Estudo das fissuras radiais na soldadura a laser das caixas diferenciais

Abstract

O relatório de estágio aqui apresentado enquadra-se na unidade curricular Dissertação/Projeto/Estágio do Mestrado Integrado em Engenharia Mecânica. O estágio desenvolveu-se na empresa Renault Cacia S.A. e teve como objetivo estudar o fenómeno da fissuração radial que ocorre na soldadura a laser das caixas diferenciais/roda de coroa de caixas de velocidades. Este relatório apresenta de forma sucinta a organização e o modo de funcionamento da empresa e é feita uma breve descrição das caixas de velocidades e dos seus principais componentes. Encontram-se também descritos os principais processos de soldadura utilizados na indústria automóvel, de onde se destaca o processo de soldadura a laser, sendo este analisado de forma mais detalhada já que o objetivo do estágio está diretamente relacionado com este processo de soldadura. São apresentadas as características dimensionais e dos materiais das caixas de diferencial e rodas de coroa assim como uma descrição detalhada dos seus processos de fabricação. Numa fase inicial procedeu-se à análise das fissuras radiais que surgem durante o processo de soldadura das caixas diferenciais às rodas de coroa. Foram quantificadas as fissuras nas caixas diferencial por família e também descritas as possíveis causas relacionadas com o seu surgimento. Em consequência, procurou-se identificar na cadeia do processo de fabricação e respetivos materiais, quais os parâmetros que se podem relacionar com o surgimento das fissuras, tendo para isto sido desenvolvidos um conjunto de ensaios. Estes ensaios passaram por avaliar a influência do teor de Silício no ferro fundido da caixa diferencial, tendo sido testadas duas composições. Complementarmente e no âmbito do processo de soldadura laser foi avaliada a influência da potência do laser, da velocidade de passagem e da taxa de deposição de material de adição no surgimento das fissuras radiais. Após analise aos resultados obtidos através dos ensaios que combinaram os diferentes parâmetros descritos anteriormente, foi possível concluir que a quantidade de Silício no ferro fundido da caixa diferencial é o que tem a maior influência no surgimento das fissuras radiais, relativamente a qualquer um dos outros parâmetros associados diretamente ao processo de soldadura. Pode-se concluir que a composição do ferro fundido da caixa diferencial com menor teor de Silício apresenta a menor taxa de fissuras radias, sendo que das 16 amostras ensaiadas nenhuma apresentou fissuras.

The following report is part of the Dissertation/Project/Internship course of the Integrated Master's in Mechanical Engineering. The internship took place at Renault Cacia S.A., with the aim of studying the phenomenon of radial cracking that occurs in the laser welding of differential cases and crown wheel gearboxes. This report provides a concise overview of the organization and functioning of the company, along with a brief description of gearboxes and their main components. It also describes the primary welding processes used in the automotive industry, with a focus on the laser welding process, as the internship's objective is directly related to this welding process. It includes dimensional characteristics and material descriptions of differential cases and crown wheels, as well as a detailed account of their manufacturing processes. In the initial phase, an analysis was conducted on the radial cracks that appear during the welding process of the differential cases to the crown wheels. The cracks in the differential cases were quantified by family, and possible causes related to their occurrence were described. As a result, efforts were made to identify the parameters within the manufacturing process and materials that may be associated with the emergence of these cracks. To do this, a series of tests were developed, which included evaluating the influence of silicon content in the cast iron of the differential case, with two compositions tested. Additionally, within the scope of the laser welding process, the influence of laser power, welding speed, and deposition rate of filler material on the occurrence of radial cracks was assessed. After analyzing the results obtained from the tests that combined the different parameters described earlier, it was possible to conclude that the silicon content in the cast iron of the differential case has the most significant influence on the emergence of radial cracks compared to any of the other parameters directly associated with the welding process. It can be concluded that the cast iron composition with lower silicon content in the differential case has the lowest rate of radial cracks, with none of the 16 samples tested showing any cracks.