Juntas sobrepostas: sobreposição de 3 a 5 vezes a espessura das chapas

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1 SOLDAGEM 1. Introdução Junção de peças metálicas por contato e aquecimento. Processos por fusão: fusão local das partes, necessidade de metal de adição (geralmente). Processos por pressão: aquecimento para aumento da plasticidade (sem fusão) e aplicação de pressão. 2. Tipos de juntas Juntas de topo: - flange (partes de até 3mm de espessura) - reta (3 a 8mm) - em V (14 a 16 mm) - em duplo V (16 a 20 mm) - em U (acima de 20mm) - em duplo U (acima de 20 mm) Juntas de topo Juntas sobrepostas: sobreposição de 3 a 5 vezes a espessura das chapas Junta sobreposta Juntas de canto (com ou sem chanfro) Juntas de canto Juntas em T (com ou sem chanfro) Juntas em T 3. Metalurgia da Solda Soldagem ocorre pela eliminação de óxidos superficiais e solução sólida dos metais envolvidos. Aquecimento pode levar a fusão local, crescimento de grãos cristalinos ou mudança não significativa na estrutura das partes. 2007B Soldagem e Uniões 1

2 Para soldagem com metal de adição e junta em V, obtém-se o esquema da figura a seguir. A região 2 é formada pelo metal de adição, a região 3 é formada pela zona das partes que sofreram fusão e a região 4 se trata de uma zona que é aquecida e resfriada sem mudanças significativas na estrutura cristalinas. Entre as regiões 3 e 4 existe uma zona em que o metal não é fundido mas, pela elevada temperatura, ocorre grande recristalização (crescimento de grãos) e diminuição das propriedades mecânicas de resistência e dureza. Perguntas: 1. Existe relação entre o perfil da junta soldada e a espessura das chapas? 2. Faça um esboço da metalurgia da solda, identifique a região menos resistente da solda e explique a diminuição da resistência. 4. Soldagem a gás Realiza-se a fusão das partes e do metal de adição por chama obtida com a queima de mistura de gás combustível (acetileno, hidrogênio, butano, propano) e oxigênio. 2007B Soldagem e Uniões 2

3 Gás mais comum: acetileno. Costuma-se chamar a soldagem de oxi-acetilênica. Utilizada geralmente em serviços de reparo (baixo custo). Não é utilizada na produção seriada pois apresenta baixa produtividade e alta dependência da habilidade do operador. Equipamento utilizado na obtenção da chama: maçarico. - maçarico de baixa pressão: proporção constante entre gás combustível e oxigênio. - maçarico misturador: proporção pode ser controlada Maçarico de baixa pressão Maçarico misturador Controlando-se a proporção de gases altera-se as características da chama, necessário para fusão de materiais variados. 5. Soldagem a arco elétrico Fonte de calor: arco elétrico originado pela polarização da peça e do eletrodo. 2007B Soldagem e Uniões 3

4 A polarização pode ser contínua ou alternada (gerando corrente contínua ou alternada). Arco é mais estável em corrente contínua. Tensões necessárias para formação do arco: - CC: 40 a 50 V - CA: 50 a 60 V Para manutenção do arco são necessárias tensões mais baixas (15 a 30 V para eletrodo metálico, 30 a 35 V para eletrodo de carbono). O metal de deposição é fundido e geralmente depositado na forma de gotas como mostra a figura a seguir. O eletrodo pode ser consumível (se trata do próprio metal de adição) ou não consumível (fabricado em tungstênio ou carbono) 5.1 Soldagem com eletrodos revestidos Eletrodo revestido: - alma metálica (material de adição) - revestimento composto de materias orgânicas e minerais 2007B Soldagem e Uniões 4

5 O eletrodo é consumido. Funções do revestimento: - formar nuvem gasosa protetora (evita oxidação da solda) - estabilizar o arco elétrico - formar escória que retarda o resfriamento da peça (escória deve ser posteriormente removida) - introduzir elementos de liga Proteção gasosa devido ao revestimento É possível a soldagem em posições variadas e o operador utiliza apenas uma das mãos. Mas a qualidade da solda depende fortemente da habilidade do operador. 5.2 Soldagem TIG TIG Tungsten Inert Gas Arco é formado por eletrodo não consumível de tungstênio e proteção atmosférica é obtida pela cobertura de gás inerte (mistura de hélio e argônio). Tungstênio suporta altas correntes, eletrodo pode ter diâmetro pequeno e assim uma menor área da peça é afetada pelo calor. Pode-se soldar chapas de pequena espessura sem adição de metal (une-se as peças fundidas localmente). 5.3 Soldagem MIG-MAG As soldagens MIG (metal inerte gas) e MAG (metal active gas) utilizam eletrodo consumível que é alimentado automaticamente. Proteção atmosférica é obtida de forma semelhante à do processo TIG. 2007B Soldagem e Uniões 5

