiento que da unas caracter´ısticas de duraci´ on superiores de la uni´ on adhesiva puede preferirse a otro que proporcione una duraci´ on de los electrodos excepcionalmente elevada. Parte experimental

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En los Ejemplos 1 a 3, el equipo de soldar por puntos era una soldadura m´ ovil de corriente alterna de 110 KVA con un transformador integral alimentado por un sistema de control de la secuencia del estado s´olido. Se fij´ o una secuencia de soldadura tal que el di´ ametro del bot´ on estaba por encima del m´ınimo requerido por el documento T10 de la Aluminum Association (Buidelines to resistance spot welding of automotive sheet). La secuencia de soldadura utilizada era generalmente la siguiente:

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Compresi´ on previa Tiempo de soldadura Compresi´ on posterior Desconexi´on Corriente Velocidad de aproximaci´ on de los electrodos Carga de soldadura Di´ametro establecido

Electrodo Tama˜ no de la banda Espacio de las soldaduras Velocidad de soldadura Alimentaci´on de la tira

60 ciclos 3 ciclos 20 ciclos 40 ciclos 14-16 KA (M´ axima) (regulaci´ on del calor 2,5) 50 mm/s 3,75 KN Di´ametro del bot´ on 4,0 mm para una chapa de 0,875 mm de espesor Electrodos de 76 mm de radio (aleaci´on de Cu-Cr) 25 mm x 750 mm 25 mm Hasta 30 soldaduras/minuto Manual

La vida de los electrodos se defini´o como el n´ umero de soldaduras aceptables hechas con un conjunto de electrodos, sin rectificar los electrodos y sin modificar las condiciones de soldadura establecidas. Se examin´o cada soldadura por puntos. Se consider´ o completado el ensayo cuando se cumpl´ıa alguna de las siguientes condiciones: 1. Si no se desconchaban cuatro o m´ as soldaduras en una unidad de 40 soldaduras por puntos.

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2. El di´ ametro medio del bot´ on estaba por debajo del valor m´ınimo dado en el documento T10 de la Aluminum Association (es decir, por debajo de 3,6 mm). 3. La resistencia media al cizallamiento de una soldadura simple estaba por debajo de la m´ınima dada en el documento T10 de la Aluminum Association.

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4. Se sopl´ o un agujero en la capa durante la soldadura. 5. El electrodo arrancaba un tap´ on de la chapa. 6

2 024 638 Se hace referencia al dibujo anejo, que es un diagrama esquem´ atico tridimensional que muestra la relaci´on entre el tiempo de soldadura, el calor de soldadura y la vida de los electrodos. Ejemplo 1 5

Se us´ o una chapa de aleaci´ on AA 5251 de temple 0 y espesor 0,875 mm. La chapa hab´ıa sido pretratada en bobina con el tratamiento previo de Accomet C, un revestimiento sin lavado a basde de cromato. Se hab´ıa medido la resistencia del material previamente tratado, siendo 59 microohmios la resistencia de la interfase y 26 miliohmios la resistencia de empalme. 10

Se revisti´o luego la chapa por ambas caras con un lubricado de parafina basado en agua. El peso del revestimiento era aproximadamente 5 g/m2 .

