Un estudio de CIQTEK con microscopía electrónica de barrido (MEB) demuestra que los electrodos con anillo elevado mejoran la soldadura por puntos de aleaciones de aluminio y la vida útil del electrodo.

Las aleaciones de aluminio, apreciadas por su excepcional relación resistencia-peso, son materiales ideales para la reducción de peso en la industria automotriz. La soldadura por puntos de resistencia (RSW) sigue siendo el método de unión predominante en la fabricación de carrocerías. Sin embargo, la alta conductividad térmica y eléctrica del aluminio, junto con su capa de óxido superficial, requiere corrientes de soldadura muy superiores a las utilizadas para el acero. Esto acelera el desgaste de los electrodos de cobre, lo que conlleva una calidad de soldadura inestable, un mantenimiento frecuente de los electrodos y un aumento de los costes de producción. Prolongar la vida útil de los electrodos Si bien garantizar la calidad de la soldadura se ha convertido en un cuello de botella tecnológico crítico en la industria.

Para abordar este desafío, el equipo del Dr. Yang Shanglu en el Instituto de Óptica y Mecánica Fina de Shanghai llevó a cabo un estudio exhaustivo utilizando el CIQTEK FESEM SEM5000 Diseñaron de forma innovadora un electrodo de anillo elevado e investigaron sistemáticamente el efecto del número de anillos (0–4) en la morfología del electrodo, revelando la relación intrínseca entre el número de anillos, los defectos cristalinos en el núcleo de soldadura y la distribución de corriente. Sus resultados demuestran que aumentar el número de anillos elevados optimiza la distribución de corriente, mejora la eficiencia de la entrada térmica, amplía el núcleo de soldadura y prolonga significativamente la vida útil del electrodo. Cabe destacar que los anillos elevados mejoran la penetración de la capa de óxido, optimizando el flujo de corriente y reduciendo la corrosión por picaduras. Este innovador diseño de electrodo proporciona un nuevo enfoque técnico para mitigar el desgaste del electrodo y sienta las bases teóricas y prácticas para una aplicación más amplia de la soldadura por resistencia de aleación de aluminio en la industria automotriz. El estudio se publica en la revista *The New York Times*. Revista de tecnología de procesamiento de materiales. bajo el título “ Investigación de la influencia de la morfología de la superficie del electrodo en la soldadura por puntos de resistencia de aleaciones de aluminio. “

Avance en el diseño de electrodos de anillo elevado

Ante el desafío del desgaste de los electrodos, el equipo abordó el problema desde la morfología de los mismos. Mecanizaron de 0 a 4 anillos concéntricos elevados en la cara final de electrodos esféricos convencionales, formando un novedoso electrodo de anillo de Newton (NTR).

Figura 1. Morfología superficial y perfil de sección transversal de los electrodos utilizados en el experimento.

El análisis SEM revela defectos cristalinos y mejora del rendimiento

¿Cómo influyen los anillos realzados en el rendimiento de la soldadura? Utilizando el Técnicas CIQTEK FESEM SEM5000 y EBSD El equipo caracterizó en detalle la microestructura de los núcleos de soldadura. Descubrieron que los anillos elevados perforan la capa de óxido de aluminio durante la soldadura, optimizando la distribución de corriente, influyendo en el aporte térmico y promoviendo el crecimiento del núcleo. Aún más importante, la interacción mecánica entre los anillos elevados y el metal fundido aumenta significativamente la densidad de defectos cristalinos, como las dislocaciones geométricamente necesarias (GND) y los límites de grano de bajo ángulo (LAGB), dentro del núcleo de soldadura. El rendimiento óptimo se observó con tres anillos elevados (NTR3).

Figura 2. Análisis EBSD de la microestructura del núcleo de soldadura para los electrodos NTR0, NTR1, NTR2, NTR3 y NTR4.

Mayor vida útil del electrodo

Además de mejorar la calidad de la soldadura, los electrodos de anillo elevado demuestran un rendimiento antiabrasión excepcional. Tras una prueba de vida útil de 10 soldaduras, la diferencia en el desgaste del electrodo fue notable.

Figura 3. Vida útil de los electrodos NTR0, NTR1, NTR2, NTR3 y NTR4.

Análisis cuantitativo

El electrodo NTR0 sin anillos elevados exhibió un área de desgaste de 13,49 millones de μm².

En comparación, los electrodos NTR3 y NTR4 con tres y cuatro anillos elevados redujeron las áreas de desgaste a 4,35 millones de μm² y 3,98 millones de μm², lo que representa reducciones del 67,8% y del 70,5%, respectivamente.

La estructura de anillos elevados concentra la corriente a lo largo de los anillos, guiando el desgaste por trayectorias predeterminadas y evitando la expansión aleatoria de picaduras, duplicando así la vida útil del electrodo.

Figura 4. Área de picaduras de los electrodos NTR0, NTR1, NTR2, NTR3 y NTR4 después de 5 y 10 soldaduras: (a) 5.ª soldadura, (b) 10.ª soldadura.

Microanálisis de la corrosión por picaduras en electrodos

Un análisis SEM posterior de los electrodos NTR0 tras la soldadura hasta su adhesión a la lámina de aluminio reveló una capa de compuesto intermetálico (IMC) de 10 μm de espesor entre el electrodo y la lámina. Esta capa de transición consta de dos subcapas que contienen cobre:

Cerca del electrodo: subcapa más delgada con 29,2 % atómico de Cu (Al ₄ Cu ₉ fase).

Cerca de la aleación de aluminio: subcapa más gruesa con 15,5 % atómico de Cu (AlCu). ₂ fase).

Figura 5. Análisis de la composición de las picaduras entre el electrodo y la lámina

Este estudio demuestra que una morfología de electrodo innovadora puede regular eficazmente la distribución de corriente, mejorando la calidad de la soldadura y prolongando la vida útil del electrodo. Microscopio CIQTEK FESEM Proporcionó visualizaciones indispensables y evidencia cuantitativa de mecanismos microscópicos, incluyendo la evolución de defectos cristalinos y picaduras en los electrodos, resaltando el papel crítico de la caracterización avanzada en el avance de la investigación de la soldadura y las aplicaciones industriales.