6 Alimentação automática: deposição uniforme do metal de adição, baixa dependência da habilidade do operador e alta produtividade. 5.4 Soldagem a arco submerso Eletrodo consumível sem revestimento. Proteção contra oxidação é obtida pela submersão do arco elétrico em fluxo granulado. Fluxo é isolante térmico: concentra calor na região de interesse (eletrodo e peça) Funções do fluxo: - proteger contra oxidação - estabilizar o arco - formar camada superficial que retarda o resfriamento da peça - evitar respingos (100% do material é depositado) Parte não fundida do fluxo pode ser reaproveitada. Processo totalmente automático, formação de cordões de solda uniformes com bom acabamento. Alta produtividade. Equipamentos da soldagem a arco submerso Limitação: soldagem apenas na posição horizontal. 2007B Soldagem e Uniões 6

7 Variações da soldagem a arco submerso: - twin arc : dois eletrodos em paralelo (camada de deposição mais larga) - tanden arc : dois eletrodos em série (camada de deposição mais espessa) - eletrodo em fita: eletrodo na forma de fita (camada de deposição mais larga) Perguntas 1. Cite qual é o elemento que protege a região de soldagem quanto à oxidação em cada caso: soldagem à gas, eletrodo revestido, TIG, MIG-MAG, arco-submerso 2. O elemento protetor possui alguma outra função? Quais funções? 2007B Soldagem e Uniões 7

8 3. Ordene os métodos de soldagem acima por ordem crescente de automação. Qual é a relação dessa ordem com os custos e a qualidade do processo? 6. Soldagem por resistência Aquecimento (abaixo do ponto de fusão) por passagem de corrente elétrica e aplicação de pressão. Os eletrodos são compostos de ligas de cobre e materiais refratários como o tungstênio. Existem alguns tipos de montagem diferentes: - soldagem por pontos - soldagem de topo - soldagem por costura (eletrodos circulares, permite a obtenção de tubos com costura) 2007B Soldagem e Uniões 8

9 7. Brasagem Utilizada para unir partes de metais diferentes com a adição de metal que possua soldabilidade com ambas as partes. Apenas o metal de adição é fundido (maçarico, fornos, resistência elétrica) Partes devem estar ligeiramente afastadas (0,013 a 0,075 mm) para que o metal de adição líquido penetre por capilaridade. Materiais de adição: ligas de cobre (latão), ligas de prata, ligas de alumínio. Juntas podem ser sobrepostas ou de topo Utilizado na fixação de pastilhas de corte. Dependendo dos materiais de adição e de suas temperaturas de fusão, classifica-se: - soldabrasagem ( oc) - soldagem forte ( oc) - soldagem fraca (300 oc) A soldabrasagem também se diferencia pela deposição ser semelhante a de uma soldagem (sem capilaridade). É utilizado fluxo granulado para a proteção contra oxidação. Perguntas: 1. Em qual tipo de soldagem você classificaria a solda com ferro de solda (componentes eletrônicos) 2. Qual é a principal diferença entre a soldagem por resistência e as soldagens a arco? 2007B Soldagem e Uniões 9

10 UNIÃO MECÂNICA 1. Introdução União de peças por meio de dispositivos mecânicos, interferência, etc. Existem duas classes: - permanentes - não-permanentes Principais vantagens: facilidade de montagem, desmontagem (quando possível) e inspeção, uso de ferramentas simples e de mão de obra não qualificada. Principal desvantagem: podem ser custosas se o tempo de montagem for elevado (pode chegar a 50% do tempo de fabricação). Procura-se minimizar a necessidade de montagem. Padronização: diminuição de custos de fabricação de elementos fixadores e equipamentos, redução do tempo de montagem. Produtos grandes podem ser transportados não-montados e montados já no local de entrega. Desmontagem: permite manutenção (substituição de peças desgastadas, ajustes). Tolerâncias exigidas para montagem automática podem ser maiores que as requeridas para o produto. 2. Elementos Rosqueados 2.1 Parafusos Fixadores mais freqüentes, geralmente não permanentes. Podem ser fixados por porcas ou parte rosqueada. Parafuso de porca Parafuso de calota Existem diversas geometrias, porém padronizadas (padrão ISO, padrão americano) 2007B Soldagem e Uniões 10

