Variation Causes Analysis Attributed to Different Metrological Instruments to Verify the Geometric Characteristics of a Spot Welding Process

Soldagem & Inspeção. 2018;23(4):485-504 https://doi.org/10.1590/0104-9224/SI2304.05 ISSN 1980-6973 (Online) ISSN 0104-9224 (Print) Artigos Técnicos Análise das Causas de Variação Atribuídas a Diferentes Instrumentos Metrológicos para Verificação das Características Geométricas de um Processo de Soldagem por Pontos Fabrício Alves de Almeida1*, José Henrique de Freitas Gomes1 , Guilherme Ferreira Gomes2 , Estevão Luiz Romão1 , Pedro Paulo Balestrassi1  1 2 Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI, Instituto de Engenharia de Produção e Gestão, Itajubá, MG, Brasil. Universidade Federal de Itajubá – UNIFEI, Instituto de Engenharia Mecânica, Itajubá, MG, Brasil. Recebido: 07 Nov., 2018 Aceito: 08 Fev., 2019 E-mails: (FAA) Resumo: Neste estudo, buscou-se analisar a variabilidade de instrumentos utilizados na indústria para avaliar as características geométricas de um ponto de solda. Para tal, inicialmente, utilizou-se da técnica de planejamento de experimentos para gerar um arranjo fatorial fracionado para as configurações dos parâmetros de soldagem em corpos de prova de aços galvanizados por imersão a quente, a fim de representar a amplitude real do processo de soldagem por pontos. Para as análises, utilizou-se o estudo de repetitividade e reprodutibilidade (GR&R), pelo método de análise de variância, para identificar os componentes de variação do sistema de medição avaliando três instrumentos distintos, comparando as medições realizadas por um analisador de imagens, a partir do ensaio metalográfico, e métricas de instrumentos convencionais de metrologia como o relógio apalpador e o paquímetro manual. Foram avaliadas duas características da qualidade, sendo elas: a profundidade de indentação e o diâmetro do ponto. A partir dos resultados foi possível verificar que o analisador de imagem apresentou uma menor variabilidade nas medições, caracterizando-se como a melhor escolha para as medições das respostas de qualidade do processo de solda por pontos apresentando um GR&R classificado como aceitável. Palavras-chave: Profundidade de indentação; Diâmetro do ponto; Análise do sistema de medição; GR&R; Variabilidade. Variation Causes Analysis Attributed to Different Metrological Instruments to Verify the Geometric Characteristics of a Spot Welding Process Abstract: In this study, we sought to analyze the variability of instruments used in industry to evaluate the geometric characteristics of a welding point. For this purpose, the design of experiments technique was used to generate a fractional factorial design for the welding parameter configurations in test specimens of hot dip galvanized steels in order to represent the real amplitude of the resistance spot welding process. For the analyzes, the repeatability and reproducibility (GR&R) study was used by the analysis of variance method to identify the variation components of the measurement system by evaluating three different instruments, comparing the measurements performed by an image analyzer, from the metallography and measurements of conventional metrology instruments such as the dial-gauge and the caliper. Two quality characteristics were evaluated: indentation depth and nugget width. From the results it was possible to verify that the image analyzer presented a lower variability in the measurements, being the best choice for the measurements of the quality responses of the spot welding process, presenting a GR&R classified as acceptable. Key-words: Indentation depth; Nugget width; Measurement system analysis; GR&R; Variability. 1. Introdução Este é um artigo publicado em acesso aberto (Open Access) sob a licença Creative Commons Attribution Non-Commercial, que permite uso, distribuição e reprodução em qualquer meio, sem restrições desde que sem fins comerciais e que o trabalho original seja corretamente citado. O processo de soldagem por pontos, ou simplesmente RSW (Resistance Spot Welding) é um método de junção de estruturas amplamente utilizada no setor automobilístico [1], se destacando entre os processos de soldagem por apresentar características que favorecem a indústria com operação ágil, facilmente adequada para processos automáticos, manuseio simples, aplicações diversas e baixo custo [2-7]. Dada sua ampla aplicabilidade e importância na indústria, novas metodologias para ajuste de parâmetros são aplicadas para aperfeiçoar o RSW, favorecendo o controle e a capabilidade desse processo [8]. Almeida et al. Para verificação da qualidade, destacam-se alguns métodos que acompanham o processo de soldagem em tempo real, tais como o ultrassom [9,10], deslocamento do eletrodo [11,12] e raio X [13]. Em outras situações consegue-se a análise por meio de instrumentos convencionais, muito utilizados na indústria [14], como também por métodos que permitem avaliar diversas características geométricas do produto soldado, como a análise por imagem. O relógio apalpador mensura a característica profundidade de indentação (PI) e o paquímetro, após realizado o cisalhamento da peça, mensura a característica diâmetro do ponto soldado (DP). Já a análise de imagem é feita a partir de um ensaio metalográfico, e é capaz de medir ambas características em uma mesma imagem. Normalmente as medições não são realizadas durante a soldagem, como em testes destrutivos no setor automotivo. Neste caso, faz-se uso de métodos quantitativos para verificar a qualidade desse processo, onde, segundo Majeske [15], deve-se validar o dispositivo de medição antes da coleta de dados. Em ambientes industriais geralmente encontram-se profissionais qualificados que realizam a medição das características geométricas, como PI e o DP, utilizando instrumentos mecânicos convencionais, tais como o relógio apalpador e o paquímetro [14]. Ambas as medições são consideradas críticas para a qualidade, onde considera-se o valor de PI aceitável desde que seja inferior a 30% da espessura da chapa a ser soldada, já que uma maior indentação impacta diretamente a superfície e a capacidade de carga da solda. A indentação excessiva pode criar uma ligação fraca entre soldas e chapas de metal, especialmente em chapas empilhadas de soldagem de espessuras diferentes [16]. Estas análises permitem avaliar a qualidade do ponto soldado e apresentam ampla aplicabilidade nas indústrias, impulsionando-as a melhorarem sua eficiência. Entretanto, melhorar apenas a produção pode não favorecer o processo como um todo, uma vez que os procedimentos de medição apresentam variabilidade, que pode ter origem no próprio sistema de medição (SM) (causa especial), bem como no processo de fabricação (causa comum) [17-22]. Portanto, faz-se necessário verificar a variabilidade do sistema de medição utilizado em processos industriais, como no RSW. Além disso, é importante destacar que em processos industriais, o erro de medição deve ser evitado, para que seja possível avaliar variabilidade e capabilidade do processo em si. Em metodologias voltadas essencialmente para a qualidade, como a metodolo (...truncated)