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Se aplic´o, antes de soldar, un adhesivo sobre la superficie de empalme de cada muestra de la tira. El adhesivo usado era un adhesivo epox´ıdico endurecido, curable por el calor (Adhesivo A), que ten´ıa un contenido de carga de aproximadamente 25% en peso y un tama˜ no de part´ıculas de la carga dentro del intervalo de 20-200 micras. Se us´ o, a efectos comparativos, otra chapa de la misma aleaci´on en estado de acabado de laminaci´ on con adhesivo presente. Se consideraron nueve tipos de rugosidad de electrodos. Estos eran electrodos nuevos “tal como hab´ıan sido suministrados” por el fabricante y electrodos chorreados con granalla con ocho estados superficiales diferentes. Las relaciones entre la rugosidad del electrodo, la vida del electrodo y el n´ umero de fallos se indican en la Tabla 1. A efectos comparativos, se indican tambi´en los valores para la chapa de aleaci´ on AA 5251 con acabado de laminaci´ on. Con este material, la regulaci´ on del calor ten´ıa que aumentarse a 23 KA par producir una soldadura por puntos satisfctoria. Se pone de manifiesto la mayor vida de los electrodos usando chapa previamente tratada y lubricada, como es la mejora de la rugosidad de los electrodos. Las resistencias t´ıpicas al cizallamiento de las soldaduras a lo largo del experimento, estaban entre 158,8 y 181,4 Kg/soldadura, que son mayores que la recomendaci´on T10 de la Aluminum Association. La calidad de las soldaduras era tambi´en excelente, con ninguna o poca expulsi´on. Una consecuencia importante de estos experimentos es que, durante los ensayos de vida de los electrodos, los di´ ametros de los botones de soldadura aumentaban con el tiempo. T´ıpicamente, durante los ensayos de vida de los electrodos, se escogi´o un di´ ametro del bot´ on de soldadura mayor que el m´ınimo y, durante el ensayo, el di´ ametro del bot´ on de soldadura iba disminuyendo gradualmente hasta el valor m´ınimo. Sin embargo, experimentos anteriores a este ensayo, usando condiciones similares de soldadura por puntos, hab´ıan indicado que inicialmente ten´ıa lugar un aplanamiento de la superficie de los electrodos que coincid´ıa con un aumento del tama˜ no del bot´ on de soldadura. Por ejemplo, en los ensayos anteriores, el di´ ametro inicial del bot´ on de soldadura era 4,00 mm, s´olo un 10% aproximadamente mayor que el di´ ametro m´ınimo aceptable de 3,6 mm. Este aumentaba gradualmente hasta 5,0 mm y permanec´ıa constante durante el resto de la vida del electrodo hasta cerca del fallo. Se supone que este efecto debe estar asociado con el aplanamiento del electrodo junto con un defecto de recuperaci´ on del electrodo. Ejemplo 2

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Otro factor importante relativo al aumento de la vida del electrodo es el control del aporte total de energ´ıa durante la secuencia de soldadura. Se ha encontrado que, con el fin de conseguir una buena vida de los electrodos, la corriente de soldadura y/o el tiempo de soldadura deben ser lo m´as bajo posibles. Para soldadura por puntos convencional de aluminio, la corriente de soldadura se fija en un valor de 20 KA o m´as y se usa un tiempo de soldadura de aproximadamente 5 ciclos (por ejemplo, para una chapa de aluminio de 1 mm). En el trabajo que se ha realizado con aluminio previamente tratado y electrodos rugosos de 76 mm de radio, las corrientes de soldadura han sido t´ıpicamente del orden de 14-16 KA con un tiempo de soldadura de 3 ciclos. En una serie de experimentos realizados en condiciones similares a las del Ejemplo 1, usando de nuevo Adhesivo A, se pusieron de manifiesto los efectos de la regulaci´on de la corriente y de los tiempos de soldadura. Los resultados se muestran esquem´ aticamente en la figura. Los electrodos se hicieron rugosos mediante chorreo abrasivo con granalla reciclada 40/20 a 551,6 KPa durante 10 segundos, para dar un valor Rz de 28 micras que no es el nivel ´optimo. Puede verse en la figura que la corriente de soldadura menor combinada con los tiempo de soldadura menores dan una mayor vida de los electrodos. De nuevo, se produc´ıa una buena calidad de las soldaduras por puntos, por encima de las recomendaciones T10 de la Aluminum Association, pero se alcanz´o eventualmente un punto en el que la corriente aplicada era insuficiente y produc´ıa una mayor cantidad de fallos o una incapacidad total para producir una soldadura por puntos. 7

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Ejemplo 3

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Se prepar´ o una chapa previamente tratada de 1,2 mm de espesor como en el Ejemplo 1, para demostrar que puede conseguirse tambi´en una mayor vida de los electrodos con material m´ as grueso.

