Soldagem 2009 2-emi

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRODepartamento de Engenharia Mecânica

Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –E

lem

ento

s de

Uni

ão


Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas

1. INTRODUÇÃO

1.1.DEFINIÇÕES USUAIS

"Processo de união de metais por fusão". (não só metais e não apenas por fusão)

"União de duas ou mais peças, assegurando, na junta soldada, a continuidade de propriedades físicas, químicas e metalúrgicas".

(é possível soldar materiais diferentes)

"Processo de união de materiais baseado no estabelecimento, na região de contato entre as peças que estão sendo unidas, de ligações químicas de natureza similar às atuantes no interior dospróprios materiais."


Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas

1. INTRODUÇÃO

AWS – American Welding Society

“É a técnica de reunir duas ou mais partes constitutivas de um todo, assegurando entre elas a continuidade geométrica, as características mecânicas, metalúrgicas e químicas do material.”

1.1.DEFINIÇÕES USUAIS (cont.)


Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas

1.2. Formação da Junta Soldada

1. INTRODUÇÃO

Idealmente, a soldagem ocorre pela aproximação das superfícies das peças a uma distância suficientemente curta para a criação de ligações químicas entre os seus átomos. Este efeito pode ser observado, por exemplo, quando dois pedaços de gelo são colocados em contato.

Porque não acontece a solda ?


Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas


1. INTRODUÇÃO

Partículas de poeira ionizadas

Gordura

Umidade

Óxido

Metal

Gás absorvido

Metal + Óxido

A criação de ligações químicas entre os seus átomos édificultada pela:

- rugosidade microscópica,- camadas de óxido, - umidade, - gordura, - poeira e - outros contaminantes existentes em toda superfície metálica.


Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas


1. INTRODUÇÃO

Esta dificuldade é superada de duas formas principais:

- Deformar as superfícies em contato e

- Aquecer localmente a região a ser soldada até a sua fusão.

Assim, os diferentes processos de soldagem podem ser agrupadosem dois grandes grupos baseando-se no método dominante de se produzir a solda:

- processos de soldagem por PRESSÃO (ou por deformação)

- processos de soldagem por FUSÃO.


Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas


1. INTRODUÇÃO

- processos de soldagem por pressão (ou por deformação)


Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas


1. INTRODUÇÃO

- processos de soldagem por fusão.

Soldagem por resistência a ponto (a) e costura (b). (I - corrente de soldagem). Soldagem manual a arco.


Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas


1. INTRODUÇÃO

- processos de soldagem por fusão.


Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas

1.3. Vantagens e Desvantagens de Uniões Soldadas

VANTAGENS DESVANTAGENS

1. Juntas de integridade e eficiência elevadas;

2. *Maior resistência e menor peso (maior seção);

3. Grande variedade de processos;

4. Aplicável a diversos materiais;

5. Operação manual ou automática;

6. Pode ser altamente portátil;

7. *Juntas contínuas e estanques (isentas de vazamentos);

8. Custo, em geral, razoável;

9. *Junta não apresenta problemas de perda de aperto.

1. Não pode ser desmontada – PERMANENTE;

2. Pode afetar microestrutura e propriedades das partes;

3. Pode causar distorções e tensões residuais;

4. Requer considerável habilidade do operador;

5. Pode exigir operações auxiliares de elevado custo e duração;

(ex.: tratamentos térmicos)

6. Estrutura resultante é monolítica e pode ser sensível a falha

total.

1. INTRODUÇÃO


Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas

1. INTRODUÇÃO

1.4. O ESTUDO DE SOLDAGEM SE DIVIDE BASICAMENTE, EM 3 TÓPICOS:

A) Processo de Soldagem;

B) Tecnologia de Soldagem;

C) Dimensionamento e Projeto de Peças e Estruturas Soldadas.


Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões SoldadasA) Processos de Soldagem (Existem cerca de 50 processos catalogados pela AWS.)


Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas

B) Tecnologia de Soldagem

Envolve o estudo dos aspectos metalúrgicos, físicos e químicos da solda.

