Aplicação industrial de processos de soldadura em estado sólido: análise de viabilidade

Abstract

Nesta tese realiza-se uma análise técnico-económica das tecnologias Friction Stir Welding (FSW) e Resistance Seam Welding (RSEW), na ligação homogénea de chapas de alumínio e aço. De forma a atingir os objetivos propostos, na vertente da viabilidade técnica, serão apresentadas as diversas características dos processos, nomeadamente, as suas vantagens, limitações, tipos de juntas, aplicações industriais, soldabilidade dos materiais e interesse em termos científicos. Na vertente económica, foi aplicado um modelo de custeio económico quantitativo, de natureza analítica, denominado Breakdown Approach. Com base neste modelo, foi obtido, para cada uma das tecnologias, o custo económico por metro de soldadura, durante e após o período de amortização dos equipamentos de soldadura, foi ainda realizada uma análise cuidada da distribuição de custos em função dos parâmetros que afetam o custo final da soldadura, sendo estes, a velocidade da soldadura, a potência do equipamento, a vida útil da ferramenta, o tempo de handling e o volume de produção. A aplicação do modelo de custeio Breakdown Approach permitiu concluir que a tecnologia FSW apresenta um custo por metro de soldadura inferior, durante, e após o tempo de amortização do equipamento, para a ligação de ambos os materiais em estudo, comparativamente à tecnologia RSEW. Através da análise da distribuição de custos concluiu-se que as componentes com maior influência no custo por metro de soldadura são os custos laborais e os custos de investimento, exceto na soldadura de alumínio com a tecnologia RSEW. Com efeito, para esta tecnologia determinou-se que os custos energéticos são os que apresentaram maior peso no custo final da soldadura. Relativamente à análise da influência dos parâmetros no custo final da soldadura, conclui-se que o tempo de handling e o volume de produção são os parâmetros mais influentes, havendo sempre a necessidade de minorar tanto quanto possível o tempo de handling e só aplicar a tecnologia quando a utilização dos equipamentos prevista seja elevada. A vida útil da ferramenta, a velocidade de soldadura e a potência do equipamento não apresentam grande influência no custo económico da soldadura, com exceção da soldadura de alumínio, através da tecnologia RSEW, onde a potência apresenta um peso significativo no custo final da soldadura. Com base no custo económico e nas potencialidades técnicas que a tecnologia FSW apresenta, concluiu-se que, para a aplicação em causa, esta é uma melhor solução, comparativamente à tecnologia RSEW.

In this thesis is carried out a technical-economic analysis of the technologies Friction Stir Welding (FSW) and Resistance Seam Welding (RSEW) on the welding of aluminum and steel thin sheets. In order to achieve the objective, an analytical quantitative economic costing model, called Breakdown Approach, was applied. Based on the model, the economic cost, per meter of welding, was obtained, during and after the amortization period, as well as an analysis of costs distribution. It is also analyzed the most important parameters affecting the final welding cost, such as the welding speed, the power of the equipment, the life of the tool, the handling time and the production volume. The application of the Breakdown Approach model enabled to conclude that, for the application under study, the FSW technology offers a lower cost per meter of welding, during, and after, the equipment amortization period, compared to RSEW technology. The analysis of the cost distribution enabled to conclude that the most influential components were the labor costs and the investment costs, which are only surpassed in RESW aluminum welding, where energy costs were those with greater weight in the final cost of the weld. Regarding the analysis of the influence of the cost parameters on the final cost of welding, the main conclusion is that the handling time and the production volume are the most influential parameters, being advisable to reduce the handling time and maximize equipment usage. It was also concluded that the tool life and the welding speed don’t have a great influence on the welding costs. However, the weight of the power, in the final cost of welding by RSEW in aluminum, was high. Based on the economic cost analysis and on the technical potential, it can be concluded that the FSW technology is a better solution for the envisaged application than the RSEW technology.