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Se consideraron tres tipos de rugosidad de electrodos. Los resultados se muestran en la Tabla 2. Los par´ ametros de soldadura se modificaron ligeramente con respecto a los utilizados en la chapa de 0,875 mm, esto es, la corriente se aument´o hasta aproximadamente 14 KA (m´ axima) y la carga de soldadura a 4,20 KN para compensar el mayor espesor. Todos los otros par´ametros de la secuencia eran los mismos que antes. A lo largo del experimento, la calidad de las soldaduras por puntos era excelente. El efecto de la rugosidad del electrodo sobre la vida del electrodo era similar al del ejemplo anterior con chapa de 0,875 mm.

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Ejemplo 4 Con el fin de establecer la soldabilidad por puntos en presencia de diferentes adhesivos expox´ıdicos, se aplicaron cuatro adhesivos, B, C, D y E, sobre muestras de tiras utilizando el procedimiento descrito en el Ejemplo 1.

20

En este experimento se utiliz´ o una soldadora de pedestal de corriente continua de 75 KVA con un sistema de control del estado s´olido. La secuencia de soldadura utilizada era la siguiente:

25

30

35

Compresi´ on Presi´on inicial Tiempo del calor de soldadura Retraso del impacto Enfriamiento brusco Espera Desconexi´on Corriente Velocidad de aproximaci´ on de los electrodos Carga de soldadura Carga de impacto Di´ametro inicial

40

Electrodo

45

50

Tama˜ no de la tira Espaciado de las soldaduras Velocidad de soldadura Alimentaci´on de la tira

20 ciclos 40 ciclos 5 ciclos 3,5 ciclos 3 ciclos 5 ciclos 20 ciclos 19 KA (eficaz) 26 mm/s 2,35 KN 5,0 KN Di´ ametro del bot´ on de soldadura 3,8 mm para chapa de 0,875 mm de espesor Electrodos de 76 mm de radio (aleaci´on de Cu-Cr) 25 mm x 1000 mm 25 mm Hasta 30 soldaduras/minuto Manual

Se utiliz´ o material previamente tratado con Accomet C sin presencia de lubricante, y se utilizaron electrodos tal como fueron suministrados. En este experimento se usaron corrientes superiores y tiempos de soldadura mayores, debido a las caracter´ısticas de corriente de la soldadura de corriente continua y a la mayor eficacia de la corriente del transformador remoto.

55

Las condiciones de soldadura por puntos en presencia de adhesivo no hab´ıan sido optimizadas, pero los resultados de la Tabla 3 indican el efecto tanto de la cantidad de carga como del tama˜ no de part´ıculas de la carga.

60

El Adhesivo B tiene una gran cantidad de carga presente y esto da una deficiente vida de los electrodos con una gran cantidad de fallos. El Adhesivo C tiene un contenido menor de carga, pero un tama˜no grande de part´ıculas, y esto mejora la vida de las puntas, pero produce un gran n´ umero de fallos debido a la dificultad de mantener juntas las superficies de uni´ on bajo la presi´ on de soldadura. Los Adhesivos D y E son adhesivos preferidos con menores contenido de carga y/o con menor tama˜ no de part´ıculas. El 8

2 024 638 Adhesivo D, que es similar al Adhesivo A en caracter´ısticas de la carga, mejoraba tambi´en la vida de las puntas con una proporci´ on peque˜ na de fallos. Ejemplo 5 5

10

El Ejemplo 1 muestra las mejoras de hacer rugosas las superficies de los electrodos cuando se utiliza una soldadura m´ovil por puntos, de corriente alterna. La Tabla 1 da una rugosidad ´optima de los electrodos de 48 micras. Se utilizaron alectrodos de la rugosidad m´ axima con la soldadora de pedestal de 75 KVA caracter´ıstica de corriente continua para demostrar que los efectos beneficiosos de la rugosidad de los electrodos pueden ser puestos de manifiesto en soldadoras por puntos, de diferentes tipos y caracter´ısticas de producci´on. Se utilizaron tambi´en, a efectos comparativos, electrodos tal como fueron suministrados y pulidos brillantes. La secuencia de soldadura utilizada era la indicada en el Ejemplo 4. Se utiliz´ o material previamente tratado con Accomet “C”, con lubricante y adhesivo A presentes. Estos resultados se muestran en la Tabla 4.