Estudos envolvendo a tecnologia, em conjunto com os processos desoldagem, permitem a especificação da união soldada mais adequada e com as propriedades mecânicas e físicas desejadas.

C) Dimensionamento e Projeto de Peças e Estruturas Soldadas


Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas

2. NOMENCLATURA e SIMBOLOGIA

metal de base

solda

ZTA

Esquema da seção transversal de uma solda de topo por fusão

Seção transversal de uma solda de topo por fusão


Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas


Face do filete

Raiz da solda

Gargan

taCon

vexida

de

Perna do filete

Perna do filete

Face da solda

Pene

traç

ão

Ref

orço

Largura docordão

Raiz da solda

Nomenclatura de algumas regiões de soldas de topo e filete.


Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas



Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas

2. NOMENCLATURA e SIMBOLOGIA - Exemplos


Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas

2. NOMENCLATURA e SIMBOLOGIA - Exemplos


Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas

3. TIPOS DE JUNTASSOLDADAS

60 a 80o

Junta de Topo com flange

Junta de Topo reta

(a)

(b)

Junta de Topo em "V" (a) e duplo "V" (b)

(a)

(b)

Junta de Topo em "U" (a) e duplo "U" (b)

Junta sobrepostaJunta de canto

Juntas em "T"


Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas

3. TIPOS DE JUNTASSOLDADAS

4


Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas

4. RECOMENDAÇÕES DE PROJETO


Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas

4. RECOMENDAÇÕES DE PROJETO (cont.)

Tabela 1 - Preparação recomendada para juntas de topo


Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas



Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas



Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas



Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas



Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas

5. Momento de Inércia

Filete de solda Área da garganta Localização do CG Segundo momento polar de inércia unitário


Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas

Filete de solda Área da garganta Localização do CG Segundo momento polar de inércia unitário

5. Momento de Inércia (cont.)


Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas


Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas


Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas

6. Fadiga em Juntas Soldadas

Se = ka x kb x kc x kd x ke x kf x ... x Se’

Se’ = 0.5 x Sut

*1

kfke =

Acabamento Superficial = fundido ou forjado

dimensão característica = perna da solda (h)

Idem


Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas

TIPO DE SOLDA kf* Solda de topo reforçada 1.2 Ponta de solda de filete transversal 1.5 Extremidade de solda paralela 2.7 Solda de topo em “T” com cantos aguçados 2.0

Tabela 9.5 – pág. 461

Fatores de Concentração de Tensões de Fadiga – kf*


Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas

Tabela 9.4 – pág. 461

Tensões permitidas para o metal de solda e coeficientes de segurança

CS*


Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas

7. EXERCÍCIOS

1. A tensão de cisalhamento admissível da solda mostrada abaixo é140 MPa. Determine a força F que causaria a ruptura.

6

F

60 100

50

10


Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas

2. Determine a tensão máxima atuante no filete de solda do elemento de máquina mostrado abaixo.

8

8000 N

400

50

30


Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas

3. A figura abaixo mostra elementos de uma estrutura unidos por solda. Para um carregamento de 50 kN, determine: a) a tensão máxima atuante no filete de solda;b) a tensão admissível da solda;c) o eletrodo mais adequado.

50 kN

2006 6

100

56

190

y

x

6

6


Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas

4. Para a estrutura soldada mostrada na figura abaixo determine os fatoresde segurança utilizados nos seguintes casos: a) Carga estática, F = 5000 N;b) Carga variável e repetida, 0 < F < 5000 N.

5 kN 8

10

y

x

6

60

25

14

14 30°


Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas

5. Determine a perna (h) mínima do filete de solda do elemento demáquina mostrado abaixo, sabendo que a carga F vale 10 kN eque sua tensão admissível é 660 MPa.

F

400

40

10

50

60°

h


Ele

men

tos

de M

áqui

nas

I –U

niõe

s S

olda

das

Uniões Soldadas

6. Calcular o coeficiente de segurança utilizado no filete de solda do elementode máquina mostrado abaixo.DADOS: - tensão admissível: 350 MPa.

- cargas: F1 = 10 kNF2 = 40 kN

6

F

120

80

60

F

1

2

Science

Soldagem 2009 2-emi