11 Prisioneiros: parafusos sem-cabeça Os parafusos são geralmente conformados a frio. Podem ser usinados. São empregados diversos materiais: aços de baixo e médio carbono, aços inoxidáveis, ligas de alumínio, ligas de níquel e poliméricos. Aço geralmente é revestido com elemento resistente à corrosão: níquel, cromo, zinco. Tensões nos parafusos: - tração do corpo do parafuso - compressão das partes unidas - cisalhamento do corpo do parafuso - cisalhamento dos filetes É necessário dar pré-tensão ao parafuso para boa união (aperto e resistência). Controle de pré-tensão é realizado pelo controle do torque. Deve-se preferencialmente manter a cabeça do parafuso fixa e apertar a porca. Evita-se tensões e ruptura próxima à cabeça do parafuso. Com o aperto os filetes da porca sofrem conformação plástica, o que permite a distribuição da força por alguns filetes. Além disso ocorre encruamento e aumento da resistência do material da porca. Assim, porcas nunca devem ser reutilizadas. 2007B Soldagem e Uniões 11

12 2.2 Insertos Roscas internas fixadas por interferência em materiais pouco resistentes como ligas leves de magnésio, madeira e plásticos. Também existem variações soldadas e fixadas com rebites. 2.3 Arruelas Acessório que garante melhor junção por parafusos. - distribuem as tensões - permitem maior folga entre parafuso e furo passante - veda a junção - previne o afrouxamento do parafuso 3. Rebites Juntas mecânicas permanentes de alta produtividade e baixos custos. Pino com cabeça é introduzido em furos passantes de chapas e ponta do pino é conformada a quente ou a frio por martelamento ou prensagem para conformação de segunda cabeça. 2007B Soldagem e Uniões 12

13 Vários formatos: sólido, semi-tubular, bifurcado, de compressão Tubulares: mais baratos (redução de material). São mais facilmente conformados e utilizados em fixação de partes sob baixas solicitações. Podem ser rosqueados (semelhantes a insertos). Rebites de repuxo: tubulares montados com pino para o repuxo (conformação). 4. União por interferência Encaixe de peça com dimensões maiores que dimensões do furo onde é encaixada. Gera tensões de compressão e tração capazes de fornecer atrito resistente a torques. Montagem pode ser feita por prensagem de peça com extremidade em formato de cunha, forçada contra o furo ou por variações dimensionais causadas por efeitos térmicos. Geralmente aquece-se a parte com o furo. Eventualmente pode-se também resfriar a parte com o pino. 2007B Soldagem e Uniões 13

14 5. Encaixes de engate rápido União propiciada pela geometria das partes. Partes ficam alinhadas automaticamente levando a montagem rápida (mesmo por operador humano) sem a necessidade de equipamentos especiais. 6. Anéis de retenção (elásticos) Permitem o posicionamento de peças a eixos. Podem ser tanto externos como internos. 7. Juntas Metálicas Conformação de extremidades de chapas. Perguntas: 1. Por que as chapas da carenagem de navios e aviões são preferencialmente unidas por rebites (e não parafusos)? 2007B Soldagem e Uniões 14

15 2. Existe a possibilidade de união por interferência de materiais com fluência elevada? ADESIVOS 1. Introdução União permanente por material geralmente polimérico que se adere às superfícies de duas partes. Resistência do adesivo é obtida por sua cura (polimerização, vulcanização, etc). Às vezes é necessário aquecimento, porém bastante brando. 2. Características Tipos: - naturais: baixa tensão - inorgânicos: baixa tensão - sintéticos: tensões moderadas Deve ser feita limpeza prévia das superfícies (retirada de poeira, óleos e óxidos). Preferencialmente não utilizar sobre superfícies muito lisas (provocar certa rugosidade proposital). Principais vantagens: aplicavél a diversos materiais e geometrias, não há mudança na microestrutura do material. Principais desvantagens: restritos a baixas tensões solicitantes, temperatura de trabalho limitada, necessidade de limpeza e preparamento das superfícies, dificuldade de inspeção. Tempo de cura pode ser longo a ponto de inviabilizar o processo. Adesivo também pode ser usado para vedação de outras junções. Perguntas: 1. Quais as vantagens e desvantagens do uso de adesivos para a união de peças? 2. Existe alguma outra aplicação de adesivos além da união de peças? REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS - Chiaverini, V. - Tecnologia Mecânica, Volume II, 2a ed., Makron Books, Kalpakjian, S., Manufacturing Engineering & Tecnology, 4 th ed, Addison Wesley, Groover, M. P., Fundamentals of Moder Manufacturing, Prentice Hall, B Soldagem e Uniões 15