15

Puede verse en la Tabla 4 que el efecto de la rugosidad de los electrodos es similar al producido en la soldadora por puntos de corrientes alterna. Los valores de vida son en general menores que los producidos por el Ejemplo 1, pero esto se debe a que la secuencia de soldadura no hab´ıa sido optimizada. 20

Ejemplo 6

25

Este Ejemplo muestra la aplicaci´on del m´etodo a una chapa de 2 mm de espesor. La chapa era de aleaci´on 5251 previamente tratada con Accomet C, con lubricante y Adhesivo D presentes. El equipo de soldadura era una soldadora por puntos de corriente alterna, KT-8110, hecha funcionar bajo las siguientes condiciones:

30

35

40

Compresi´ on Presi´on inicial Tiempo del calor de soldadura Retraso del impacto Enfriamiento brusco Desconexi´on Corriente Velocidad de aproximaci´ on de los electrodos Carga de soldadura

50 ciclos 30 ciclos 10 ciclos 0 ciclos 40 ciclos 40 ciclos 24 KA (eficaz) 100 mm/s 7 KN

Se obtuvieron los siguientes resultados:

45

Rugosidad media, R7 (micras)

Vida de los electrodos (soldaduras)

Fallos (n´ umero)

50

42 1,1

255 109

14 8

55

La vida de los electrodos es menor cuando se suelda una chapa m´ as gruesa. Pero estos valores ponen de manifiesto claramente la mayor vida de los electrodos que resulta de un tratamiento que los hace rugosos. (Tabla 1 pasa a p´agina siguiente)

60

9

2 024 638 Tabla 1 Relaci´ on entre rugosidad de los electrodos, superficie de la chapa y vida de los electrodos con chapa de aleaci´on 5251, previamente tratada con Accomet “C” y con acabado de laminaci´ on, de 0,875 mm de espesor, con lubridante y adhesivos presentes

5

10

15

Tratamiento de la superficie

Preparaci´on de los electrodos

Accomet C (equivalente a 0,1-0,15 g/m2 )

Tal como hab´ıan sido suministrados

Rugosidad media (micras)

Corriente de soldadura (KA)

Vida de los electrodos

Fallos N◦

%

3,8

14 (regulaci´ on del calor 2)

30

3

10

Accomet C

Al2 O3 180/220 551,6 KPa 10 s

11,3

16 (regulaci´ on del calor 2,5)

359

24

6,7

Accomet C

Granalla reciclada 40/20 551,6 KPa 10 s

28,1

16

600

26

4,3

Accomet C

Al2 O3 malla 36 137,9 KPa 10 s

31,7

16

1868

97

5,2

Accomet C

Al2 O3 malla 36 275,8 KPa 10 s

42,0

16

2441

88

3,6

Accomet C

Al2 O3 malla 36 413,7 KPa 10 s

48,0

16

2439

73

3,0

Accomet C

Al2 O3 malla 36 551,6 KPa 10 s

51,0

16

2250

55

2,4

20

25

30

35

40

45

50

55

60

10

2 024 638 Tabla 1 (Continuaci´ on) Relaci´ on entre rugosidad de los electrodos, superficie de la chapa y vida de los electrodos con chapa de aleaci´on 5251, previamente tratada con Accomet “C” y con acabado de laminaci´ on, de 0,875 mm de espesor, con lubridante y adhesivos presentes

5

10

Tratamiento de la superficie

15

Preparaci´on de los electrodos

Rugosidad media (micras)

Corriente de soldadura (KA)

Vida de los electrodos

Fallos N◦

%

Accomet C

Al2 O3 malla 20 551,6 KPa 10 s

68,4

16

1534

43

2,8

Acabado de laminaci´ on

Tal como hab´ıan sido suministrados

3,8

23 (regulaci´ on del calor 4)

58

8

13,5

Acabado de

Granalla reciclada 40/20 551,6 KPa 10 s

28,1

23

106

13

12,5

20

25

30

35

(Tabla 2 pasa a p´agina siguiente)

40

45

50

55

60

11

2 024 638 Tabla 2 Relaci´ on entre rugosidad de los electrodos, superficie de la chapa y vida de los electrodos, con chapa previamente tratada con Accomet C, de 1,2 mm de espesor, con lubricante y adhesivo presentes.

