Research on the continuous casting process of CuCrZr alloys with the addition of scandium dedicated for resistance welding electrodes

Investigación sobre el proceso de fundición continua de aleaciones CuCrZr con adición de escandio dedicadas a electrodos de soldadura por resistencia

El artículo presenta los resultados de la investigación sobre la síntesis metalúrgica de aleaciones de cobre CuCrZr con adición de escandio como nuevo material para electrodos de soldadura por puntos para la soldadura por resistencia por puntos de chapas de acero recubiertas de Zn. El material ensayado se fabricó en un proceso de fundición continua en disposición horizontal en forma de varilla. Las aleaciones se sometieron a tratamiento térmico para determinar sus propiedades de dureza y conductividad eléctrica. En las fundiciones producidas se realizaron ensayos de difusión del zinc en la estructura del material, que reflejan las condiciones que aceleran el desgaste de los electrodos durante la soldadura por resistencia de chapas de acero recubiertas de Zn.

INTRODUCCIÓN

El proceso de soldadura por puntos de resistencia se utiliza comúnmente en muchos procesos de fabricación, sin embargo, sobre todo en industrias en las que se sueldan dos chapas metálicas entre sí, como la industria del automóvil. Debido a su constante desarrollo mediante el aumento de las normas que deben cumplir los vehículos fabricados, incluida, entre otras, la susceptibilidad a la corrosión, las carrocerías de los automóviles se fabrican con revestimientos resistentes a la corrosión hechos de zinc [1,2]. Se calcula que un coche típico tiene entre 3 000 y 5 000 soldaduras y el consumo de electrodos de soldadura en una sola fábrica de coches alcanza incluso el millón al año.

En el proceso de soldadura por puntos por resistencia de las piezas de la carrocería de los automóviles se utilizan principalmente electrodos de tipo F0 fabricados con aleaciones de cobre de 2ª clase del grupo A con un diámetro de 16 mm, siendo el representante más popular la aleación Cu-Cr-Zr (conductividad eléctrica 43 MS/m; dureza 100-150 HV30) [3,4].  El principal problema de la soldadura por puntos de las chapas de acero galvanizado es su capa de zinc. Como consecuencia de las altas temperaturas se produce la fusión y evaporación del zinc, que penetra aún más en la estructura de los electrodos. Este fenómeno es la causa del cambio de las propiedades físicas, provocando así un desgaste más rápido de los electrodos [5-7]. 

Muchos trabajos de investigación describen la mejora de la vida útil de los electrodos durante el proceso de soldadura. Por ejemplo, H. E. Emre et al. aplicaron un recubrimiento de Cr-Ni utilizando el método ESD, que aumentó las propiedades mecánicas de las muestras ensayadas [8]. Otros trabajos de investigación demostraron que la adición de otros aditivos de aleación como el Sc a la aleación Cu-CrZr tiene un efecto positivo en sus propiedades mecánicas, resistencia al calor y sólo disminuye ligeramente su conductividad eléctrica [9,10].