5

10

Tratamiento de la superficie

Preparaci´on de los electrodos

Accomet C

Tal como hab´ıan sido suministrados

Rugosidad media Corriente de Vida de los Fallos (micras) soldadura electrodos (KA) N◦ %

15

3,8

20 (regulaci´ on del calor 3)

24

8

Accomet C

Granalla reciclada 40/20 551,6 KPa 10 s

28,1

16 (regulaci´ on del calor 2,5)

265

12 4,5

Accomet C

Al2 O3 malla 36 137,9 KPa 10 s

31,7

20

1680

75 4,5

35

20

25

30

Tabla 3 35

40

45

Efecto del tipo de ahesivo sobre la soldabilidad por puntos Contenido de la carga (%)

Intervalo del tama˜ no de part´ıculas de la carga

N´ umero de soldaduras

B

47

15-50

C

18

D

E

Designaci´ on del adhesivo

Fallos N◦

%

72

6

8

100-400

145

33

23

25

20-200

160

0

0

10

20-200

426

4

1

50

55

60

12

2 024 638 Tabla 4

5

10

Relaci´ on entre rugosidad y vida de los electrodos con chapa de aleaci´on 5251, previamente tratada con Accomet “C”, de 0,875 mm de espesor, con lubricante y adhesivo presentes, usando una soldadora de pedestar caracter´ıstica de corriente continua

Tratamiento de la superficie

15

Preparaci´on de los electrodos

Rugosidad media (micras)

Vida de los electrodos

Fallos N◦

%

Accomet “C”

Al2 O3 malla 36 413,7 KPa 10 s

48,0

1258

41

3,3

Accomet “C”

Tal como hab´ıan sido suministrados

3,8

117

3

2,6

Accomet “C”

Pulidos

1,2

148

4

2,7

20

25

30

35

40

45

50

55

60

13

2 024 638 REIVINDICACIONES

5

10

15

1. Un m´etodo para formar una junta entre piezas de trabajo de aluminio, que tienen sobre sus superficies, por lo menos en el lugar de la junta prevista, un revestimiento fuertemente adherente aplicado artificialmente, m´etodo que comprende proporcionar entre las superficies de uni´ on de la pieza de trabajo un adhesivo curable que contenga hasta 40% en peso de una carga en forma de part´ıculas con un tama˜ no m´aximo de part´ıculas de 300 micras, proporcionar un electrodo para soldar cuya punta tenga una superficie con una profundidad media de la rugosidad R z dentro del intervalo de 10 a 100 micras, soldar por resistencia las superficies de uni´on de las piezas de trabajo entre s´ı y curar el adhesivo. 2. Un m´etodo de acuerdo con la reivindicaci´on 1, en el que el adhesivo es lo suficientemente fluido como para ser eliminado en las condiciones utilizadas en la soldadura por resistencia. 3. Un m´etodo de acuerdo con la reivindicaci´on 1 o la reivindicaci´ on 2, en el que el adhesivo contiene hasta 30% en peso de la carga en forma de part´ıculas que tiene un tama˜ no m´ aximo de part´ıculas de 250 micras. 4. Un m´etodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la superficie de la punta de electrodo tiene una profundidad media de la rugosidad Rz de 20 a 100 micras.

20

25

5. Un m´etodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el revestimiento adherente est´a presente en una proporci´ on de 0,01 a 0,6 g/m2 . 6. Un m´etodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el revestimiento adherente est´a presente en todas las superficies principales de las dos piezas de trabajo. 7. Un m´etodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la soldadura por resistencia es una soldadura por puntos.

30

35

8. Un m´etodo de acuerdo con la reivindicaci´on 7, en el que la soldadura por resistencia se realiza utilizando una corriente de soldadura menor que el 80% de la recomendada por el documento T10 de la Aluminum Association. 9. Un m´etodo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que las piezas de trabajo de aluminio son componentes formados y unidos por soldadura para formar una estructura que soporta carga para un veh´ıculo a motor.

40

45

50

55

60

14

2 024 638

15